配電站信息管理系統設計研究

韓朝輝

（湖北省電力公司孝感孝南供電公司，湖北 孝感 432000）

隨著我國電力事業的發展，全國各地積極興建大規模配電站。配電站是實現對電力系統發電、輸電配置連接的中轉站。配電站內部含有大量的電力電氣設備，這些設備的穩定可靠工作對于配電站安全可靠運行具有重要的作用。而對于配電站的管理，目前流行采用數字化信息化管理方式，即對整個變電站實現信息化管理模式。所謂配電站信息管理系統，就是利用計算機和網絡通信技術，對配電站各個電力電氣設備的工作狀態實時監控，并能夠實現遠程控制，從而保證配電站的安全穩定可靠工作。

本論文結合當前主流信息技術的優勢，對配電站進行信息管理系統的開發設計，從而實現底層傳感器至上層電氣設備實時監控和遠程控制的目的，以期從中找到合理可靠穩定的適用于配電站的信息管理系統設計應用，并以此和廣大同行分享。

1 配電站信息管理系統開發應用現狀分析

（1）配電站信息管理系統開發應用現狀

我國最早的配電站信息管理系統的開發可以追溯到二十世紀80年代，當時國外已經掀開數字化信息化建設的潮流，我國配電站也開始了面向配電站的信息管理系統的開發應用。經過幾十年的開發設計應用，目前我國絕大多數配電站都已經基本實現了數字信息化管理，進而絕大多數配電站都在一定程度上實現了信息化管理；另一方面，隨著電子通信技術和網絡技術的發展，目前配電站數字信息化管理系統出現了利用網絡構建一體化管理系統的趨勢，即利用網絡技術構建配電站一體化管理系統，從狀態監測，到數據傳輸，到數據計算，到圖形顯示，到遠程控制等，全部借助于網絡實現，從而提高了配電站自動化程度和數字信息化應用水平。

（2）配電站信息管理系統應用中的問題與不足

盡管近幾年我國配電站信息管理系統得到了長足的發展和應用，已經投入應用的配電站信息管理系統仍然存在較多的不足與問題，概括起來主要表現在以下幾個方面：

① 信息化技術兼容性較差

目前很多配電站所采用的信息管理系統開發技術對于一些新技術的兼容性較差，具體所表現出來的特征就是技術向下兼容容易出現問題，不同配電站系統的信息管理系統版本不一致，導致數據傳輸容易出現不穩定和不可靠的情況。因此，對于不同配電站信息管理系統的兼容性必須要加以重視，否則將極大制約配電站信息管理系統的應用。

② 配電站信息化管理范圍較窄

目前很多配電站所實現的信息化管理，只是在一部分范圍所實現的，并沒有真正實現全配電站的一體化信息化管理，而是將比較重要的電氣設備狀態監測及電網數據傳輸進行了聯網信息化管理，其他配電站安全管理、多媒體監控管理等均未納入到信息化管理的范圍，因此目前配電站的信息化管理只是狹隘范圍內的信息化管理。

③ 各子系統彼此孤立，無法兼容應用

配電站的子系統很多，如安全管理子系統，汽輪機管理子系統，發電機管理子系統，電網傳輸管理子系統等。不同的子系統先后實現信息化管理的建設進度也不一致，這就不可避免地出現不同的子系統采用不同商家構建信息化管理系統，導致不同的子系統互相無法完全兼容。一旦某一個子系統出現問題，則必須要聯系原來的廠家進行維修維護，其他技術維修廠家無法實現維護，除非該管理子系統重做。這導致配電站子系統管理成本過高。

④ 后期維護復雜，技術升級難度大

正是由于配電站各個子系統相互孤立，無法兼容應用，導致了配電站信息化管理系統后期維護工作量較大且十分復雜。一旦某個子系統出現問題，會牽涉到其他很多子系統的正常穩定運行。更重要的是，子系統的技術升級實現起來比較困難，導致了目前配電站信息化管理系統無法真正實現運營。

2 配電站信息管理系統設計

鑒于上述問題，本論文對配電站信息管理系統重新進行了開發設計，重點是實現對配電站信息管理傳輸網絡的設計開發。

2.1 配電站信息傳輸網絡構建

（1）傳輸網絡的選擇

目前構建自動化控制系統的傳輸網絡很多，比較流行的是現場總線網絡。現場總線網絡能夠結合現場設備的具體通信協議和接口靈活地進行設計。但是現場總線網絡最大缺點就是每一臺電氣設備都需要符合設備自身的通信協議和接口，造成了不同電氣設備之間的現場總線網絡并不能完全實現兼容性數據交互，這就造成了每一臺電氣設備實際上都是信息孤島，因此對于配電站信息管理系統這樣復雜龐大的自動化控制系統，電氣設備十分繁多，不能采用現場總線網絡。

工業以太網是近年來逐步流行起來的一種控制傳輸網絡。它具有通信協議開放、兼容性強、通信實施安裝方便等優點，尤其是工業以太網能夠結合現場總線網絡的優點，同時具備現場控制器，例如PLC、單片機等控制終端的通信聯網，將底層數據無失真的傳輸至上位機信息管理系統。結合配電站電氣設備的控制需求，這里采用工業以太網作為配電站信息管理系統的硬件傳輸網絡。

（2）配電站信息管理網絡設計方案

圖1是配電站信息管理網絡設計方案結構框架圖，在層次架構上，分為信息管理層、中間層和設備控制層三層，如圖所示。

圖1 配電站信息管理網絡結構框架圖

① 信息管理層

信息管理層主要是對數據信息實現管理，包括對數據信息按照所期望的方式進行數據顯示或者圖形圖像顯示，對數據信息的存儲、查詢，以及根據數據信息做出超限報警、遠程控制指令的下達等，完成對整個配電站電氣設備的運行狀態和工作參數的實時監測和遠程控制。信息管理層主要由管理終端（安裝了信息管理軟件系統的PC機）、數據庫服務器及應用程序服務器等構成。

②中間層

中間層其實就是網絡傳輸層，其骨干網絡就是工業以太網，同時還包含有路由器、數據收發中轉站、現場控制站點等。中間層的主要作用是完成對來自底層電氣設備狀態參數及工作參數的網絡傳輸，將相關數據傳輸至上層信息管理層；或者是將來自上層信息管理層的遠程控制指令傳輸至各電氣設備的現場控制設備或者控制節點，以完成對配電站電氣設備的遠程控制。中間層所選用的網絡電纜以及網絡通信設備的可靠性和穩定性，在很大程度上影響整個配電站信息管理系統運行的穩定性和可靠性。

③ 設備控制層

設備控制層主要借助PLC控制器或者單片機控制器，以及傳感器，實現對電氣設備工作參數和狀態參數的實時監測，并將相關數據傳輸給PLC控制器或者單片機控制器進行數據預處理，進而傳輸至上層信息管理層；同時也負責接收來自上層信息管理層的遠程控制指令，并實現由PLC控制器或者單片機控制器實現對電氣設備的控制。設備控制層是整個配電站信息管理網絡的最底層，其數據監測和指令控制的穩定性和可靠性在很大程度上將直接決定整個配電站信息管理系統的運行穩定性和可靠性。

2.2 配電站信息管理軟件系統設計

根據需求，整個系統的信息管理軟件系統可以劃分為預處理模塊，數據處理模塊和人機交互模塊三大部分，下面逐一分析。

（1）預處理模塊

預處理模塊主要是對來自底層的配電站電氣設備運行的一些狀態參數和工作參數進行預處理。預處理主要包括數據放大、數據濾波、數據整形以及數據必要的模數轉換處理等操作。數據放大主要是針對一些狀態參數或者電氣參數十分微弱而設計的處理操作；同時由于配電網本身不可避免夾雜著大量的噪聲信號，因此需要對數據進行濾波操作；數據整形主要是面向一些交流感性設備或負載而設置的預處理操作；模數轉換則主要用于對電氣參數進行模數轉換，將模擬量轉換為數字量，進而傳輸給信息管理系統進行操作。

（2）數據處理模塊

數據處理模塊主要是對經過預處理之后的數據進行標定，量程的自動切換，標度變換等，以符合人直觀讀書的標準將相關數據實時的顯示在信息管理系統的終端屏幕上。結合到配電站實際的數據處理量較大，單純依靠信息管理系統進行大量的數據運算，會導致信息管理系統部分內存被數據運算所占用而造成控制指令的延遲。因此為了保證控制指令的優先性和實時性，必須減小信息管理系統對數據運算處理的負荷。鑒于此，可以在底層電氣設備的狀態參數和工作參數采集后加一個數據處理模塊，例如PLC處理模塊或者是單片機處理模塊，首先對預處理之后的數據進行標定計算，轉化為相應數字量后直接傳輸給信息管理系統。這樣能夠有效地減少上位機系統在數據運算方面的負荷，進而提高了信息管理系統在信息管理方面的效率。

（3）人機交互模塊

人機交互模塊的作用是為了實現使用者和配電站信息管理系統之間的交互而設計的模塊，例如信息管理系統要能夠響應使用者設定的相關電氣參數的超限報警值。再比如，信息管理系統要能夠實時地將使用者發出的控制指令傳輸至各個電氣設備，以實現遠程控制配電站電氣設備的目的。對于人機交互模塊的設計，結合具體的數據應用角度來說，主要可以從兩個方面入手：

① 數據的圖形化顯示設計

數據運算處理好之后，有些數據直接以數字形式顯示沒有意義，需要以連續變化的圖形曲線的方式進行顯示，這樣使用者能夠直觀地了解數據的變化趨勢。因此需要對數據的圖形化顯示進行開發設計。

② 數據的存儲和查詢

數據要能夠自動保存在信息管理系統，因此要對數據的存儲進行設計，要能夠以使用者所期望的保存格式進行數據的存儲；另一方面，還要能夠實現對相關數據的自由查詢，同時要能夠按照不同的數據分類和關鍵詞查找相關數據。

綜上所述，信息管理系統的主要職責就是完成對下位機數據的采集和實時顯示，并能夠將使用者的操作指令傳輸至下位機實現控制，并完成二者之間的數據交互。

3 結 語

配電站信息化管理系統在很大程度上直接影響著配電站輸變電的效率及效益，依賴于信息化管理系統和計算機輔助操作系統實現的配電站信息化管理系統能夠明顯提升配電站線損管理效益，提高配電站綜合自動化管理水平。本論文結合當前應用最為普遍的工業以太網技術，利用工業以太網構建了配電站信息化管理傳輸網絡，并對管理傳輸網絡進行了上、中、下三層技術開發和設計，給出了具體的設計方案，對于進一步提高我國配電站綜合自動化管理應用水平及提高配電站信息化管理水平具有借鑒意義。

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