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技术交流

小水电远程电能量采集监测系统技术解决方案
发布日期:2008-4-17 15:21:47

我国小水电资源十分丰富。到2006年底,全国已建成小水电站6万多座,装机达34.85 GW,占全国水电装机的32.4%,年发电量800 TWh,占全国水电发电量的36.2%。50多年来,小水电解决了3亿无电人口的用电问题。小水电投资少,见效快,又是绿色能源。为此,国家实施了小水电代燃料生态保护工程,发展小水电已成为西部大开发投资者关注的焦点。大力发展小水电成为国家实行农村电气化、缓解电能紧缺的有效手段之一。

然而,由于小水电布点分散、检测装置陈旧,使供电部门在对小水电的管理中存在着抄表工作强度大,工作效率低,不能及时准确分析考核发电质量,不能及时调度等困难。国家在大力支持和发展小水电的这一”绿色能源”的同时,也为电力部门如何使用现代化的手段对小水电的
发电情况实行有效地管理提出了新的课题。

通过对并入景宁县电网的100多座小水电站进行远程电能量采集及监测系统的研发、项目的实施过程中,我们积累一定的管理和技术经验,形成如下小水电远程电能量采集监测系统技术解决方案。

1 设计目的

景宁畲族自治县水力资源丰富,据测算水能蕴藏量666.2 MW,至今已建成电站133座,总装机314.85 MW,2004年景宁县被国家水利部命名为“中国农村水电之乡”。小水电的快速发展,为缓解电力供需矛盾,为畲乡经济发展作出了贡献,但无序开发、无序发电,就难以发挥资源优势,带动地方经济增长,甚至会因为增加电网压力、增加发电行业整体成本而成为一害。

小水电有几个特点:难预测,由于小水电是径流电站为主,下雨即发,无水即停,发电负荷难预测。难控制,小水电规模小、分布广、发电设施简陋,并网点大多在10kV分支线上,通讯联系薄弱,调度命令难以及时到达,线路跳闸时,将导致沿线用户电压突变,以致造成家电损坏事故。难消化、小水电可发电时间、出力计划性差,无法组织临时用户,必须有大网相应备用机组或AGC机组(自动发电控制)作后盾,才能满足用户用电需求。必须消化,水电不同火电,火电停发可节省燃料,水电停发却造成更大浪费。

基于以上特点,小水电在发挥对大网补充作用的同时,也给电网安全经济运行带来很大冲击。因此,如何采用行之有效又切实可行的计算机和通讯技术,对小水电进行现代化的管理,从而提高电力部门的经济效益和管理水平已势在必行。

1.1 设计原则

在设计该系统时必须考虑到电站环境的特殊性和通讯局限性。

电站环境:小水电站地处山区,路途遥远,环境恶劣,雷击、潮湿严重,同时设备陈旧、管理人员素质不高。

主站和子站通道的局限性:若采用无线通讯,要充分考虑到无线信号的覆盖率以及数据通讯的稳定性和可靠性。若采用电力载波,要充分考虑到阻抗、斜波、通讯距离等困难制约了通讯的成功率。若采用光纤,成本太大。所以,就目前的通讯现状来看,只能充分利用公用电话网这一相对来说数据通讯稳定,基本上每个电站都能到达的通道。但点对点通讯方式效率太低,通讯成功率也不高,并发数据存在瓶颈。所以确定利用公用电话网中的16300/16900这一通讯方式为主。

数据存储:以抄表间隔5 min计算,至少可以存放12个月的数据。掉电后数据可保持10年以上。

设置功能:支持主站对终端的远程设置和升级(按权限规定)。升级无须更换硬件。
信息传输:主动、定时上报有关数据(可以设置)、异常报警信息;如终端发生停电,主动上报停电时间及当前电量;终端上电后,主动上报上电时间、当前电量。被动,接受召测(即时数据)、设置等命令。

对时功能:终端本身具有时钟,但同时能够接受主站对时,两者误差应小于1 s。

1.2 主站软件基本功能

接收数据:接受终端采集上行的信息,并发送下行至终端的各种命令(如参数设置、升级等)。存储:存储管理范围内所有终端上报的信息。客户端软件基本功能实时反映电站运行状态,即动态监测电站正在发电、电站不发电、电站断电等状态。

接收采集终端主动上传的各种数据,动态查询统计各种常用报表和各种直观曲线图。 如水电电费汇总表、并网水电站装机容量及电量表,小水电日发电出力报表,小水电上网结算统计表,小水电上网电量年报等。

自动生成月度电费结算单。提供电站的总体概况和基本信息等文档管理软件。提供其它系统的数据接口,以达到数据共享。软件界面良好,操作方便。客户端软件可以在线升级。

1.3 系统容量及技术指标

终端电源。供电方式使用单相、三相或直流方式供电。供电电压,三相供电在额定电压(3×100、3×57/100、3×220/380 V)±20%内能正常工作。单相供电在额定电压(100、220 V)±20%内能正常工作。直流供电在额定电压(100、220 V)±20%内能正常工作。

消耗功率:消耗功率不大于10 VA。

备用电源:在失去外部电源的条件下,终端应有数据保持和维持时钟芯片工作,并至少具有与主站通讯(上报失电时刻的日期、时间以及存储在终端中的数据)的能力。

本地接口:通过本地接口能够对终端设置和读取数据,本地接口可是RS232、RS485或LAN。

外壳尺寸和接口:适合电站现场安装的尺寸均可。

输入、输出信息的接口,至少包括:工作电源的输入、485通讯口、LAN、电话线、GPRS/CDMA等,各路输入输出必须光电隔离。

使用环境和电气参数符合GB/T13729-92远动终端通用技术条件。终端应有防止死机的自复位、自诊断功能。

2 系统安全

2.1 数据安全

终端数据安全。终端和主站存在一组设备ID串号,双方进行数据交换时均包含ID串号,数据到达目的地后对该ID串号进行比对核准,以确认数据包来源和目的地的合法性;登陆终端进行远程维护,除了严格的用户口令审核外,没有特定的维护工具无法对终端系统进行操作。

数据通讯安全。自定义的数据包格式,私有的加密算法,使用的是“密文传输”,即使数据包被非法截获,没有密匙也无法知道数据包的内容;同时,对上传的数据,运用和历史数据的比对算法进行合法性判断,并对非法的数据进行报警和过滤。每个数据包均包含访问的用户和密码,主站会对其进行日志登记和验证其合法性。

主站数据库数据器安全。访问数据库采用客户端许可号安全认证,对无授权的非法客户端拒绝访问,同时结合用户权限控制、数据浏览权限控制、数据读取/修改权限控制确保数据的安全访问;数据库系统采用严格的安全日志记录,对数据库所做的数据操作均记录日志,做到有迹可寻。

2.2 系统典型结构和软硬件配置

软硬件配置主站软件运行环境服务器的操作系统要求Windows 2000 Server或Windows 2000 Advanced Server。系统使用数据库系统要求SQL Server 2000 StandardEdition以上版本。服务器要求可供拨号方式连接互联网(VPN)。服务器拨号连接产生的IP地址要求能被互联网上其他计算机访问。

与其他系统接口3县局小水电电能量管理系统是一个相对独立的管理子系统,但必须提供与SCADA系统、营销系统、生产管理系统的接口。

3 经济和社会效益分析

项目给电力部门如何管理小水电提供了一套有效的解决方案。使他们克服了对小水电管理中存在的抄表工作强度大,工作效率低,不能及时准确分析考核发电质量,不能及时调度等困难。提高了管理水平,创造了良好的社会经济效益。

4 结束语

本系统在景宁县电力局实施运行,极大地提高了工作效率、管理效果、资源利用效果。从一年来的实际应用情况反映良好,系统将在以后的使用中不断改进、完善,使之成为实用、高效的应用系统,为解决小水电管理难的问题提供了有力的技术保障,真正实现从管理中要效益的目标。


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