380V低壓配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)研究

周兆華

（廣東威恒輸變電工程有限公司，廣東 佛山528200）

0 引言

目前，全世界共同面對的挑戰(zhàn)主要包括2個方面，一是環(huán)境保護(hù)，二是節(jié)能減排。全球大發(fā)展對能源的需要越來越多，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2050年世界能源需求量將比2007年翻2番，但到2030年對電的需求會先出現(xiàn)翻番現(xiàn)象。工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)達(dá)使得全球溫室效應(yīng)越來越嚴(yán)重，全球氣候越來越反常，為了還后代一個美麗的家園，我們要盡力降低二氧化碳的排放量。全世界人口急速增長，對能源需求日益增多，各國在每天、每月、每年的用電高峰期均出現(xiàn)了程度不同的斷電和限電現(xiàn)象，有的時候還會出現(xiàn)因負(fù)荷過重導(dǎo)致大范圍停電。該如何分配現(xiàn)在的能源類別以及怎樣提高現(xiàn)代能源的綜合利用率，是有效解決用電難問題的關(guān)鍵，所以，怎樣最高效率利用電能已經(jīng)成為全世界的共同追求。

由于過去的電力系統(tǒng)損耗嚴(yán)重，利用效率很低，還兼有限電、停電情況嚴(yán)重的缺點(diǎn)，所以，現(xiàn)在很多國家已著手大力構(gòu)建智能電網(wǎng)系統(tǒng)，以提升電能的利用效率，降低電力傳輸?shù)膿p耗。但是，該改進(jìn)還要配置相應(yīng)的應(yīng)用在用戶終端的產(chǎn)品和設(shè)備，這些器件要具有高效節(jié)能的特點(diǎn)。智能電網(wǎng)系統(tǒng)還需配套建立科技含量較高的配電監(jiān)控系統(tǒng)，使其能夠按照用電負(fù)荷的變化對配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相應(yīng)的控制和調(diào)節(jié)，從而為節(jié)約電能和提高電力能源的利用率提供最有效的幫助。

目前，國內(nèi)大部分配電系統(tǒng)中僅有一部分實(shí)行了自動化監(jiān)控，這就使得大部分采用人工監(jiān)控方式的配電系統(tǒng)中存在的故障或隱患無法被監(jiān)管控制人員及時發(fā)現(xiàn)，并迅速加以解決。目前，我國在用的智能380V低壓配電網(wǎng)絡(luò)普遍占地面積廣，功能繁多，在實(shí)際應(yīng)用中造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，加大了生產(chǎn)投入和維護(hù)費(fèi)用。另外，這些網(wǎng)絡(luò)的智能化程度較低，結(jié)構(gòu)繁雜，如需對其進(jìn)行升級，就得把整個網(wǎng)絡(luò)重新組織安裝，費(fèi)時費(fèi)力費(fèi)錢。并且，升級時難免會給電力用戶帶來嚴(yán)重的不便，從而影響到電力企業(yè)的聲譽(yù)和誠信度。

面對這些新的問題和市場需求的改變，在現(xiàn)有的配電微自動化網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出既能解決這些問題又能適應(yīng)未來發(fā)展需求的380V低壓配電網(wǎng)絡(luò)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)是當(dāng)務(wù)之急。

1 監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

為了實(shí)現(xiàn)380V低壓配電網(wǎng)絡(luò)的智能化，并且滿足用戶的個性化配電要求，我們提供了一種智能化、靈活性高、安全系數(shù)高、利用率高的新型實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)。

1.1 硬件構(gòu)成

智能化380V低壓配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)主要由硬件和軟件2部分構(gòu)成，并通過模塊化的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用是通過硬件設(shè)備的模塊化和將軟件功能穿插到硬件設(shè)備中的重要思路實(shí)施的。因?yàn)槟K化加強(qiáng)了該系統(tǒng)的可拓寬性，使得供電用戶可以按照自己的要求進(jìn)行自主配置，選擇更適合自己的軟硬件，優(yōu)化系統(tǒng)構(gòu)建成本。當(dāng)然，模塊化的設(shè)計(jì)方法也使得該系統(tǒng)的升級和增加供電用戶、擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容量都變得輕而易舉，更重要的是，其不會間斷對其他老用戶的永久供電。

該系統(tǒng)的硬件主要由執(zhí)行模塊、信息采集模塊、控制模塊、通信模塊和數(shù)據(jù)處理模塊5部分組成。執(zhí)行模塊含有斷路器、接觸器和繼電器等在電路中起關(guān)鍵作用的配電設(shè)備元件。信息采集模塊有2種實(shí)現(xiàn)方式：一是獨(dú)立的信息采集，比如電表計(jì)量、人機(jī)互動等都可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)；二是將這些功能集合在接觸器等執(zhí)行模塊中運(yùn)行?？刂颇K是根據(jù)監(jiān)控人員的命令向執(zhí)行模塊發(fā)布待執(zhí)行命令的模塊。一般將執(zhí)行模塊和控制模塊安裝在一起，有助于實(shí)現(xiàn)對負(fù)載的實(shí)時監(jiān)控和命令的發(fā)布，從而高效指導(dǎo)執(zhí)行模塊的工作。通信模塊既有執(zhí)行模塊中的內(nèi)置模塊，又有總線中的通信中繼、轉(zhuǎn)發(fā)和總線轉(zhuǎn)換協(xié)議，還包括總線轉(zhuǎn)化成以太網(wǎng)或無線通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。數(shù)據(jù)處理模塊主要由監(jiān)控用主機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器和管理終端等設(shè)備組成，這些模塊可以對數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)性的快速處理，更有助于顯示、分析、管理和處理這些信息。

以上這些硬件模塊可對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的處理和分析，并將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送和接收，還能獨(dú)立監(jiān)控所用主機(jī)或者進(jìn)行通信的接口管理網(wǎng)絡(luò)處理通信數(shù)據(jù)、執(zhí)行命令。本文所述硬件網(wǎng)絡(luò)采用分層結(jié)構(gòu)，可分成網(wǎng)絡(luò)層、站控層和現(xiàn)場層3層。網(wǎng)絡(luò)層包括提供遠(yuǎn)程監(jiān)控，云服務(wù)和允許遠(yuǎn)程接入網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)和防火墻等關(guān)鍵設(shè)備，還接入了遠(yuǎn)程或本地的終端設(shè)備。系統(tǒng)人員能夠借助裝有相關(guān)管理軟件的可移動設(shè)備，即使沒有電腦也可以隨時隨地對低壓配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控和管理，還能夠通過供應(yīng)商的服務(wù)遠(yuǎn)程診斷故障并進(jìn)行處理。加入了終端設(shè)備，可更加便捷高效地監(jiān)控整個低壓配電網(wǎng)絡(luò)。加入網(wǎng)絡(luò)層，還使得備份網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)更加方便，從而提高了應(yīng)用云備份服務(wù)的效率。借助建立起的系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)備份到服務(wù)器，能夠?qū)Χ鄠€不同地點(diǎn)的信息更好地進(jìn)行集中管理并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，更能提高信息管理安全性能。遠(yuǎn)程監(jiān)控多用于站點(diǎn)較多的配電管理中，與各站點(diǎn)的數(shù)據(jù)聯(lián)通通過因特網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)能確保通信帶寬，實(shí)時傳播所需的數(shù)據(jù)量。站控層是消息管理的核心層，由通信模塊和監(jiān)控主機(jī)組成。通信模塊的作用是將現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)送到監(jiān)控主機(jī)、服務(wù)器和其他設(shè)備。該層實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場層上數(shù)據(jù)與監(jiān)控主機(jī)間以及監(jiān)控主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)層間的通信數(shù)據(jù)交換，并幫助實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控，智能處理常見簡易故障。借助分析網(wǎng)絡(luò)各種參數(shù)能夠給出最佳配置供用戶使用。監(jiān)控主機(jī)完成遠(yuǎn)程站點(diǎn)的本地處理?，F(xiàn)場層還有測量、執(zhí)行、控制及其他設(shè)備，包括多功能儀表、采集模擬信息模塊等。另外，Wi－Fi也設(shè)置在現(xiàn)場層，以方便管理人員快速進(jìn)入系統(tǒng)并診斷故障。

1.2 軟件構(gòu)成

該系統(tǒng)還包括智能監(jiān)管軟件，其主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)380V低壓配電網(wǎng)絡(luò)的信息處理和分析，還有集成顯示等功能，可以搭配硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能380V低壓配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時監(jiān)控。

2 監(jiān)控系統(tǒng)功能

2.1 采集與處理信息

它能實(shí)現(xiàn)遙測，包括采集實(shí)時數(shù)據(jù)和分布式數(shù)據(jù)、處理采集到的數(shù)據(jù)、動態(tài)共享資源等功能，存儲容量大、速度快、備用冗余。數(shù)據(jù)采集是基礎(chǔ)，需采集的信息包括設(shè)備的電壓值、電流值、頻率值、功率因數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)等。存儲和傳送這些數(shù)據(jù)都是信息采集部分需要完成的任務(wù)，這些數(shù)據(jù)可以存儲在給用戶提供的云服務(wù)器中進(jìn)行備份，以防外界因素干擾系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的傳送。將這些數(shù)據(jù)送到監(jiān)控室之后，管理人員可以實(shí)時觀測到這些數(shù)據(jù)的變化情況，并采取最合適的方式進(jìn)行快速處理，以降低故障危害，減少其帶來的危險。

2.2 實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動

人機(jī)交互就是實(shí)現(xiàn)電腦管理界面、可移動終端設(shè)備界面還有網(wǎng)絡(luò)中硬件系統(tǒng)在本地進(jìn)行的人機(jī)交互這3大部分。實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)具有操作簡單的交互界面，能保證沒有相應(yīng)知識基礎(chǔ)的供電用戶能夠快速理解并對管理軟件進(jìn)行專業(yè)操作。其中，管理人員可憑借遠(yuǎn)程監(jiān)控或管理相應(yīng)模塊的主機(jī)實(shí)現(xiàn)對任意遠(yuǎn)程站點(diǎn)的智能控制，并使其執(zhí)行簡單命令，包括開合閘等，還可以隨時對任意站點(diǎn)任意結(jié)構(gòu)點(diǎn)的對象進(jìn)行觀測和監(jiān)控。在執(zhí)行簡單的遠(yuǎn)程操控指令的時候，監(jiān)控人員應(yīng)該能將發(fā)布的指令傳送向各個模塊或者從站，以使其執(zhí)行主機(jī)指令，還必須能夠完成向監(jiān)控室進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)發(fā)送和存儲的任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)對用戶設(shè)備的遙控管理。

2.3 安全接入網(wǎng)絡(luò)

隨著適用范圍、接入范圍、拓展途徑和方法的變化，必須大幅提高對該監(jiān)控系統(tǒng)安全性的設(shè)置，才能保障實(shí)時數(shù)據(jù)的安全性，保證企業(yè)的利益和供電用戶的隱私不被竊取。這就需要我們設(shè)置安全性高的入口軟件，只有獲得了權(quán)限才可以進(jìn)入該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，來監(jiān)控、觀測、處理這些用戶數(shù)據(jù)和信息。而且，還要能對非法入侵或者接入進(jìn)行截?cái)嗷蛘咦柚?，從而促進(jìn)系統(tǒng)自身安全保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，避免非法入侵或者接入造成巨大損失。而且，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時要對不同級別的監(jiān)控人員設(shè)置不同的權(quán)限，因?yàn)橐恍┎僮鞑皇撬腥硕伎梢赃M(jìn)行的。我們要盡最大可能地減少因?yàn)楣ぷ魅藛T操作不當(dāng)帶來的不良危害，這樣才能更好地實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的高安全性和可靠性。

3 結(jié)語

隨著用電設(shè)備的增加，用電負(fù)荷日益增加，能源日益減少，對配電設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控變得越來越重要。我們要對380V低壓配電網(wǎng)絡(luò)中的各個裝置和設(shè)備進(jìn)行及時監(jiān)測和控制，以防出現(xiàn)事故，造成災(zāi)害和損失，同時實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目的。

［1］伍文城.楚雄換流站孤島運(yùn)行方式與接線專題研究［R］，2006

［2］趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2004

［3］中國電力工程顧問集團(tuán)公司，西南電力設(shè)計(jì)院，中南電力設(shè)計(jì)院，華東電力設(shè)計(jì)院.大容量直流輸電對系統(tǒng)安全穩(wěn)定影響分析［R］，2005

［4］劉有珠，朱杰斌，李沛武.基于UML的380V低壓配電網(wǎng)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2006（19）

［5］江岳春，滕召勝，張向程，等.配電變壓器／低壓用戶遠(yuǎn)程監(jiān)測管理系統(tǒng)［J］.湖南大學(xué)學(xué)報(bào)，2004（1）

［6］張文亮，劉壯志，王明俊，等.智能電網(wǎng)的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009（13）

［7］劉德輝，廖高華，朱杰斌.380V低壓配電實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.配網(wǎng)自動化，2007（5）

［8］徐丙根，李天友，薛永端.智能配電網(wǎng)與配電自動化［J］.電力系統(tǒng)自動化，2009（9）