用電信息采集模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建與實(shí)踐

摘要：電力用戶用電信息采集系統(tǒng)是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要組成部分，隨著系統(tǒng)建設(shè)的持續(xù)開(kāi)展，全國(guó)各地大量的電能量數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備陸續(xù)投入運(yùn)行。由于用電信息采集系統(tǒng)所涉及的設(shè)備多、技術(shù)復(fù)雜，運(yùn)維工作量大，對(duì)運(yùn)維人員的技術(shù)技能水平都有著很高的要求。介紹了一種用電信息采集模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)建方案，可以通過(guò)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行工況，最大限度地滿足用電信息采集人員的技能培訓(xùn)需求，對(duì)于提高運(yùn)維人員的業(yè)務(wù)技能和工作效率，加快電力營(yíng)銷信息化建設(shè)的進(jìn)程具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：用電信息采集；實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)；終端模擬

作者簡(jiǎn)介：張長(zhǎng)營(yíng)（1968-），男，江蘇宿遷人，江蘇省電力公司職業(yè)技能訓(xùn)練基地，高級(jí)工程師；王曉紅（1969-），女，江蘇宿遷人，江蘇省電力公司職業(yè)技能訓(xùn)練基地綜合管理部，助理工程師。（江蘇 連云港 222069）

中圖分類號(hào)：TM74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）27-0206-02

按照國(guó)家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)建設(shè)的總體要求，電力用戶用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)要實(shí)現(xiàn)“全覆蓋、全采集、全費(fèi)控”的總體目標(biāo)，為了保證這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，國(guó)家電網(wǎng)公司于2009年制定了智能電表和用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)規(guī)范，規(guī)范明確了系統(tǒng)建設(shè)的總體技術(shù)框架和技術(shù)指標(biāo)，同時(shí)給出了系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)路線圖。隨著國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)用電信息采集系統(tǒng)的全面推廣，用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)步伐越來(lái)越快，未來(lái)五年內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的“全覆蓋、全采集”目標(biāo)。

目前，隨著系統(tǒng)建設(shè)的持續(xù)開(kāi)展，全國(guó)各地大量的電能量數(shù)據(jù)采集終端設(shè)備陸續(xù)投入運(yùn)行，用電信息采集系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)工作也被提上議事日程。現(xiàn)階段大部分對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)工作皆由電能計(jì)量人員完成，由于用電信息采集系統(tǒng)所涉及的設(shè)備多、技術(shù)復(fù)雜，運(yùn)維工作量大，與傳統(tǒng)的電能計(jì)量裝置運(yùn)維工作迥然不同，對(duì)運(yùn)維人員的技術(shù)技能水平都有著很高的要求，所以參與系統(tǒng)運(yùn)維工作的人員亟需通過(guò)培訓(xùn)來(lái)提高自身的技能水平以滿足現(xiàn)場(chǎng)工作的需要，而現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)的用電信息采集系統(tǒng)由于工作和安全條件所限，不能對(duì)技術(shù)人員進(jìn)行在線培訓(xùn)。用電信息采集模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)可以通過(guò)模擬現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行工況，最大限度地滿足用電信息采集人員的技能培訓(xùn)需求，提高其業(yè)務(wù)技能和工作效率，從而加快電力營(yíng)銷信息化建設(shè)的進(jìn)程。

一、實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)建的基本思想和建設(shè)目標(biāo)

用電信息采集模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的建設(shè)框架是按照電力企業(yè)關(guān)于電能計(jì)量系統(tǒng)和用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的最新規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，應(yīng)用先進(jìn)的信息和通信技術(shù)，依據(jù)國(guó)家電網(wǎng)最新行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用分層、分布、開(kāi)放型結(jié)構(gòu)構(gòu)造理念兼平臺(tái)一體化設(shè)計(jì)思想，最大程度模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并結(jié)合培訓(xùn)教學(xué)的實(shí)際需要進(jìn)行構(gòu)建。構(gòu)建的模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)不僅涵蓋配電和用電中電能計(jì)量設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用，而且涵蓋主站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)上售電和線損管理等眾多功能模擬。實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)是培訓(xùn)學(xué)員掌握電力系統(tǒng)用電信息計(jì)量設(shè)備、采集設(shè)備的安裝使用及常見(jiàn)故障處理；掌握電能計(jì)量系統(tǒng)常用工具的使用、整個(gè)系統(tǒng)工作流程；掌握主站采集系統(tǒng)、線損管理系統(tǒng)和網(wǎng)上售電系統(tǒng)的應(yīng)用。通過(guò)本實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的培訓(xùn)，學(xué)員能夠掌握電力系統(tǒng)中電能計(jì)量的全面知識(shí)和熟練使用用電信息采集系統(tǒng)，走向工作崗位后可實(shí)現(xiàn)技術(shù)技能無(wú)縫銜接。

二、實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)建的基本原則

用電信息采集模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)將模擬現(xiàn)場(chǎng)的安裝運(yùn)行環(huán)境，滿足專變大用戶信息采集仿真模擬系統(tǒng)、公用配變監(jiān)測(cè)仿真模擬系統(tǒng)、集中抄表仿真模擬系統(tǒng)、用電信息采集實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)等，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)采集系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程管理的演示功能。系統(tǒng)構(gòu)建原則如下：

1.先進(jìn)性和可靠性相結(jié)合原則

實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的信息和通信技術(shù)，依據(jù)最新的國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，并且從結(jié)構(gòu)、技術(shù)措施、設(shè)備選型、設(shè)備性能、設(shè)備容錯(cuò)、系統(tǒng)管理、廠商技術(shù)支持及維修能力等方面著手，確保項(xiàng)目運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，達(dá)到最大的平均無(wú)故障時(shí)間，使每個(gè)故障點(diǎn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響盡可能的小，并提供快速的故障恢復(fù)手段以及資料備份手段，以保證資料的安全和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.開(kāi)放性和擴(kuò)展性相結(jié)合的原則

實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)在遵循統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，采用標(biāo)準(zhǔn)的軟件平臺(tái)和系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)設(shè)備，采用規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并遵守相關(guān)的接口標(biāo)準(zhǔn)。堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化原則，選擇符合開(kāi)放性和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品和技術(shù)；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在軟件上采用模塊化設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)擴(kuò)展應(yīng)用時(shí)具備靈活性、可靠性，不影響系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)執(zhí)行。

3.兼容性和安全性相結(jié)合的原則

實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)充分考慮兼容性，具備靈活、規(guī)范的數(shù)據(jù)接口，可兼容符合統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)和終端表計(jì)產(chǎn)品，還可兼容現(xiàn)場(chǎng)正在運(yùn)行的其他非國(guó)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，確保數(shù)據(jù)信息的共享和統(tǒng)一管理。采用切實(shí)有效的安全手段，分層次、全方位保證系統(tǒng)信息傳輸?shù)陌踩?/p>

4.完整性和靈活性相結(jié)合的原則

實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格按照“全覆蓋、全采集”原則，從系統(tǒng)模塊功能到產(chǎn)品覆蓋面，涵蓋所有需要計(jì)量和采集的場(chǎng)合，保證了系統(tǒng)的完整性。系統(tǒng)具備靈活性，如系統(tǒng)擴(kuò)展、產(chǎn)品更新時(shí)，不影響系統(tǒng)本身的正常運(yùn)行，可完全保證用電信息采集的實(shí)時(shí)性和完整性。

5.虛擬性和仿真性相結(jié)合的原則

實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)嚴(yán)格按照現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)教學(xué)實(shí)際情況，最大程度模擬系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行工況，最大限度調(diào)動(dòng)學(xué)員的學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)學(xué)員積極進(jìn)行系統(tǒng)及終端表計(jì)的研究和學(xué)習(xí)。

三、實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的基本構(gòu)成及其功能

用電信息采集模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)總體包含專變大用戶用電信息采集模擬子系統(tǒng)、公用配變模擬子系統(tǒng)及集中抄表模擬子系統(tǒng)、用電信息采集實(shí)訓(xùn)主控軟件。

1.用電信息采集專變大用戶終端模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)成及其功能

用電信息采集專變大用戶模擬實(shí)訓(xùn)裝置采用臺(tái)體式機(jī)柜設(shè)計(jì)，由2臺(tái)專變大用戶模擬柜組成，模擬不同計(jì)量方式專變用戶，包括高供低計(jì)三相四線用戶（3×220V）、高供高計(jì)三相三線（3×100V）用戶，系統(tǒng)通過(guò)加載智能模擬電源，給專變采集終端和三相智能電能表提供模擬負(fù)荷，通過(guò)隔離互感器到表尾，通過(guò)仿真智能電能表模擬總分表關(guān)系，正面兩塊表中1塊仿真表，1塊真實(shí)表，兩塊表為并列關(guān)系，背面兩塊表為前面1塊表的分表。

專變大用戶模擬部分：智能電能表與專變采集終端通過(guò)485方式進(jìn)行通訊，專變采集終端通過(guò)以太網(wǎng)、230MHz方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳到主站系統(tǒng)。

加載系統(tǒng)：包括虛負(fù)荷電壓電流源、電壓互感器、電流互感器、加載控制系統(tǒng)等。加載系統(tǒng)控制通過(guò)主控計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)。

負(fù)荷控制模擬部分：通過(guò)模擬高低壓出線柜控制開(kāi)關(guān)，去掉原來(lái)繼電器模擬方式，采用交流接觸器模擬合閘、分閘控制及狀態(tài)，接觸器通過(guò)12V低電壓控制，合閘、分閘按鈕及狀態(tài)指示燈采用與真實(shí)開(kāi)關(guān)柜一樣的外形，其中一路負(fù)荷控制輸出通過(guò)交流接觸器接入室內(nèi)后面控制，控制空調(diào)的電源。

故障模擬部分：每塊電能表都可以通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)置電能表交采回路的故障，表計(jì)故障模擬部分可以實(shí)現(xiàn)計(jì)量回路常見(jiàn)的電壓錯(cuò)線序（abc，bac，acb）、電流錯(cuò)接相（abc，cba）電壓斷線（斷A、斷B、斷C）、電流開(kāi)路、電流短路、電流極性反接等常見(jiàn)故障。可以模擬表計(jì)與終端485通訊故障（包括斷A，斷B，A、B互換），可以模擬三相仿真智能電能表內(nèi)部計(jì)量故障，包括電壓、電流采集與顯示故障。在故障設(shè)置中可通過(guò)調(diào)節(jié)電壓輸出模擬低電壓供電通信不可靠故障。

1號(hào)專變柜柜體第一、第二表位配置為三相三線，其中一塊為三相三線智能電表，另一塊為三相三線仿真智能電表，三相智能仿真電表可以通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)表內(nèi)部的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置讀取。這兩塊表計(jì)為并列關(guān)系，共用一個(gè)聯(lián)合接線盒，背面兩塊配置為三相四線智能電表。

2號(hào)專變柜柜體第一、第二表位配置為三相四線，其中一塊為三相四線智能電表，另一塊為三相四線仿真智能電表，三相智能仿真電表可以通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)表內(nèi)部的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置讀取。這兩塊表計(jì)為并列關(guān)系，共用一個(gè)聯(lián)合接線盒，背面兩塊配置為三相四線智能電表。

柜體將負(fù)荷控制管理終端和正面兩塊電能表作為總表，背面兩塊三相四線電能表作為分表，通過(guò)回路遙控可以控制各個(gè)分表的電流，分表電流變化，總表與負(fù)荷控制管理終端會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的減少，柜體用第一回路控制制背面的第一塊電能表，第二回路控制背面的第二塊電能表，第三回路為預(yù)留，第四回路可以通過(guò)引接線引接控制實(shí)訓(xùn)時(shí)空調(diào)用電。

實(shí)訓(xùn)裝置可以通過(guò)軟件在短時(shí)間內(nèi)模擬用戶一天的負(fù)荷曲線，負(fù)荷曲線圖可以手動(dòng)繪制，也可以通過(guò)軟件隨機(jī)產(chǎn)生，軟件設(shè)置完成后會(huì)按照所設(shè)置的負(fù)荷曲線控制虛負(fù)荷電源的電流。

2.用電信息采集公配變終端模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)成及其功能

用電信息采集公配變模擬實(shí)訓(xùn)裝置采用臺(tái)體式機(jī)柜設(shè)計(jì)，由2臺(tái)公配變模擬柜組成，模擬不同計(jì)量方式公配變用戶，包括三相四線（3×220V）、單相散戶（220V）模擬，系統(tǒng)通過(guò)加載智能模擬電源，給公配變采集終端和三相智能電能表提供模擬負(fù)荷，通過(guò)隔離互感器連接到表尾。

公變模擬部分：智能電能表與II型采集器通過(guò)485方式進(jìn)行通訊，II型采集器與集中器通過(guò)載波方式通訊，集中器通過(guò)以太網(wǎng)（光纖）方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳到主站系統(tǒng)。

加載系統(tǒng)和故障模擬部分同專變大用戶終端模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。

在模擬電源中加入諧波輸出功能，諧波數(shù)據(jù)可以通過(guò)軟件設(shè)置故障的方式輸出，模擬載波抄表時(shí)的諧波干擾，軟件中最多可以設(shè)置19次諧波電壓或者電流諧波，一戶一表用戶多配置1塊采集器，模擬故障采集器運(yùn)行，可進(jìn)行比對(duì)。

實(shí)訓(xùn)裝置可以通過(guò)軟件在短時(shí)間內(nèi)模擬用戶一天的負(fù)荷曲線，負(fù)荷曲線圖可以手動(dòng)繪制，也能通過(guò)軟件隨機(jī)產(chǎn)生，軟件設(shè)置完成后會(huì)按照所設(shè)置的負(fù)荷曲線控制虛負(fù)荷電源的電流。

3.用電信息采集低壓集抄終端模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)構(gòu)成及其功能

用電信息采集公配變模擬實(shí)訓(xùn)裝置采用臺(tái)體式機(jī)柜設(shè)計(jì)，由1臺(tái)低壓集抄模擬柜組成，模擬低壓用戶，包括三相四線（3×220V）用戶模擬、單相（220V）用戶模擬，系統(tǒng)通過(guò)加載智能模擬電源，給集中器和三相智能電能表、單相智能表提供模擬負(fù)荷，通過(guò)隔離互感器連接到表尾。

低壓集抄用戶模擬部分：智能電能表與采集器通過(guò)485方式進(jìn)行通訊，集中器通過(guò)以太網(wǎng)（光纖）方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳到主站系統(tǒng)。

加載系統(tǒng)和故障模擬部分同專變大用戶終端模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。

柜體中掛接一個(gè)II型集中器，此集中器通過(guò)RS485抄取其他表位的電能表數(shù)據(jù)，II型集中器通過(guò)以太網(wǎng)通訊方式將數(shù)據(jù)上傳服務(wù)器。

實(shí)訓(xùn)裝置可以通過(guò)軟件在短時(shí)間內(nèi)模擬用戶一天的負(fù)荷曲線，負(fù)荷曲線圖可以手動(dòng)繪制，也能通過(guò)軟件隨機(jī)產(chǎn)生，軟件設(shè)置完成后會(huì)按照所設(shè)置的負(fù)荷曲線控制虛負(fù)荷電源的電流。

4.系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)軟件構(gòu)成及其功能

（1）模擬虛擬負(fù)荷。實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)通過(guò)PC主機(jī)控制虛擬負(fù)荷功率源的啟動(dòng)與停止，產(chǎn)生各種工況下所需的電壓、電流，用于電能表及采集終端、集中器、采集器使用，實(shí)現(xiàn)電能表的正常走字運(yùn)行，保持與真實(shí)計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)的一致性。

（2）培訓(xùn)管理。

1）學(xué)員管理?？梢蕴峁W(xué)員信息的增加、刪除、修改、職稱分類等功能。

2）題庫(kù)的管理?？梢灾С诸}庫(kù)的更新維護(hù)并能夠按照試題類型進(jìn)行檢索來(lái)創(chuàng)建考試電子試卷。

3）在線理論考試?？梢噪S機(jī)抽取各類型試題形成試卷并提供考生在線答題，考生提交后根據(jù)答案自動(dòng)生成考試分?jǐn)?shù)。

4）理論成績(jī)查詢?？梢灾С挚忌煽?jī)存儲(chǔ)、在線查詢。

（3）系統(tǒng)管理。

1）通信管理。實(shí)現(xiàn)終端接入管理和終端實(shí)時(shí)在線的鏈路保持，并提供實(shí)訓(xùn)軟件操作接口管理。采取系統(tǒng)應(yīng)用層與通信層交互的通信信道配置。

2）系統(tǒng)接入設(shè)置。要提供與上級(jí)采集測(cè)試主站系統(tǒng)接入設(shè)置功能，包括系統(tǒng)位置、接入方式、數(shù)據(jù)交換配置等設(shè)置功能。可監(jiān)測(cè)與測(cè)試主站系統(tǒng)的接入情況。

3）參數(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、故障庫(kù)管理。

參數(shù)管理：對(duì)通訊參數(shù)、終端基本參數(shù)、控制參數(shù)、無(wú)功投切參數(shù)設(shè)置、存儲(chǔ)參數(shù)等修改，進(jìn)行模板設(shè)置等管理。

數(shù)據(jù)庫(kù)管理：提供數(shù)據(jù)庫(kù)修改單，可針對(duì)性地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行EXCEL導(dǎo)出、修改、EXCEL導(dǎo)入。

故障庫(kù)管理：添加新的故障組合（系統(tǒng)設(shè)置的所有故障進(jìn)行選擇組合）、刪除舊有故障組合、修改原有故障組合。在模擬故障時(shí)，只需調(diào)用故障庫(kù)中的故障類型，便可觸發(fā)故障模擬。

4）系統(tǒng)用戶管理與權(quán)限配置。能夠自定義用戶角色、操作權(quán)限。

5）操作日志管理。要存儲(chǔ)操作日志并能夠通過(guò)時(shí)間段查詢。

（4）主站系統(tǒng)功能。用電信息采集系統(tǒng)的主站由系統(tǒng)操作軟件和主站控制器構(gòu)成。操作軟件功能滿足Q/GDW 376.1-2009《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議：主站與采集終端通信協(xié)議》規(guī)定。由PC機(jī)通過(guò)主站軟件控制終端模擬裝置，以移動(dòng)230MHz無(wú)線專網(wǎng)、光纖網(wǎng)為主要通信載體，通過(guò)多種通信方式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主站和現(xiàn)場(chǎng)終端之間的數(shù)據(jù)通信，對(duì)終端進(jìn)行初始工作參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)召測(cè)及指令下發(fā)等操作，實(shí)現(xiàn)“三遙”以及各種管理功能。主站與終端模擬裝置可以構(gòu)成獨(dú)立運(yùn)行的信息交換鏈，組成模擬的負(fù)荷管理系統(tǒng)，用于對(duì)電能管理人員的培訓(xùn)技能考核及系統(tǒng)工作演示等工作。

四、結(jié)語(yǔ)

用電信息采集模擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的構(gòu)建，以目前正在建設(shè)的電能量集中采集系統(tǒng)中的典型終端裝置和應(yīng)用系統(tǒng)為構(gòu)建框架，以模擬近似系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境為根本，在充分滿足用采系統(tǒng)各種功能模擬實(shí)訓(xùn)的基礎(chǔ)上，同時(shí)拓展了用采系統(tǒng)運(yùn)維的實(shí)訓(xùn)功能，其創(chuàng)新的建設(shè)理念和新穎的實(shí)現(xiàn)方式將引領(lǐng)著電力系統(tǒng)培訓(xùn)方式邁向更加實(shí)用化、集成化的未來(lái)。