基于通信電源技術(shù)的配電系統(tǒng)的監(jiān)控與管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

劉旭東，樂冠宇，杜 瑞，余子淳

（國網(wǎng)句容市供電公司，江蘇 句容 212400）

0 引 言

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，逐漸產(chǎn)生了一些新的技術(shù)手段，如電力通信電源技術(shù)。通信電源技術(shù)憑借高可靠性、小型集成化、強穩(wěn)定性以及高頻率等優(yōu)勢，得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前，配電系統(tǒng)運行時常面臨一些隱患，需要工作人員進行監(jiān)督與管理。信息化時代背景下，可以采用信息化手段實現(xiàn)配電系統(tǒng)的監(jiān)控與管理，因此提出配電系統(tǒng)監(jiān)控與管理系統(tǒng)的設(shè)計。在該系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用通信電源技術(shù)，能夠保證穩(wěn)定供電與持續(xù)供電，滿足綠色低碳環(huán)保要求。因此，分析通信電源技術(shù)在配電系統(tǒng)監(jiān)控與管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)中的應(yīng)用，以期推動電力行業(yè)的智能化和信息化發(fā)展。

1 通信電源技術(shù)概述

通信電源的主要作用是為通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供能源。目前，移動通信技術(shù)飛速發(fā)展，通信電源技術(shù)也展現(xiàn)出良好的發(fā)展形勢，其原理如圖1 所示。越來越多的通信設(shè)備采用集中式電源來提供電能。通常，集中式供電設(shè)備和通信負(fù)載中心位置之間有一段距離，加之運轉(zhuǎn)時會有大量傳輸損耗，系統(tǒng)的可靠性不強，若安裝新的電源則需要較多成本。因此，在集中式電源基礎(chǔ)上，研發(fā)了分布式電源，不僅安裝成本低，而且具有智能化管理的特性，能夠很好地滿足配電系統(tǒng)運行的需求。

圖1 通信電源技術(shù)原理

2 基于通信電源技術(shù)的配電系統(tǒng)監(jiān)控與管理系統(tǒng)設(shè)計方案

2.1 主線系統(tǒng)

配電系統(tǒng)內(nèi)部的主線設(shè)計需要以當(dāng)前行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。設(shè)計之前，聯(lián)系所在地區(qū)的電力部門，結(jié)合設(shè)計要求與實際情況，由電力部門確定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，滿足主線設(shè)計基本要求，為系統(tǒng)設(shè)計與對接管理創(chuàng)造條件[1]。配電系統(tǒng)的主線設(shè)計直接影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，以住宅配電公變變壓器設(shè)備為例，設(shè)計階段必須要考慮用戶獨立用電的情況，采取分區(qū)設(shè)計形式進行設(shè)計，即以配電系統(tǒng)主線設(shè)計為前提，主線上劃分出具有獨立性的用電路線和設(shè)備，以滿足用戶的獨立用電需求，同時為用戶的用電管理提供支持。

圖2 配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

配電系統(tǒng)主線的具體設(shè)計中，設(shè)計人員需要在了解設(shè)計內(nèi)容和具體走向的基礎(chǔ)上，應(yīng)用通信電源技術(shù)繪制圖表，為后續(xù)的設(shè)計提供參考。

2.2 計算短路電流

計算短路電流的流程一般為繪制計算電路圖和等效電路圖、計算等效阻抗、計算短路電流以及短路容量。此處，假設(shè)設(shè)計的系統(tǒng)為無限大容量系統(tǒng)，應(yīng)用標(biāo)幺值法進行計算。

首先，確定物理量實際值和選定基準(zhǔn)值的比值，計算公式為

如果基準(zhǔn)容量Sd是100 MVA，基準(zhǔn)電壓是各級平均電壓，即

式中：Ud表示基準(zhǔn)電壓；Uav表示各級平均電壓；UN表示額定電壓。

基準(zhǔn)電流、基準(zhǔn)容量、基準(zhǔn)電壓以及基準(zhǔn)電抗之間的關(guān)系計算公式為

式中：Id表示短路電流標(biāo)幺值；Xd表示電抗。

其次，使用標(biāo)幺值法，計算電力系統(tǒng)的電抗標(biāo)幺值Xs*、變壓器的電抗標(biāo)幺值XT*、輸電線路的電抗標(biāo)幺值，計算公式為

首先，東博會的品牌發(fā)展還不是特別成熟。近十多年來，隨著南寧東博會的成功舉辦，南寧的會展業(yè)走上了一條高速發(fā)展的道路。但由于南寧經(jīng)濟底子薄，人才吸引力度薄弱，和其他省份相比，我們的會展業(yè)還不夠成熟。東博會相比周邊的廣交會等大型展覽會，實力相差較大，導(dǎo)致其吸引力不強，影響來參加展會的人員數(shù)量和質(zhì)量，在一定程度上也影響其會展旅游以及南寧的整體旅游。

式中：XS表示電力系統(tǒng)；Ud=Uc表示基準(zhǔn)電壓；SOC表示電力系統(tǒng)容量；XY表示變壓器電抗；Uk%表示變壓器短路電壓百分比；SN表示電力變壓器額定容量；XWL表示電路電抗；X0表示導(dǎo)線單位長度的電抗；l表示導(dǎo)線長度。

根據(jù)短路電流計算結(jié)果，電氣設(shè)備選型如下：一是電力變壓器，建議采用SCB10 型干式電力變壓器；二是10 kV 高壓開關(guān)柜，建議采用KYN28A-12 型高壓開關(guān)柜，并在柜內(nèi)安裝VS1-12-630 A/25 kA 型真空斷路器，保證操作機構(gòu)和斷路器的一體化；三是0.4 kV低壓開關(guān)柜，建議采用GCS 型低壓抽屜式開關(guān)柜；四是電容補償柜，該系統(tǒng)設(shè)計在各變壓器0.4 kV 側(cè)母線上安裝電容補償柜，并且在電容補償柜上方安裝無功功率自動補償控制器，滿足系統(tǒng)無功補償要求。

2.3 設(shè)備使用性能規(guī)劃設(shè)計

配電系統(tǒng)的監(jiān)控與管理系統(tǒng)進行線路規(guī)劃設(shè)計時，設(shè)計人員需要重點考慮設(shè)備的使用性能與參數(shù)。設(shè)計時，1 類與2 類負(fù)荷條件下通常會選用銅導(dǎo)線；3類負(fù)荷和其他負(fù)荷條件下選用鋁芯導(dǎo)線[3]。規(guī)范安裝線路，嚴(yán)格控制導(dǎo)線長度。例如，系統(tǒng)設(shè)計中，設(shè)備的類型和性能等存在區(qū)別，因此設(shè)計時需要分析設(shè)備的功能，并將其融入設(shè)計方案[4]。

系統(tǒng)中的變壓器設(shè)備至關(guān)重要。目前，配電系統(tǒng)的監(jiān)管系統(tǒng)變壓器設(shè)備以S11、S13 型變壓器設(shè)備為主，可以滿足系統(tǒng)的節(jié)能需求。同時，設(shè)計人員應(yīng)科學(xué)選擇電纜線型號，準(zhǔn)確計算線路距離，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

3 配電系統(tǒng)監(jiān)控與管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 采集數(shù)據(jù)功能的實現(xiàn)

通過采集數(shù)據(jù)功能，系統(tǒng)和采集器可以在通信電源技術(shù)的支持下進行實時通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、預(yù)處理、存儲等功能，同時可以集中管理與配置能耗，并實時監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)。系統(tǒng)中的能源管理平臺主要是利用RS-485 協(xié)議下的有線傳輸系統(tǒng)或者是無線傳輸系統(tǒng)，在通信電源技術(shù)的作用下采集數(shù)據(jù)，自動計算能耗數(shù)據(jù)。此外，利用傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）可以將采集的數(shù)據(jù)自動上傳到實時應(yīng)用數(shù)據(jù)中心，為數(shù)據(jù)管理、查詢服務(wù)提供支持。

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)遵循一定編碼規(guī)則，在通信電源技術(shù)的支持下，保證數(shù)據(jù)組織、存儲、交換相同[5]。此外，該系統(tǒng)具有良好的網(wǎng)絡(luò)兼容性，通過互聯(lián)網(wǎng)可以自動監(jiān)控各項測量數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)木珳?zhǔn)性和安全性。

3.2 實時監(jiān)測功能的實現(xiàn)

在配電系統(tǒng)的監(jiān)控與管理系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用通信電源技術(shù)，可以監(jiān)控多級能耗模型。該模型主要由區(qū)域模型、建筑模型、能耗模型等組成。通過多級能耗模型，可以快速顯示儀表設(shè)置的參數(shù)、運行狀態(tài)參數(shù)以及控制命令，而且能夠滿足不同場合的應(yīng)用需求，體現(xiàn)出測量數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)顯示的全面性。此外，在通信電源技術(shù)的幫助下，實時監(jiān)測功能可以在線監(jiān)控所有能耗，監(jiān)控界面通過圖形界面分析與顯示能耗數(shù)據(jù)，滿足自由導(dǎo)航需求。

3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能的實現(xiàn)

在通信電源技術(shù)的支持下，配電系統(tǒng)的監(jiān)控與管理系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)統(tǒng)計功能。一方面可以實現(xiàn)每日、每月、每年的分項能量統(tǒng)計，另一方面可以支持顯示多元化圖表格式，按照不同的使用前提，統(tǒng)計不同負(fù)荷等級，并按照用戶輸入的開始和結(jié)束時間統(tǒng)計系統(tǒng)任意時間段的能耗。操作人員在操作系統(tǒng)時，按需求導(dǎo)出月、季、年的能源統(tǒng)計表以及資源消耗統(tǒng)計表，從而生成電力能源財務(wù)報告與能耗分析對比報告，為能耗配額管理以及配電系統(tǒng)監(jiān)控管理提供參考。

3.4 能耗查詢功能的實現(xiàn)

系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)用通信電源技術(shù)測試其能耗查詢功能。分別查詢?nèi)司猪椨媚芎蛯ｎ}人均用能等，查詢的內(nèi)容包括實時值和分組歷史值等。工作人員導(dǎo)出報表，直接獲得多樣化查詢結(jié)果，并且根據(jù)導(dǎo)出的結(jié)果，可以為節(jié)能監(jiān)管工作提供數(shù)據(jù)支持。

此外，系統(tǒng)可以查詢能耗上下限，按照不同的時間條件繪制圖表進行可視化顯示，并分析水量和電能消耗情況，以負(fù)荷條件組合的形式篩選出單獨區(qū)域與部門，或者是不同部門組合，進而在系統(tǒng)中自動生成分析類型屬性數(shù)據(jù)報告。在用戶層面，用戶可以按照需求自主選擇所需要的查詢方法。例如，想要查詢能源消耗種類（水、電、氣等）和查詢組織機構(gòu)（行政辦公大樓、能源使用單位、大型耗電設(shè)備等），選定后系統(tǒng)便會自動調(diào)取數(shù)據(jù)，生成多元化圖形和報表以供選擇。

3.5 數(shù)據(jù)分析功能的實現(xiàn)

在系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)用通信電源技術(shù)，可以實現(xiàn)自動分析配電系統(tǒng)的能耗趨勢與指標(biāo)。系統(tǒng)具有自動監(jiān)控能耗數(shù)據(jù)的功能，可以分析配電能耗異常以及線路負(fù)荷。此外，系統(tǒng)可以分析設(shè)備潛在故障，或者根據(jù)不同地區(qū)、類別、項目等，統(tǒng)計并分析總能耗和單位面積能耗等數(shù)據(jù)。

在通信電源技術(shù)支持下，系統(tǒng)可以提供相應(yīng)的能耗分析支持，幫助工作人員展開配電能耗相關(guān)的分析?；诠ぷ鲿r間和非工作時間內(nèi)電力能耗的對比分析，或者夜間待機能耗分析，總結(jié)用電單位能耗情況及其基本規(guī)律，從而采集異常監(jiān)測所需數(shù)據(jù)，通過多元形式達到自動監(jiān)測和能耗對比的目的。

4 結(jié) 論

應(yīng)用通信電源技術(shù)設(shè)計配電系統(tǒng)的監(jiān)控與管理系統(tǒng)，基于該技術(shù)的優(yōu)勢與特征，一方面可以加強配電系統(tǒng)監(jiān)控與管理系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，保證系統(tǒng)的可靠運轉(zhuǎn)，另一方面有助于優(yōu)化系統(tǒng)功能與性能，在通信電源技術(shù)的幫助下實現(xiàn)多元化功能，促使系統(tǒng)實現(xiàn)自動化和智能化建設(shè)的發(fā)展目標(biāo)。同時，該系統(tǒng)為我國配電系統(tǒng)的升級完善提供了技術(shù)方面的支持。