基于SCADA技術(shù)的低壓配網(wǎng)控制系統(tǒng)研究

周曙光

摘要：本文主要分析了基于SCADA技術(shù)的低壓配網(wǎng)控制系統(tǒng)，其目的是進(jìn)一步保障低壓配網(wǎng)用戶用電的安全性，解決符合調(diào)節(jié)難以控制的問題，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低壓用戶用電信息共享，推動(dòng)我國(guó)配電網(wǎng)建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：低壓配網(wǎng);SCADA技術(shù);保護(hù)控制;在線見識(shí);通信技術(shù)

我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過程中，促使我國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)也呈現(xiàn)出不一樣的發(fā)展特點(diǎn)。為了我國(guó)智能化和制動(dòng)化建設(shè)的電網(wǎng)將朝著低壓終端滲透方向發(fā)展?；诖司托枰嫣嵘蛪号渚W(wǎng)終端的智能化水平，將其與主網(wǎng)智能化水平之間的差距縮小，全面解決電網(wǎng)智能化和自動(dòng)化死角等問題。本文主要分析了低壓用戶安全保障以及負(fù)荷調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)體系架構(gòu)相關(guān)問題，在此基礎(chǔ)上制定了一套低壓配網(wǎng)含有的低壓開關(guān)SCADA。該控制系統(tǒng)的研發(fā)可以進(jìn)一步加大低壓用戶用電信息之間的共享性，可極大程度保證低壓客戶的用電安全。

1基于SCADA技術(shù)的低壓配網(wǎng)控制系統(tǒng)分析

1.1軟件系統(tǒng)層的作用

低壓配電網(wǎng)回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要由軟件系統(tǒng)層來完成。此外，軟件系統(tǒng)層還可以擴(kuò)展?fàn)I配監(jiān)測(cè)指揮系統(tǒng)，并兼容和配置遙控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遙測(cè)。在配變重過載報(bào)警之后，對(duì)于用電異常的用戶在低壓用戶安全保障級(jí)負(fù)荷調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的幫助下，可以自動(dòng)化分析，并自動(dòng)分配負(fù)荷、動(dòng)作信息，提醒用戶將開關(guān)調(diào)整在最佳位置。

1.2通信技術(shù)層的作用

多通道傳輸終端數(shù)據(jù)，多點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，將傳輸后的信息進(jìn)行集中匯總，并兼容現(xiàn)有集抄通道和數(shù)據(jù)交互系統(tǒng)是通信技術(shù)層的主要作用。目前433MHz無線通信技術(shù)是經(jīng)常使用的通信技術(shù)，該通信技術(shù)較為先進(jìn)，可以將終端硬件層的無線溫度傳感器信息收集在一起，將其匯總后借助4G有線通信技術(shù)向系統(tǒng)層的監(jiān)控中心傳輸。在通信技術(shù)層的輔助下可以將無線技術(shù)和有線技術(shù)緊密結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)兩者之間的友好配合[1]。

1.3終端硬件層的作用

為低壓配電網(wǎng)用戶提供電氣量采集器的安裝策略，保證控制器的正常運(yùn)行，確保低壓用戶用電的安全性是終端硬件層的主要作用。終端硬件層可以收集一臺(tái)裝置多路電氣量的數(shù)據(jù)信息，因此具有遙控指令多路輸出的優(yōu)勢(shì)。

2基于SCADA低壓用戶安全保障控制系統(tǒng)的總體架構(gòu)

低壓用戶安全保障系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)終端層表區(qū)進(jìn)線負(fù)荷及溫度的基礎(chǔ)上，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各類運(yùn)行數(shù)據(jù)的全面采集。綜合分析評(píng)估通信層傳輸至胸膛層的數(shù)據(jù)信息，起到預(yù)防各類安全事故發(fā)生的作用，確保用戶安全用電。其中基于SCADA低壓用戶安全保障控制系統(tǒng)的運(yùn)行主要包括以下流程，第一在復(fù)合型傳感器的作用下降電流信息、帶電狀態(tài)以及出線溫度向低壓保護(hù)控制器傳輸;第二在無線技術(shù)的輔助下無源無線測(cè)溫傳感器將電流數(shù)據(jù)和表區(qū)總開關(guān)溫度向低壓保護(hù)控制器傳輸;第三在RS—485通信接口的輔助下斷路器將低壓用戶信息接入到低壓用戶故障控制器;第四在集成4G/WIFI模塊的幫助下將低壓保護(hù)控制器的數(shù)據(jù)信息向系統(tǒng)后臺(tái)發(fā)送，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。其中低壓保護(hù)控制器通信架構(gòu)見圖1。

3終端硬件集成設(shè)備

智能斷路器、傳感器以及低壓保護(hù)控制器等是構(gòu)成低壓用戶安全保障控制系統(tǒng)的終端硬件集成的主要設(shè)備。不同硬件設(shè)備的分析如下。

3.1智能斷路器

保護(hù)、量測(cè)以及操作功能是智能斷路器的主要作用。其中保護(hù)功能具體指在產(chǎn)品出現(xiàn)短路、過載、欠壓、過壓、缺相等情況下，可以起到保護(hù)作用。操作功能具體指可以手動(dòng)操作產(chǎn)品或者電動(dòng)分合閘操作產(chǎn)品。量測(cè)功能具體指可以實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品工作電流、電壓以及線路剩余電流的監(jiān)測(cè)[2]。

3.2傳感器

能量收集、測(cè)量數(shù)據(jù)以及傳輸數(shù)據(jù)是構(gòu)成傳感器的主要部分。其中所謂能量手機(jī)就是將實(shí)現(xiàn)電磁能量到電能之間的轉(zhuǎn)化，這里所說的電磁能力主要聚集在交流通電線路中，轉(zhuǎn)換成的電能可以將工作電源提供給傳感器。當(dāng)大于0.5A的交流電流在被測(cè)物上通過后，傳感器可以正常工作，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。如電纜溫度的監(jiān)測(cè)、電纜中流經(jīng)電流的監(jiān)測(cè)、線路帶電狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、傳感器工作電壓的監(jiān)測(cè)、傳感器自身溫度的監(jiān)測(cè)、傳感器供電狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、傳感器硬件版本信息技上傳次數(shù)的監(jiān)測(cè)等。

3.3低壓保護(hù)控制器

低壓保護(hù)控制器不同模塊的功能主要如下所述，一專用電能IC主要負(fù)責(zé)采集電流、諧波以及電壓等信息。二微處理器的功能是實(shí)現(xiàn)邏輯化控制，并與外部設(shè)備進(jìn)行信息交互，進(jìn)行433MHz無線通信和4G通信等，控制輸入輸出信號(hào)。三4G通信模塊主要作用是實(shí)現(xiàn)與營(yíng)配監(jiān)測(cè)指揮平臺(tái)兩者之間的通信。四負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)和控制斷路器的為開關(guān)量和RS485通信。五433MHz無線通信模塊主要是對(duì)無線溫度傳感器信息進(jìn)行收集。六電源模塊的主要功能是為不同部分的電路提供最佳的電源類型。比如RS485電源5V、MCU電源3.3V以及繼電器電源12V等[3]。

4基于SCADA技術(shù)的低壓配網(wǎng)控制系統(tǒng)實(shí)例應(yīng)用分析

4.1地理信息系統(tǒng)下的臺(tái)區(qū)監(jiān)視

建立在地理系統(tǒng)基礎(chǔ)之上的臺(tái)區(qū)監(jiān)視，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視地理背景信息上所有臺(tái)區(qū)的運(yùn)行狀態(tài)。在正常站點(diǎn)和報(bào)警站點(diǎn)的區(qū)分上借助相應(yīng)的顏色，呈現(xiàn)出音像、畫面等多種手段的報(bào)警方式。臺(tái)區(qū)監(jiān)視系統(tǒng)下的報(bào)警模塊會(huì)將站端設(shè)備異常的運(yùn)行情況提供給管理人員，讓管理人員主體站端設(shè)備異常運(yùn)行情況。

4.2運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視

對(duì)臺(tái)區(qū)標(biāo)志進(jìn)行點(diǎn)擊，可進(jìn)入到當(dāng)前臺(tái)區(qū)一次系統(tǒng)圖，臺(tái)區(qū)當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)可以在一次圖上顯示出來。系統(tǒng)拓?fù)鋱D也可以在運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)中顯示出來，并清楚表明臺(tái)區(qū)和表區(qū)的電流、進(jìn)出線溫度以及電壓等參數(shù)，對(duì)斷路器的分合閘狀態(tài)和表箱門的開合狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，并顯示出來[4-5]。

4.3展示歷史數(shù)據(jù)

任何測(cè)點(diǎn)不同時(shí)刻的溫度值均可以在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)下來，共管理人員查詢自己所需要的數(shù)據(jù)資料。并且數(shù)據(jù)庫(kù)中不同測(cè)點(diǎn)不同時(shí)刻的溫度值可以借助列表或者曲線展示出來。

4.4報(bào)警管理

系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到相應(yīng)故障時(shí)，如過熱、短路、過載、欠壓、過壓、缺相等，可以根據(jù)故障的不同等級(jí)進(jìn)行報(bào)警。為了便于管理人員更好區(qū)分各個(gè)部分的報(bào)警故障，可以設(shè)定不同的報(bào)警使用標(biāo)志，報(bào)警使用標(biāo)志的設(shè)置需要結(jié)合不同設(shè)備的工作環(huán)境來定[6]。

4.5實(shí)時(shí)控制

一次圖界面上可以對(duì)斷路器的分合閘進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，在遠(yuǎn)程控制的過程中，系統(tǒng)會(huì)結(jié)合相應(yīng)的權(quán)限，將不同的提示信息告知管理人員，便于管理人員及時(shí)查看斷路器的分合閘狀態(tài)[7]。

5結(jié)語

本文在營(yíng)配監(jiān)測(cè)指揮中心的基礎(chǔ)上，借助先進(jìn)的大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)低壓配網(wǎng)用戶與營(yíng)配監(jiān)測(cè)指揮中心兩者之間在數(shù)據(jù)資料上的共享性，發(fā)揮彼此的聯(lián)動(dòng)功能，可以有力解決低壓配網(wǎng)用戶安全用電及符合調(diào)節(jié)控制難的問題。此外，在營(yíng)配指揮中心的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)下可以對(duì)低壓配網(wǎng)的運(yùn)行情況全面監(jiān)測(cè)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)低壓配網(wǎng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的異常情況，確保電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，能為高配網(wǎng)的安全運(yùn)行提供有效的支持。本文研究的基于SCADA技術(shù)的低壓配網(wǎng)控制系統(tǒng)可以有效避免低壓配網(wǎng)用戶在用電期間出現(xiàn)的安全事故，將低壓配網(wǎng)的智能化和自動(dòng)化水平進(jìn)一步提升，為低壓配網(wǎng)用戶帶來了極大的便利，切實(shí)保障了低壓配網(wǎng)用戶用電的安全性和可靠性。由此可見，本文研究的SCADA技術(shù)的低壓配網(wǎng)控制系統(tǒng)可以為該低壓配網(wǎng)智能化和自動(dòng)化的提升有一定的幫助。但是期間我們也應(yīng)該意識(shí)到該研究領(lǐng)域存在的問題，分別如下（1）進(jìn)一步改進(jìn)通信方式，臺(tái)區(qū)和表區(qū)兩者之間借助電力載波通信可降低多數(shù)地區(qū)的通信流量費(fèi);通信方式進(jìn)一步改善可以促使臺(tái)區(qū)匯總表區(qū)的全部數(shù)據(jù)，并將匯總后的數(shù)據(jù)信息借助4G通信傳輸?shù)胶笈_(tái)控制中心。（2）進(jìn)一步拓展相應(yīng)功能，功能的拓展需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境，比如針對(duì)氣候濕度較大的地區(qū)，可以將除濕功能模塊加到配電箱中，保障配電箱在濕度較大情況下正常運(yùn)行。后期可以進(jìn)一步改造現(xiàn)場(chǎng)低壓集抄系統(tǒng)或者其他的集成系統(tǒng)，確保低壓配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

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