小水电远程电能量采集监测系统解决方案

    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。