HL3000电能量管理系统
1 前言
为适应电力市场发展改革、电厂指标考核及日常电能量统计、平衡率计算的需要，在电厂建立一套稳定可靠的自动化抄表与管理系统已成为必然。
发电厂自动化抄表系统主要包括发电及上网考核电量采集系统、厂用电电量采集系统两部分。其中发电及上网考核电量采集系统是全厂对外进行经济核算的技术支柱，它对设备可靠性和精度要求较高。厂用电电量采集系统为厂内部经济指标核算和节能降耗措施等提供可靠的技术保证。
发电及上网考核电量采集系统牵扯到全厂对外经济核算，随着“厂网分家，竟价上网”的逐步实施，其远传省调部分一般由发电厂所在地的省网统一标准并统一管理，不与发电厂内部系统产生关系。其设备比较统一，具体模式为：电量采集装置通过RS—485口与关口计量点的高精度、多功能电度表通信，进行数据采集处理等，然后通过光纤直接远传省调作为经济核算的数据依据。
我国“十一五”规划中将节能降耗放在了非常重要的位置上，作为能源消耗大户的发电企业，一方面承受着来自社会、环保等方面越来越大的压力，另一方面随着用电供需矛盾的环节，发电侧市场开放和竞争日趋加剧，出于提高经济效益的考虑，电厂降低能耗的要求也日趋强烈。对火电厂，除了有效降低煤耗指标外，降低厂用电率也是减少能耗的主要手段和目标之一。
在上网电量减少、内部挖潜措施有限的情况下，最大限度的提高发电效率，减少能耗，降低厂用电率，提高厂用电管理水平，成为电力行业各发电企业关注的焦点。发电企业的厂用电率收到多方面因素的影响，如环境温度、煤质、发电量及辅机设备运行方式、工作效率等。过去在提高厂用电率方面的工作一直没有系统的进行，而是停留在单台设备，单个对象的分析层面上，如对给水泵、磨煤机、各种风机、除灰系统等进行单个的优化改造；同时在管理方式上，采用定期人工抄表的粗放管理模式，并不能对厂用电相关数据信息进行实时的采集、统计及分析。以一般
的热电发电企业为例，每天分三班，传统的方式是每次交接班时抄表，人工录入进行统计计算；这种人工抄表、统计不能满足实时、分时及动态分析管理的要求，电能量采集方式的改变已势在必行。
我公司浙江华立仪表集团股份有限公司于2003年即推出变电站、发电厂自动化抄表系统。该系统可采集发电及上网考核电量计量点数据，以及所有厂用电能量数据。配合相应管理软件对发电厂全厂的电能量实现自动采集、存储、总加计算、统计、报表打印等功能；对发、供电量进行统计，对机组平衡率、交接班电量等进行统计计算，以加强管理，并采取相应措施降低损耗，提高效率。该系统可代替人工抄表，提高了数据的同步性、及时性、准确性和完整性；可对全公司发电情况和各类平衡率进行自动统计，提高了统计计算速度和自动化水平；利用系统进行分班次考核，提高了企业的管理水平和效率。
华立研发的多代电能量信息自动化采集终端和系统已经在国内外得到的广泛
的应用，国内主要应用于福建、山东、山西、河北、黑龙江、辽宁、内蒙古、甘肃、新疆、青海、河南、湖北、江西、重庆、四川、贵州、广西、福建、安徽、浙江等。
1技术成功案例（滨海热电厂）
浙江绍兴滨海电厂用地面积31万m2，位于绍兴县滨海工业园区、曹娥江和钱塘江交汇口西侧的围涂内。绍兴县滨海工业园区位于绍兴中部最北端，东临曹娥江，南界绍兴市越城区，西面与绍兴县齐贤镇及萧山市接壤，北临钱塘江。绍兴县滨海工业园区包括马鞍镇及原县现代农业开发区范围，距绍兴市城区及县城柯桥约15km，离杭甬高速公路三江道口不到3km。规划的滨海工业园区西距杭州市区60km，东距宁波市108km，南距绍兴市区15km，距绍兴县城柯桥镇约20km。
绍兴滨海发电厂总装机容量600MW。机组最大能提供的抽汽量为500t/h，向滨海三期工业区块供汽目标为445t/h。锅炉采用中间再热、自然循环或控制循环汽包炉，蒸发量2×1025 t/h。汽机采用538℃/538℃的单轴、一次中间再热、亚临界、反动式、双缸双排汽、具有一级工业调整抽汽，出力2×300MW。发电机采用水冷却方式，容量为2×300MW。烟气脱硫装置为湿式石灰石－石膏法，脱除率为脱硫90%以上，除尘50%。烟气除尘装置采用高效静电除尘器，除尘效率≥99.7%。NOx控制措施采用低氮燃烧器，效果≤400 mg/m3。烟囱为单筒，高度210m，出口内径为6.5m。冷却水采用循环冷却方式。废水处理方式采用集中处理、循环利用，处理量为200t/h。灰渣处理方式为灰渣分除、干湿分排，干出灰方式，处理量为灰：31 ；渣：5.47 ；脱硫石膏渣：7.7。
2案例（滨海热电厂）系统方案
2.1 系统方案概述
2.1.1 系统结构
在线抄表系统主机柜安装在#2机继电器室。在#1机、#2机6kV开关室、升压站计量小室、继电器楼继电器室分别需增设光电转换器，通过光缆连接至#2机继电器室相对应光电转换器。
各终端将电量信号送至各自小室光电转换器，转换成光信号后传输至主机处相对应光电转换器，转换回电量信号之后送至主机。
线缆敷设内容包括：各电度表终端至本小室光电转换器通信电缆、各光电转换器至#2机继电器室内对应光电转换器间光缆、主机柜至UPS电源电缆以及所有光电转换器至UPS电源电缆。
自动抄表系统能实现远程自动化抄表，集数据采集、远程通信、数据处理、数据统计和系统管理于一身，自动记录各用电设备的用电量并生成各种报表，自动抄表系统应能结合电力市场需求和电网商业化运营的要求，用计算机技术和方法，计算出发电厂生产效率、生产成本。
系统通信协议符合国标和IEC相关标准；产品采用模块化设计，便于安装和扩展、升级维护；人机界面的设计上与实际相符合，为系统使用者提供良好的人机界面；系统功能强大，操作简便，便于用户使用和自我维护。
案例（滨海热电厂）实际的系统结构图如下：
整套系统采用1套主站应用软件，2级通讯通道，3层设备组成。其中3层设备包括：表计、电能量采集终端、主站设备。2级通道包括：表计与采集终端之间采用（光纤）RS485通讯通道；主站与采集终端之间采用（光纤）网络通信方式进
行数据传输。
2.1.2 电能表
220kV升压站采用了0.2s级的关口电能表，具有双485通讯口。一路通讯口已使用，连接到原有的电能量采集屏。该电能量采集屏为绍兴电力局调度部门安装，将滨海电厂关口计量点数据进行采集并传送到电力局调度部门。需开放关口电能表的另外一路RS485通讯口，接入此次新增的在线抄表系统主站屏。
1#机、2#机厂用段采用国产DTSD546三相四线多功能电能表。准确度等级分两种：一种为有功0.2s级、无功2.0级；另一种为有功0.5s级、无功2.0级。
施工方面，新装或者更换电度表，涉及带电进行电气安装部分工作，需在具体施工安装的时候由双方配合完成。
2.1.3 HL3104电能量远方终端
本工程配装3台HL3104HA壁挂式变电站采集终端，分别安装在1#机、2#机6kV高压配电室，并备用1台根据现场实际情况配置。HL3104HA壁挂式采集终端配置6个RS485口，在保证实时性的前提下，按照每个RS485口配置16块电表计算，每台最多可接入96块电能表。
另外配置1台HL3104JA机架式采集终端，安装在新增的一面标准电能量采集屏，该屏布置在2#继电器室的“2#机主变和高压厂变变送器电度表屏”旁边的空位上，尺寸为2260（高）*800（宽）*600（深）。HL3104JA机架式采集终端配置有12个RS485口，在保证实时性的前提下，按照每个RS485口配置16块电表计算，每台最多可接入192块电能表。
HL3104HA/JA变电站采集终端设计先进、兼容性好、可靠性高、功能齐全、容量大，能够采集、处理、存储、远传电表输出的电能的相关信息。
HL3104HA/JA变电站采集终端具有灵活的电能量采集方式，能以RS-485、
RS-232等方式与多种电能表连接，进行电能数据采集，同时还能记录和电能计量有关的各种事件。具备接受当地或远方参数下装、自诊断、远方诊断、自恢复等功能；中文液晶显示；设置、查看、核对具有密码保护；具有输入、输出过电压、过电流保护。
2.1.4 HL3000电能量自动化系统主站
HL3000电能量管理系统，采用系统化设计思想，应用最先进的计算机网络通信和控制技术、采用分层、分布、开放型结构，充分考虑了系统功能的全面性、实用性、先进性，可用于发电厂、变电站电能量的自动采集、传输、存储、分析、计费、管理、监测和WEB发布功能，并通过支持实现与其它系统（如
DMS/SCADA/EMS/MIS等）的集成联结，可满足从省级电网到县级电网和发电厂、变电站、大用户、公用变、居民抄表等不同层次的运行需要，为电力企业的商业化运营提供决策依据。
针对滨海热电厂的电能量管理系统实际需求，HL3000电能量自动化主站所需的硬件、软件主要配置如下。
硬件主要包括：
1)抄表服务器：放置在2#继电器小室的新增屏柜内
Dell R710E服务器
配置：
英特尔?双核 E5620 至强?处理器 CPU, 2.4GHz
Broadcom 5716双端口千兆以太网
8 GB 内存
2块500GB 3.5英寸15K RPM 6Gbps SAS硬盘，RAID 1
16倍速DVD-ROM光驱（带RAM）
戴尔USB光电鼠标、键盘
软件：微软? Windows? Server 2008 x32 R2 SP1 标准版
服务：5年专业技术支持t: (7x24) 4小时上门服务
2)WEB服务器：放置在集控室内，作为WEB服务器，供全厂通过网络浏览
Dell (TM) Precision T1600
硬件:
第二代英特尔.酷睿(TM) i3-2100 处理器 (3.10GHz,3MB)
2GB (2x1GB) 非ECC DDR3 1333MHz SDRAM 内存
2块250GB 7200 RPM 3.5英寸 6.0Gb/s SATA 硬盘，RAID 1
16X 最大可变速 DVD-ROM光驱具有RAM功能
机箱防盗开关
戴尔数码高端系列 P2210 22英寸宽屏TFT液晶显示屏
512 MB ATI FireMV 2270 双显示器, 1 DMS-59, Dell Precision T1600 戴尔. MS111 USB光电鼠标
Dell(TM) KB212-B USB入门级商务键盘 (简体中文)
软件:Windows. 7 专业版 32位（简体中文）
服务:
5年下一工作日上门服务
我方所配置的软件主要包括：
1)操作系统：Windows Server 2008 R2, Windows 2007专业版
2)数据库：Oralce 11g；
3)报表平台：微软OFFICE 2010；
4)主站软件：HL3000电能量管理系统软件，包含WEB发布软件。
具体配置详见下文配置清单。
2.1.5 系统通信方式
HL3000电能量管理系统通讯有以下两部分，一部分为电能量电能量采集装置与电能表的通讯，一部分为电能量采集装置与主站系统之间的通讯。
1）电能量采集装置与电能表之间的通讯：
电能量采集装置与电能表之间采用RS485通讯通道；在每块电能表所在的开关柜之间敷设电缆连线，电缆采用屏蔽网线，每一工作段的电能表连接后再敷设电缆至相应采集器。电能数据电能量采集装置与各工作段的电能表通过数据电缆直接连接，通讯规约采用DL/T645-1997或者DL/T645-2007，以RS485方式与电能表进行通讯采集电量数据。
垮配电室的线缆采用光纤转换成RS485，避免通讯干扰。具体见上面的系统结构图。
2）电能量采集装置与主站系统之间的通讯：
通讯规约采用浙江省102电能量传输规约，并可以根据需要进行扩充。通讯接口为100M（光纤）以太网。
垮配电室的线缆采用光纤转换成100M以太网，避免通讯干扰。具体见上面的系统结构图。
3）对光电转换器的配置优化：
1#机、2#机、220kV升压站小室和继电器室、1#机继电器小室等处的光电转换器为1~2台，全部采用导轨式安装方式，DC220V直流供电，这样安装检修方便，比传统的板前安装，AC220V安装更节省空间，运行更加可靠。
2#继电器小室新增的抄表主站屏柜内的光电转换器较多，因此采用19英寸机箱安装框架，各光电转换器均布置在该19英寸机箱框架内。比传统的板前安装节省空间，便于维护，又美观实用。
2.1.6 案例（滨海电厂）配置清单
2.2 所提供解决方案的特点
2.2.1 数据准确性、完整性和一致性
系统所采集的电能原始数据，均保证以电能表底码值为基础，且提供时标统一，并配套数据通信检查、数据合理性检查等措施，以确保其系统计量数据与电能表数据源的数据无误，其符合相应计量管理标准和技术规范。
基于电能量数据的累加性和传递性特点，为确保任何情况下都不允许丢失电能表所记录的电能量原始数据，除确保在电能表通道量数据缓冲区满前读取数据外，且主站系统对电能表数据采集进行时标跟踪、及时追补；在数据累积或切换时，引入综合条件判据，并保留原始副本等技术手段，确保数据的完整性。
从数据采集、数据传输至数据存储，实施数据监视与对比数据配合。来确保系统计量数据、电能表记录数据的一致性，以及系统采集的原始数据与累计数据的一致性。对于因数据追补或数据修正，而出现的系统计量统计数据与原始数据差异性，其将通过数据标志区别。
2.2.2 数据计量的同时性
实现系统基于GPS时钟下的统一时标，并以主站系统GPS时钟为基准进行全网关口电能表的时钟同步。以确保关口电量数据计量的同时性，控制在秒级范围内；且系统实施统一时标下的电能量分类累计。
2.2.3 电能计量分类的灵活性
系统提供了电能量计量应用分类、分段模式化、且提供了数据保存模式化，因此可给电能计量综合应用或统计提供了充分的灵活性。
2.2.4 系统操作或管理的安全性和可靠性
系统不仅提供了完整的安全权限管理机制，且提供了系统容错措施。因此，确保数据存取、系统配置、系统操作的安全性。工作正常的在线、离线操作不引起系统崩溃。在线维护处理，在不中断和干扰系统的正常工作的情况下运行。
该系统作为电力公司发、供、用电各方电能计量及电费结算的重要依据，要求系统运行必须稳定可靠。因此，系统配置体系充分考虑了系统主服务器、网络主设备、其他关键设备的平均无故障指标。
3HL3000发电厂自动化抄表与管理系统
3.1 系统架构
3.1.1 系统软件平台层次架构
HL3000电能采集与管理信息系统主站采用多层次分布式设计理念，系统层次图如下图所示：
3.1.2 系统软件功能层次架构
层次说明如下：
1．数据采集层。能够与各种接入终端以各种通信方式进行通信，按照既定通讯规约解析数据，并对数据进行初步处理。
2．处理交换层。主要用于存储档案数据、采集的现场数据以及运行数据，抽取存储综合应用数据，与外部营销、调度自动化及GIS等系统接口交换数据等。
3．业务处理层。完成负荷管理、公变监测计量、厂站计量遥测、低压抄表等业务子系统处理功能。
4．综合应用层。利用来自不同自动化子系统的数据完成四分线损分析、需求侧管理决策分析以及WEB服务等功能。
3.1.3 系统硬件及支撑软件架构
系统全面采用开放的工业及国际标准作为硬件支撑平台和软件支撑平台。
硬件支撑平台包括：
网络平台：TCP/IP，ISO-OSI七层网络参考模型；交换式双网或单网配置；采用路由器、防火墙或网关机与其他系统互联，安全性上满足国家经贸委《电网与电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定》中的要求；
硬件平台：可以运行于IBM、RISC/Alpha、Sun、HP，INTEL/PC；
服务器端：双服务器Cluster结构，可采用IBM、Alpha、Sun、HP小型机、PC服务器，支持RAID，支持磁带机或DVD-ROM备份装置；
采集机、工作站等客户端：PC Server、PC工作站；
采集机柜：交换机、GPS卫星钟、KVM等。
软件支撑平台包括：
软件平台：支持POSIX/UNIX、Windows NT/ 2000/XP/2003/2008 Server等；
窗口及图形：Windows 2000/XP/NT/2003/2008；X-Window系统；OSI/MOTIF；
开发语言：C++及C语言系列、J2EE软件支持包；
数据库：Oracle大型关系型商用数据库。
3.2 系统软件关键技术
3.2.1 历史数据库服务
HL3000电能信息采集与管理系统主站历史数据库分为参数库和历史数据库，历史数据库采用按月、按数据类型分表技术，不必借助数据库管理系统复杂的表分区技术，即可很好地解决系统大数据量时的查询优化工作，实现系统快速响应，并能够完美地解决按月备份及恢复的需求。
3.2.2 实时数据库服务
在系统设计中，从数据库设计到高频度访问数据的保持，从业务处理逻辑到数据展现，需要引入一些先进的系统构架和设计思想才能满足系统的性能要求。
作为数据保持的一部分我们在系统中引入了实时数据库服务器的概念，其主要目的是在服务器内存中永久驻留各类服务和客户节点需要访问的参数和实时数据，这样把大部分业务对历史数据库的访问转为对实时数据库的访问，就是把对硬盘等存储设备的读写操作转为对内存的读写操作，减少了历史数据服务器的压力，提高了系统访问的性能，增强了系统的稳定性和可用性。
实时数据库技术在调度自动化系统中普遍使用，其实质是在实时数据库服务器节点上开辟足够的内存，驻留系统经常访问的参数和实时数据供客户端访问。从实时数据库部署方式上看有对等数据库和客户服务器两种模式。对等方式就是在各个节点上驻留完全相同的数据实体，应用程序一般通过共享内存的方式访问实时数据，
修改实时数据库时需要把修改的数据发布到所有节点上去；客户服务器模式则和我
们常见的商用数据库类似，只在服务器上驻留完整的数据实体，客户端根据需要访问数据库中的部分数据，为提高系统的可靠性，服务器一般采用集群方式配置，客户端通过服务命来访问。
我们的实时数据库服务采用的是客户服务器模式，提供两种访问实时数据库的客户端模式：ODBC驱动程序和直接访问的动态库，ODBC驱动程序提供简单的
标准SQL访问，动态库经过专门设计，这种方式一般更加快速有效。
3.2.3 电网模型建设
系统电网模型按电厂的主接线特点和符合特点进行建模，方便各种分析应用。
由于本系统的损耗数据较多，如果按照传统的方法为每个损耗填写计算公式，维护的工作量将十分巨大。因此，本系统对于实际网损计算采用不填写计算公式，按照事先定义的正反方向，自动对各部件进行损耗计算。例如：母线平衡计算，规定出母线为正，进母线为反，计算母线平衡时，只需将某一电压等级的所用反电量相加作为进电量，所有正电量相加为出电量，即可计算出此电压等级的母线不平衡率。
对送电线路考虑环网供电，能根据送电线路开关运行方式的变化，正确计算输出电量的统计结果。
3.2.4 网络管理平台
网络管理平台是保持系统稳健运行的一个组件，配置到主站系统的关键节点上，实现：
关键进程的守护、进程状态监视，包括：进程名、进程运行状态：进程运行状态、启动用户、累计运行时间、最近通信时间等信息监视；在关键进程/服务、资
源出现异常时启动预定的守护规则，保证系统稳定运行；
并列运行、双机互备机制：将多台前置节点两两分组，实现多机（每台前置）并行、双机互备的工作模式，当任一节点故障、或非同组多节点故障时，均可保证系统正常运行；
关键节点的系统资源监视：包括节点名、CPU负载率、内存使用情况、磁盘
空间使用情况等信息监视。
3.2.5 数据采集服务
数据采集通讯集成GPRS/CDMA/SMS/短信专线、网络、拨号、专线等通讯方式，通讯资源网上共享，规约采用插件式设计。采集服务对外提供历史数据的存储以及实时数据、事件的转发服务，同时提供通讯服务的功能。
分布式前置机多组主备配置：采集服务器分布式主备/并列配置，进程由平台自动守护，故障后自动启动保证不间断运行。
采集服务器IP集群：针对GPRS/CDMA 1X公网无线通信的特殊情况，系统支持两台采集服务器IP地址集群，实现当一台机器故障后终端自动连到备用采集服务器上。
3.2.6 系统安全解决方案
系统采取措施确保数据存取、系统配置和其他在系统上操作的安全性。工作正常的在线、离线操作不引起系统崩溃。在线维护处理，在不中断和干扰系统的正常工作的情况下运行。
3.3 系统功能
系统由以下模块构成，分别为：数据采集、参数维护、计算服务、业务处理、运行工况、数据分析、供电质量、错峰管理、线损分析、事项分析、需求侧管理、系统管理、报表管理、数据交换。功能一览如下：
3.3.1 数据采集
3.3.1.1规约支持
《DL719-2000(IEC-102)标准规约》
国家电网《电力负荷管理系统数据传输规约》
广西电网公司大用户、配变、变电站、居民数据通信规约