全口径发电数据采集系统方案
1 系统概述 全口径发电数据采集系统适用于目前在正运行的小型电站和综合利用的小型发电厂。目前已投入运行的小型发电站数量众多,但由于小型发电站位置大多比较偏僻,上级调度部门无法及时获取必要信息,无从管理,对电网安全稳定运行造成了不利影响。他们的
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1 系统概述
全口径发电数据采集系统适用于目前在正运行的小型电站和综合利用的小型发电厂。目前已投入运行的小型发电站数量众多,但由于小型发电站位置大多比较偏僻,上级调度部门无法及时获取必要信息,无从管理,对电网安全稳定运行造成了不利影响。他们的自动化设备和通讯网络大多数都不是很健全,多数不具备与电力调控中心通信的条件,发电厂的实时信息无法采集,缺乏实时监控的技术手段。如果投入全口径发电数据采集系统,可以全面提高小型发电数据采集的完整性和正确性,为电网运行决策提供了真实的数据。同时,对小型发电厂的实时信息上传调控中心,实时监控,为电网的统一调度管理和全网的网损、线损分析计算提供基础数据。
 
2 方案设计
小型发电站无线数据采集系统建设能实现调度机构对小型发电站关键数据的采集、整理分析与监控,并解决关键数据的采集稳定性和传输安全性等问题。
在传统数据采集方面,需在小型发电站配置远动终端、电能采集装置、路由器、防火墙、纵向隔离装置等设备。那么带来的是设备建设投资高、周期长等问题。同时个厂站侧采集设备彼此之间孤立,缺乏有效的整合手段,并造成资源浪费。
有线通信基本不可能实现(经济成本太高),因此只能选择采用无线通信方式。小型发电站地理位置一般位于偏僻地区,传统CDMA、GPRS、3G等无线信号强度都不强,环境干扰严重,影响数据传输质量。需要寻求一种无需通信基站,同时不受地理环境影响,陆地与海上全范围覆盖,无盲点的传输技术,以提高数据传输的覆盖范围与可靠性。设计之初对比了目前比较成熟的4种无线通信模式,即:230MHz电力无线专网、GPRS/CDMA/3C通信、GPS通信和北斗卫星通信,并从信号的覆盖范围、经济性、数据安全、网络可靠性几个方面进行了综合比较。通过对4种不同的通信模式的对比分析,一致认为应该采用230MHz电力无线专网通信模式,经济性可以接受,最主要的方面是其安全指数高。
采集装置运行特点有:装置运行稳定,数据安全;采集命令响应快捷,速度能达到业务的基本要求;扩容性强,可以单端口下接多块电能表;装置具有一定的容错和抗干扰能力,在非硬件故障或非通讯故障时,能够保证正常运行:扩展性强,能够满足将来业务扩展的需要。
采集装置具有灵活的可扩展性,能按照监测要求扩展RTU的“四遥”功能,即遥测、遥信、遥控、遥调,可以满足对现场运行没备进行远方实时监控的各项功能相性能的要求。具体采集和处理内容包括:各机组三相电压、三相电流,并计算有功功率、无功功率;与多种厂家的多功能电能表通信,采集电量信息:将采集量数据打包整理并形成上传报文发送帧;通过无线通信向主站上传电源监测信息;向本地监控系统转发采集到的数据;系统数据能准确接入调度系统中,实时掌控机组的出力、电压、电流等运行参数,实现对水电机组的精准掌控。
 
2.1 全口径发电数据采集系统的整个网诺拓扑图
 
 
2.数据接入调度的方式
无线数据采集系统通过电压互感器、电流互感器二次侧直接采集电压、电流量、有功功率、无功功率量等实时数据。同时该系统可以与多功能电能表直接通信,通过电表通信协议从电表中采集电压、电流、有功功率、无功功率等实时数据值和正反向有功、无功电度等电能量数据,并能借助开关量采集模块,采集无源节点的开关量数据。
在数据采集集中器上,采用安全的Linux 操作系统及 LVS 集群负载均衡技术。对于数据采集终端的数据通信,采用部颁循环式远动规约( CDT) 进行电力数据采集。对全系统内的所有综合数据采集终端进行编号,对每个编号的采集终端进行点对点通信,不局限于 CDT 规约中站地址的限制,接入容量可无限扩展。采集周期为 1 ~ 15 min 可调。
利用 CDT 规约,可以对采集终端进行时钟召唤和设置。利用 CDT 规约的遥测帧可以采集到电站的电压、电流、有功功率、无功功率、频率等。利用遥信 D1  帧,可以采集到电站的断路器、刀闸开关位置; 利用电能脉冲计数 D2 帧,可以采集到电站的电表计量信息; 利用 E 帧,可以采集到电站的遥信变位、开关动作事件。
数据采集集中器和230MHz无线数传电台之间通过串口通讯。
水电站和数据机房之间是无线通信,通过一对230MHz无线数传电台,最大功率50W,通信距离大于50KM,如果距离不够采用接力的方式。
    数据接入调度的方式是采用虚拟子站把电力数据转为IEC101协议,再通过串口和调度的串口服务器对接传输。节约方向隔离装置。
在网络专线、移动或电信通信运营商提供的外网专线接入后端,布置硬件防火墙,保证系统运行的安全性。
 
2.主要性能指标:
规约:部颁CDT规约,IEC101,可灵活增加不同规约;
接口:10M/100M,RS-485,RS-232,MODEM等;
通讯方式:光纤、230MHz无线;
接入终瑞规模:>10000台;
数据刷新:1~15分钟;
调度接口:E格式文件;
利用CDT规约可以对采集终端进行时钟召唤和设置。采集电厂的电压、电流、有功功率、无功功率、频率、断路嚣、刀闸开关位置等。采集电厂的遥信变位、开关动作事件。可以采集关口计量电表的数据供营销部门共用,大大提高电力系统的整合度。发电数据采集前置系统完全满足国调、省调对全口径发电数据采集的相关技术要求,全面贯彻和落实省电力公司对电源点的全覆盖、全采集的要求。
 
3 全口径发电数据采集终端
    全口径发电数据采集终端Z100型针对四川小水电、分布式电源的特点和要求,结合国调和省公司的要求设计生产的。具有抗干扰强、安装简单、维护方便、成本低的特点。
    主要功能如下:
    交采量:
          电压:Ua . Ub、Uc、3U0(量程0-450V)
          电流:Ia、Ib、Ic、3I0(量程5A)
          频章:20-100Hz
          功率、电度、功率因数
    采样精度:
          电流、电压:0.2%
          功率、电度、功率因数:0.5%
          频率:0.01Hz
遥测量:Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、f、P、Q、cosφ等;
遥信量:8路;
遥控量:2路;能够依据调度中心主站系统要求,执行控制命令。
通讯接口:2路RS-485、2路RS-232;
通信方式:230MHz无线、双绞线等;
通信规约:部颁CDT,IEC101,IEC104(调度EMS接口);
          国网:376-2009(营销系统接口);
          DLT/T 645(关口电表接入);
人机界面:液晶128*128(延时关闭背光);

1 系统概述
全口径发电数据采集系统适用于目前在正运行的小型电站和综合利用的小型发电厂。目前已投入运行的小型发电站数量众多,但由于小型发电站位置大多比较偏僻,上级调度部门无法及时获取必要信息,无从管理,对电网安全稳定运行造成了不利影响。他们的自动化设备和通讯网络大多数都不是很健全,多数不具备与电力调控中心通信的条件,发电厂的实时信息无法采集,缺乏实时监控的技术手段。如果投入全口径发电数据采集系统,可以全面提高小型发电数据采集的完整性和正确性,为电网运行决策提供了真实的数据。同时,对小型发电厂的实时信息上传调控中心,实时监控,为电网的统一调度管理和全网的网损、线损分析计算提供基础数据。
 
2 方案设计
小型发电站无线数据采集系统建设能实现调度机构对小型发电站关键数据的采集、整理分析与监控,并解决关键数据的采集稳定性和传输安全性等问题。
在传统数据采集方面,需在小型发电站配置远动终端、电能采集装置、路由器、防火墙、纵向隔离装置等设备。那么带来的是设备建设投资高、周期长等问题。同时个厂站侧采集设备彼此之间孤立,缺乏有效的整合手段,并造成资源浪费。
有线通信基本不可能实现(经济成本太高),因此只能选择采用无线通信方式。小型发电站地理位置一般位于偏僻地区,传统CDMA、GPRS、3G等无线信号强度都不强,环境干扰严重,影响数据传输质量。需要寻求一种无需通信基站,同时不受地理环境影响,陆地与海上全范围覆盖,无盲点的传输技术,以提高数据传输的覆盖范围与可靠性。设计之初对比了目前比较成熟的4种无线通信模式,即:230MHz电力无线专网、GPRS/CDMA/3C通信、GPS通信和北斗卫星通信,并从信号的覆盖范围、经济性、数据安全、网络可靠性几个方面进行了综合比较。通过对4种不同的通信模式的对比分析,一致认为应该采用230MHz电力无线专网通信模式,经济性可以接受,最主要的方面是其安全指数高。
采集装置运行特点有:装置运行稳定,数据安全;采集命令响应快捷,速度能达到业务的基本要求;扩容性强,可以单端口下接多块电能表;装置具有一定的容错和抗干扰能力,在非硬件故障或非通讯故障时,能够保证正常运行:扩展性强,能够满足将来业务扩展的需要。
采集装置具有灵活的可扩展性,能按照监测要求扩展RTU的“四遥”功能,即遥测、遥信、遥控、遥调,可以满足对现场运行没备进行远方实时监控的各项功能相性能的要求。具体采集和处理内容包括:各机组三相电压、三相电流,并计算有功功率、无功功率;与多种厂家的多功能电能表通信,采集电量信息:将采集量数据打包整理并形成上传报文发送帧;通过无线通信向主站上传电源监测信息;向本地监控系统转发采集到的数据;系统数据能准确接入调度系统中,实时掌控机组的出力、电压、电流等运行参数,实现对水电机组的精准掌控。
 
2.1 全口径发电数据采集系统的整个网诺拓扑图
 
 
2.2 数据接入调度的方式
无线数据采集系统通过电压互感器、电流互感器二次侧直接采集电压、电流量、有功功率、无功功率量等实时数据。同时该系统可以与多功能电能表直接通信,通过电表通信协议从电表中采集电压、电流、有功功率、无功功率等实时数据值和正反向有功、无功电度等电能量数据,并能借助开关量采集模块,采集无源节点的开关量数据。
在数据采集集中器上,采用安全的Linux 操作系统及 LVS 集群负载均衡技术。对于数据采集终端的数据通信,采用部颁循环式远动规约( CDT) 进行电力数据采集。对全系统内的所有综合数据采集终端进行编号,对每个编号的采集终端进行点对点通信,不局限于 CDT 规约中站地址的限制,接入容量可无限扩展。采集周期为 1 ~ 15 min 可调。
利用 CDT 规约,可以对采集终端进行时钟召唤和设置。利用 CDT 规约的遥测帧可以采集到电站的电压、电流、有功功率、无功功率、频率等。利用遥信 D1  帧,可以采集到电站的断路器、刀闸开关位置; 利用电能脉冲计数 D2 帧,可以采集到电站的电表计量信息; 利用 E 帧,可以采集到电站的遥信变位、开关动作事件。
数据采集集中器和230MHz无线数传电台之间通过串口通讯。
水电站和数据机房之间是无线通信,通过一对230MHz无线数传电台,最大功率50W,通信距离大于50KM,如果距离不够采用接力的方式。
    数据接入调度的方式是采用虚拟子站把电力数据转为IEC101协议,再通过串口和调度的串口服务器对接传输。节约方向隔离装置。
在网络专线、移动或电信通信运营商提供的外网专线接入后端,布置硬件防火墙,保证系统运行的安全性。
 
2.3 主要性能指标:
规约:部颁CDT规约,IEC101,可灵活增加不同规约;
接口:10M/100M,RS-485,RS-232,MODEM等;
通讯方式:光纤、230MHz无线;
接入终瑞规模:>10000台;
数据刷新:1~15分钟;
调度接口:E格式文件;
利用CDT规约可以对采集终端进行时钟召唤和设置。采集电厂的电压、电流、有功功率、无功功率、频率、断路嚣、刀闸开关位置等。采集电厂的遥信变位、开关动作事件。可以采集关口计量电表的数据供营销部门共用,大大提高电力系统的整合度。发电数据采集前置系统完全满足国调、省调对全口径发电数据采集的相关技术要求,全面贯彻和落实省电力公司对电源点的全覆盖、全采集的要求。
 
3 全口径发电数据采集终端
    全口径发电数据采集终端Z100型针对四川小水电、分布式电源的特点和要求,结合国调和省公司的要求设计生产的。具有抗干扰强、安装简单、维护方便、成本低的特点。
    主要功能如下:
    交采量:
          电压:Ua . Ub、Uc、3U0(量程0-450V)
          电流:Ia、Ib、Ic、3I0(量程5A)
          频章:20-100Hz
          功率、电度、功率因数
    采样精度:
          电流、电压:0.2%
          功率、电度、功率因数:0.5%
          频率:0.01Hz
遥测量:Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、f、P、Q、cosφ等;
遥信量:8路;
遥控量:2路;能够依据调度中心主站系统要求,执行控制命令。
通讯接口:2路RS-485、2路RS-232;
通信方式:230MHz无线、双绞线等;
通信规约:部颁CDT,IEC101,IEC104(调度EMS接口);
          国网:376-2009(营销系统接口);
          DLT/T 645(关口电表接入);
人机界面:液晶128*128(延时关闭背光);
4 本系统部分硬件图片


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