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一种关口电能计量装置状态管理系统的设计与实现

来源:动视网 责编:小OO 时间:2025-09-28 19:40:52
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一种关口电能计量装置状态管理系统的设计与实现

0引言随着国家电网公司建设坚强智能电网的不断深入,以及运营方式、管理方式的不断转变,传统的电能计量管理方式与手段难以满足要求实际工作需要。为了加强电能计量管理工作,国内的很多电力公司实施了计算机信息化管理。90年代末期投入使用的电能计量管理系统并没有作为一个的管理信息系统用于为电力企业服务,而是多数作为一个简单的功能模块出现在电力营销管理信息系统、电力市场技术支持系统等综合管理系统中。因此,功能单一、综合应用性不强、缺少工作流程驱动机制等问题是这类系统的弊端。近年来,国内相关技术人员针对电
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导读0引言随着国家电网公司建设坚强智能电网的不断深入,以及运营方式、管理方式的不断转变,传统的电能计量管理方式与手段难以满足要求实际工作需要。为了加强电能计量管理工作,国内的很多电力公司实施了计算机信息化管理。90年代末期投入使用的电能计量管理系统并没有作为一个的管理信息系统用于为电力企业服务,而是多数作为一个简单的功能模块出现在电力营销管理信息系统、电力市场技术支持系统等综合管理系统中。因此,功能单一、综合应用性不强、缺少工作流程驱动机制等问题是这类系统的弊端。近年来,国内相关技术人员针对电
0引言

随着国家电网公司建设坚强智能电网的不断深入,以及运营方式、管理方式的不断转变,传统的电能计量管理方式与手段难以满足要求实际工作需要。

为了加强电能计量管理工作,国内的很多电力公司实施了计算机信息化管理。90年代末期投入使用的电能计量管理系统并没有作为一个的管理信息系统用于为电力企业服务,而是多数作为一个简单的功能模块出现在电力营销管理信息系统、电力市场技术支持系统等综合管理系统中。因此,功能单一、综合应用性不强、缺少工作流程驱动机制等问题是这类系统的弊端。

近年来,国内相关技术人员针对电能计量装置监测管理的开展了大量改造创新工作。文献介绍了电能

一种关口电能计量装置状态管理系统的设计与实现

程瑛颖,侯兴哲,肖冀

(重庆市电力公司电力科学研究院,重庆401123)

摘要:介绍了一种选用Windows Server2008操作系统平台、Oracle数据库管理系统和VS.NET系统作为开发工具,采用n层体系结构和可重用组件技术,基于电力信息系统安全分析设计的一套大型的、智能化的“关口电能计量装置状态管理系统”。着重分析了该系统的关键技术和实现过程,详细阐述了系统中计量点运行信息的GIS智能化展示、计量装置状态管理、计量点现场视频监控管理等应用模块。通过在重庆市电力公司的20余个220kV试点变电站及发电厂的试运行表明,该系统具备统一的开放性和安全性,可与计量中心生产调度平台进行有效的数据交互,促进了电能计量装置的高效运行。同时,配合实时视频图像监控措施,极大地提高了电能计量装置的防窃电能力,实现了对大批量电能计量装置的统一、自动化在线管理。

关键词:电能计量;在线监测;模糊综合评判;DRBAC算法;模糊专家系统

中图分类号:TM734文献标识码:B文章编号:1001-1390(2013)08-0087-06

Design and Realization of Condition Management System of Gateway Electrical

Energy Metering Device

CHENG Ying-ying,HOU Xing-zhe,XIAO Ji

(Chongqing Electric Power Research Institute,Chongqing401123,China)

Abstract:This paper introduced a kind of large and intelligent condition management system of gateway electrical energy metering device with the Windows Server2008,Oracle and VS.Net software as developing tools,as well as the n-tier architecture and reusable component technology.The key technologies and realization process were also analyzed in this paper.Moreover,a detailed description was given of the application modules such as the GIS smart display of metering point,the condition management of metering devices and the visual monitoring of metering point. The trial operation in the selected transformer substations and the power stations of Chongqing Power Electrical Corp.indicates that the condition management system is very open and safe.According to the data exchange with the production and scheduling platform,the system improves the efficient operation of the electrical energy metering devices.Meanwhile,combined with the real-time visual monitoring,the condition management system improves the prevention ability of electricity filching,and realizes the unified automatic large-scale management of electrical energy metering devices.

Key words:electrical energy metering,on-line monitoring,fuzzy comprehensive evaluation,DRBAC method,fuzzy expert system

87

--计量装置远程校验监测系统应用的必要性及系统原理,试运行表明该系统的应用能够实现电能计量装置安全、可靠、实时监测[1]。文献提出了一种新的工作模式:通过远程采集电能表运行数据,实时传送至实验室进行比对分析,发现问题及时派出人员予以解决[2]。文献通过电能量信息系统的完善建设,实现了电能信息自动采集、负荷监控、计量监测、用电分析管理、线损“四分”统计分析、远程抄表结算等功能,大幅度提升了技术管控手段[3]。文献开发了一套电能计量装置

远程自动检测系统,利用一个分站装置对多路被检电能计量装置进行“多路选一”检测,从而实现了对厂站端CT、PT二次计量回路中电能计量装置的远程自动在线检测,以及其它电网运行参数的实时采集和远程

传送[4]。文献提出了一种基于用电信息采集系统的计量装置运行在线监测方法。但是,使用该方法有严格

的步骤局限,而且目前尚未有工程应用验证[5]。文献提出了一种电能计量在线监测系统。通过应用电能计量在线监测系统,计量管理人员就可以及时发现计量装置的故障,并立即通知处理,而且系统能够记录故障发生时的负荷曲线。当计量装置误差超限时,计量管理人员也更容易及时发现、及时处理。不过目前该电能计量在线监测系统在实际应用还存在不足,系统单

台设备监测容量偏小[6]。

与此同时,重庆市电力公司电力科学研究院通过多年的建设,在电能计量管理方面基本实现了自动化管理要求,如自动化物流系统、自动化检定和加封技术,并且建成了一系列国家级实验室。形成了较为系统、完整的电能计量表计的精细化管理。但目前也存在着对现场表计,特别是对关口计量装置的状态管理尚待提升,对现场出现的窃电行为无法进行有效监管等问题。

有鉴于此,由重庆市电力公司电力科学研究院组织开发了一套大型“关口电能计量装置状态管理系统”,该系统选用Windows Server2008操作系统平台、Oracle数据库管理系统和VS.NET系统作为开发工具,采用了n层体系结构和可重用组件技术,实现了对电能计量装置的自动化、智能化在线监测及维护。

1系统总体架构

本系统总体采用b/s架构,系统结构如图1所示。

本系统采用ASP.NET实现b/s架构,用VS2010在. NET平台上实现了对ORACLE数据库的存取架构设计,以及客户端对服务器资源的多用户操作,用于计量装置状态管理、计量装置运行管理和GPS信息管理。

ASP.NET的优点包括:标准集成XML、SOAP及其它;简化应用;Web服务支持;用于所有.Net语言的标准工具集;对移动设备的支持;代码管理;平立;充足的学习资源;现代化语言;跨语言标准基本类型。

其次,系统架构设计完成后,利用安全分析方法,对信息系统进行风险评估。信息系统安全风险评估是指依据有关信息安全技术与管理标准,对信息系统及由其处理、传输和存储的信息的机密性、完整性和可用性等安全属性进行评价的过程。信息系统的安全风险与资产、威胁、脆弱性这三大要素相关。这些威胁因素对信息系统安全风险影响是不确定的,具有模糊性。基于模糊综合评判理论的信息系统安全风险评估,是通过专家经验赋予每种威胁风险指标值,利用模糊评估矩阵运算,获得量化的信息系统安全风险的严重程度,对影响信息系统安全性的多种风险因素做出总体评价[7-10]。

最后,在建立了安全的信息系统后,利用重庆市电力公司及国内知名专家的经验,形成专家系统,利用模糊方式进行设计,构成一套大型的远程电能计量装置状态评价机制。

2系统关键技术及实现

2.1系统编程优化技术

2.1.1系统性能的优化

本系统利用了数据表顺序查询技术和基于GC的垃圾处理技术。由于系统需要一个小时就采集上千个计量点的数据,因此,当进行诸如综合误差等计算的时候,查询的数据量是很大的。通过对数据表的精心设计,对基本的数据库操作,建立优化的视图和存储过程,极大的降低了数据访问的消耗。同时,通过分析C#的垃圾回收策略,合理的设计类中的销毁函数和析构函数,利用Gc.collect()及时手动回收不需要的资源,降低了对系统资源的消耗。

2.1.2代码优化系统

20%的代码用去了80%的时间,这是程序设计中

图1系统总体框图

Fig.1System structure

diagram

88 --

图2电力系统的多域环境

Fig.2Multi-domain environment of power

system

的一个著名定律,在数据库应用程序中也同样如此。优化要抓住关键问题,对于数据库应用程序来说,重点在于SQL 的执行效率。

一些方法如下:(1)合理使用索引。在经常进行连接,但是没有指定为外键的列上建立索引,而不经常连接的字段则由优化器自动生成索引;如果待排序的列有多个,可以在这些列上建立复合索引(compound index )。

(2)避免相关子查询。一个列的标签同时在主查询和where 子句中的查询中出现,那么很可能当主查询中的列值改变之后,子查询必须重新查询一次。查询嵌套层次越多,效率越低,因此应当尽量避免子查询。如果子查询不可避免,那么要在子查询中过滤掉尽可能多的行。

2.2信息系统风险评估

2.2.1电力信息系统面临的威胁

根据威胁的不同来源,系统主要面临的安全威胁分为以下几类:

(1)信息泄露:保护的信息被泄露或透露给摸个非授权的实体。

(2)破坏信息的完整性:数据被非授权地进行增删、修改或破坏而受到损失。

(3)拒绝服务。信息使用者对信息或其他资源的合法访问被无条件地阻止。

(4)非法使用:第一资源被某个非授权的人,或以非授权的方式使用。

(5)窃听。用各种可能的合法或非法的手段窃取系统中的信息资源和敏感信息。例如对通信线路中传输的信号搭线监听,或者利用通信设备在工作过程中产生的电磁泄露截取有用信息等。

(6)业务流分析。通过对系统进行长期监听,利用统计方法对诸如通信品读、通信的信息流向、通信总量的变化等参数进行研究,从中发现有价值的信息和规律。

(7)旁路控制。攻击者利用系统的安全缺陷或安全性上的脆弱之处获得非授权的权利或。例如,攻击者通过各种攻击手段发现原本应保密,但是又暴露出来的一些系统“特性”,利用这些“特性”,攻击者可以绕过防线守卫者侵入系统的内部,达到盗窃数据的目的,从而使我们在信息安全方面存在很大的隐患。2.2.2风险评估模型

按照文献[7],风险评估模型设计步骤如下:(1)确定系统的安全风险因素集

设S 为信息系统的所有安全风险因素集,将性质

相近的因素分在一组,假定S 中的因素分为l 组,即:

S =S 1,S 2,...,S L !"(1)式中S i 代表S 中的第i 组因素,i =1,2,...,L 。

针对每个S i 有n 个风险因素集,表示成S i ={S i 1,S i 2,...,S in }这样,将安全风险因素集合分为多层集合。

(2)定义安全风险指标

安全风险指标V ,表示信息系统安全风险发生时产生的后果对信息系统的影响程度。

V =V 1,V 2,...,V m !"(2)

式中m 表示风险指标集的数目;V j 表示安全风险指

标,j =1,2,...,m 。

(3)确定安全风险因素的权重系数

S i 中各个因素相对安全风险指标集V 的权重。系数用矩阵表示为:

A i =A i 1,A i 2,...,A in !

"(3)式中各系数之和为1。

(4)计算安全风险综合评估矩阵

按照模糊推理方法,首先确定单因素S in 相对安全风险指标集V 的单因素模糊评估矩阵R i 。

然后,确定高层因素S 的安全风险模糊综合评估矩阵B 。最后,计算综合各种安全风险因素的安全风险S 。

2.2.3针对本系统的安全风险分析及防护措施

如图2所示,本系统涉及多个环节,利用上述方法可以得出,远程控制部分存在系统的最大安全隐患。

电力系统自动化要求实现变电站远程控制,目前影响远程控制的关键技术是保证对变电站设备的安全访问和控制,按用户身份及其所归属的某项定义组来用户对某些信息项的访问,或对某些控制功能的使用。访问控制通常用于系统管理员控制用户

对服务器、目录、文件等网络资源的访问。

目前电力信息系统中广泛应用的基于角色的访问控制RBAC (Role Based Access Control )模型通过引入“角色”将用户和权限从逻辑上分离开来。但对于

--

电力行业中这种大规模的系统来说,当用户数量多、处理的信息数据量巨大时,用户权限的管理任务将变得十分繁重,并且用户权限难以维护,这就降低了系统的安全性和可靠性。对于海量的数据和差异较大的数据类型,需要用专门的系统和专门的人员加以处理,要是采用RBAC 模型的话,安全管理员除了维护用户和角色的关联关系外,还需要将庞大的信息资源访问权限赋予有限个角色。当信息资源的种类增加或减少时,安全管理员必须更新所有角色的访问权限设置,而且,如果受控对象的属性发生变化,同时需要将受控对象不同属性的数据分配给不同的访问主体处理时,安全管理员将不得不增加新的角色,并且还必须更新原来所有角色的访问权限设置以及访问主体的角色分配设置,这样的访问控制需求变化往往是不可预知的,造成访问控制管理的难度和工作量巨大。

我们的系统采用了MD-ABAC 决策算法实现了访问控制模型。如图3所示,控制策略和控制规则是MD-ABAC 访问控制系统的核心所在,在基于受控对象的访问控制模型中,将访问控制列表与受控对象或受控对象的属性相关联,并将访问控制选项设计成为用户、组或角色及其对应权限的集合。

多域环境中基于属性的访问控制模型MD_ABAC ={S,R,E,A,P,AA,PA,MA,MP },其中:S 、R 、E 、A 、P 、AA 、PA 、MA 和MP 对应的分别为主体、资源、环境、属性、权限、属性赋值、权限赋值、元属性和元策略[7]

。流程如图4所示。

2.2.4基于模糊专家系统的计量装置状态评估针对目前国内存在的对关口电能计量装置缺乏有效的状态管理,对现场窃电行为无法进行有效监管等问题,结合重庆市电力公司多年的技术经验,并汇集了国内知名专家、学者和信息系统研究人员的智慧,提出了根据现场计量装置的可测运行数据进行模糊状态评测的方法并结合评测矩阵,对计量装置的实时运行状态进行针对性评估,并在本系统中实现。基本设计流程如图5所示。

3

系统主要功能及现场运行本套“关口电能计量装置状态管理系统”以关口计量装置全寿命周期为时间轴,内容涵盖计量装置投运前信息记录及投运后运行状态监测,并根据投运后运行状态各数据(包括正常数据及异常数据)建立相应的图表,通过对各类图表的分析判断当前计量装置健康状态,以供决策层、经营管理人员和业务分析人员等提供决策依据。且该系统与计量中心生产调度平台可进行有效的数据交互,实现促进电能计量装置有效和高效运行的高级应用。

系统的登陆界面美观,人性化强,易于操作,其主登陆界面如图6所示。

整个后台管理系统包括计量点运行信息的GIS 智

能化展示、计量装置状态管理、计量点现场视频监控

图3远程控制功能模块Fig.3Remote control function

module

图4MD_ABAC 算法Fig.4MD_ABAC

algorithm

图5模糊专家系统设计流程

Fig.5Design flow diagram of fuzzy expert

system

90--

管理等多个应用模块。根据关口计量装置全寿命周期为时间轴,在各应用模块中建立了计量装置状态监测、计量装置运行信息采集与分析、计量装置故障预警、标准法规等子系统。3.1GIS 智能展示功能

该功能可实现重庆市电网拓扑图的管理,能够自由增加删除电网节点、能够自动遍历终端中接入的所有关口表,智能获取连接信息、电网地图编辑等;

如图7所示,以计量点的相关运行信息为主线,结合计量点地理位置、类型、电压等级、单位性质、等对计量点进行有选择的展示,可以在重庆市地图上动态显示所选择的厂站;

此外,该系统与重庆市电力公司已有车载GPS 定位系统连接,可实现工作车辆精度定位,达到及时调度、快速抢修的目的;

相关技术管理人员可通过管理系统对各关口点

进行相关操作,选择某个关口后,可选择性的显示该关口的一次接线状态信息,同时展现对侧校核点运行情况。能够在相应的关口上动态显示最近的电量计量信息,分别以色标识出关口的运行情况,提供链接分别访问关口的厂站信息、计量点信息、资产信息、采集状况、负荷情况、事件信息、校验数据、电量公式等信息。3.2计量装置状态管理

本部分功能主要包括两部分内容,即计量装置的全寿命周期管理以及计量装置运行状态的实时在线监测。

(1)计量装置的全寿命周期管理

可实现对关口计量装置的设计方案审查、设备安装、竣工验收、现场检验、轮换、故障处理、更换、拆除、配置信息、计量装置资产信息、采集设备信息、计量装置误差测试信息、实时电能量信息、计量点一次接线信息、定位信息、故障异常报警信息、误差受环境影响变化趋势信息等进行统一管理;

实时功率信息和电量信息、校验数据、误差受环境影响变化趋势信息进行信息智能展示,并通过统筹关口计量点全方位信息建设数据中心,进行计量点故障处理与综合分析。对电能计量装置的状态特性进行评估,并给出参考决策意见;

故障点即时安排消缺工作以及针对运行状态,调整检验周期;以及实现关口电能计量装置计量方案确定、计量器具选用、订货验收、检定、检修、保管、安装竣工验收、运行维护、现场检验、周期检定(轮换)、抽检、故障处理、报废各生命周期的受控管理。

图6系统主登陆界面Fig.6System log-in

interface

图7GIS 智能展示界面

Fig.7The interface of GIS smart display

91--

(2)计量装置运行状态的实时在线监测

此部分功能可实现现场及远程计量装置误差数据的监测及校验;

控制终端按照定义周期或者即时响应进行电能表数据读取,并召回采集数据,能读取关口电能表的计费数据、瞬时值、负荷曲线、事件记录等运行数据;

进行计量装置误差趋势分析:根据每个计量点综合误差计算结果,结合计量点(公式)电量数据,可以对计量点的误差电量进行计算,在此基础上建立数学模型,利用相关的插值算法进行加权年化误差电量估算;

整合动态实时信息,对上网计量点和对侧参考点进行电能量平衡监视,及时发现电能计量装置运行异常,为计量点故障处理与综合分析提供参考依据;提供完备的报警功能:计量装置状态异常报警、误差超差状态报警、无法读取相关电量数据及其他功能故障报警,各个报警功能及门槛值可以自由设定。3.3

计量点视频监控管理

如图8所示,此部分可与计量点现场视频采集单元结合可提供即时图像识别,判断电能表显示是否正常;进行运行环境变化图像识别监控,从而达到防窃电功能;并且支持图像记录,支持接入USB 设备以及GPS 对时系统。

3.4

现场应用

基于重庆电网自身特点,并结合重庆市电力公司及重庆电科院在电能计量方面的发展规划,创建了本套大型电能计量监测管理平台。

通过该系统在重庆市电力公司下辖20余个220kV 试点变电站及发电厂的运行结果表明,该系统与计量中心生产调度平台可进行有效的数据交互,实现促进电能计量装置有效和高效运行的高级应用。同时,配合实时视频图像监控措施,极大地提高电能计量装置的防窃电能力,实现了对大批量电能计量装置的统一、自动化在线管理,是一种全新的针对电能计量装置的自动化管理模式。试运营以来,已基本形成了一套智能化、集约化、科学化的关口电能计量管理体系。4结束语

介绍了一套大型“关口电能计量装置状态管理系统”,该系统选用Windows Server2008操作系统平台、Oracle 数据库管理系统和VS.NET 系统作为开发工具,采用了n 层体系结构和可重用组件技术,实现了对电能计量装置的自动化、智能化在线监测及维护。

试运行结果表明,该系统的优点主要有:(1)是具有大容量、可扩展数据库支持的,具备电能计量测试、分析、数据汇总、图表绘制等多功能、多用途的大型电能计量分析研究平台;

(2)支持多种数据库操作方式,支持大容量数据的高速调用、计算;

(3)通过与计量中心生产调度平台的链接,实现了快速的数据交互,促进了电能计量装置的高效运行;

(4)与计量点现场实时视频图像监控相配合,极大地提高电能计量装置的防窃电能力,实现了对大批量电能计量装置的统一、自动化在线管理,是一种全新的针对电能计量装置的自动化管理模式。

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图8计量点视频监控界面

Fig.8The interface of visual monitoring of the remote

measuring

point

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电测与仪表

Electrical Measurement &Instrumentation

第50卷总第572期2013年第8期

Vol.50No.572

Aug.

2013

程瑛颖(1976—),女,硕士,高级工程师,从事运行电能计量装置技术管理工作。Email :cyy_99@sina.com

侯兴哲(1965—),男,副院长,高工,从事电能计量装置研究与管理工作。Email :hhhxz@sohu.com

肖冀(1975—),本科,工程师,从事电能计量装置状态技术管理工作。Email :xiaoji114 @163.com

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(田春雨编发)

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WU Wei, ZHOU Ye, HUANG Zi-qiang. Implementation of IRIG-B(DC) Encoder and Decoder Design Based on FPGA [J]. Electronic Design Engineering, 2010, 18(12): 162-1.作者简介:

徐庆芳(19—),女,汉族,江苏无锡人,硕士研究生,从事智能信息处理研究。

姚善化(19—),男,汉族,安徽淮南人,博士,教授,研究生导师,从事智能信息处理研究。

收稿日期:2012-11-18;修回日期:2013-03-15

(焦阳编发

唐彬(19—),男,汉族,江苏盐城人,硕士研究生,从事智能信息处理研究。Email: abthla@163.com

上接第92页)120--

一种关口电能计量装置状态管理系统的设计与实现

作者:程瑛颖, 侯兴哲, 肖冀, CHENG Ying-ying, HOU Xing-zhe, XIAO Ji 作者单位:重庆市电力公司电力科学研究院,重庆,401123

刊名:

电测与仪表

英文刊名:Electrical Measurement & Instrumentation

年,卷(期):2013(8)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dcyyb201308021.aspx

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一种关口电能计量装置状态管理系统的设计与实现

0引言随着国家电网公司建设坚强智能电网的不断深入,以及运营方式、管理方式的不断转变,传统的电能计量管理方式与手段难以满足要求实际工作需要。为了加强电能计量管理工作,国内的很多电力公司实施了计算机信息化管理。90年代末期投入使用的电能计量管理系统并没有作为一个的管理信息系统用于为电力企业服务,而是多数作为一个简单的功能模块出现在电力营销管理信息系统、电力市场技术支持系统等综合管理系统中。因此,功能单一、综合应用性不强、缺少工作流程驱动机制等问题是这类系统的弊端。近年来,国内相关技术人员针对电
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