380V低壓配電網絡的實時監控系統研究

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主要包括2個方面，一是環境保護，二是節能減排。全球大發展對能源的需要越來越多，據統計，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翻番現象。工業產業的發達使得全球溫室效應越來越嚴重，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了程度不同的斷電和限電現象，有的時候還會出現因負荷過重導致大范圍停電。該如何分配現在的能源類別以及怎樣提高現代能源的綜合利用率，是有效解決用電難問題的關鍵，所以，怎樣最高效率利用電能已經成為全世界的共同追求。

由于過去的電力系統損耗嚴重，利用效率很低，還兼有限電、停電情況嚴重的缺點，所以，現在很多國家已著手大力構建智能電網系統，以提升電能的利用效率，降低電力傳輸的損耗。但是，該改進還要配置相應的應用在用戶終端的產品和設備，這些器件要具有高效節能的特點。智能電網系統還需配套建立科技含量較高的配電監控系統，使其能夠按照用電負荷的變化對配電網絡進行相應的控制和調節，從而為節約電能和提高電力能源的利用率提供最有效的幫助。

目前，國內大部分配電系統中僅有一部分實行了自動化監控，這就使得大部分采用人工監控方式的配電系統中存在的故障或隱患無法被監管控制人員及時發現，并迅速加以解決。目前，我國在用的智能380V低壓配電網絡普遍占地面積廣，功能繁多，在實際應用中造成了資源的嚴重浪費，加大了生產投入和維護費用。另外，這些網絡的智能化程度較低，結構繁雜，如需對其進行升級，就得把整個網絡重新組織安裝，費時費力費錢。并且，升級時難免會給電力用戶帶來嚴重的不便，從而影響到電力企業的聲譽和誠信度。

面對這些新的問題和市場需求的改變，在現有的配電微自動化網絡基礎上，設計出既能解決這些問題又能適應未來發展需求的380V低壓配電網絡實時監控系統是當務之急。

1 監控系統構成

為了實現380V低壓配電網絡的智能化，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、安全系數高、利用率高的新型實時監控系統。

1.1 硬件構成

智能化380V低壓配電網絡的實時監控系統主要由硬件和軟件2部分構成，并通過模塊化的思想進行設計。該系統的實際應用是通過硬件設備的模塊化和將軟件功能穿插到硬件設備中的重要思路實施的。因為模塊化加強了該系統的可拓寬性，使得供電用戶可以按照自己的要求進行自主配置，選擇更適合自己的軟硬件，優化系統構建成本。當然，模塊化的設計方法也使得該系統的升級和增加供電用戶、擴展網絡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。

該系統的硬件主要由執行模塊、信息采集模塊、控制模塊、通信模塊和數據處理模塊5部分組成。執行模塊含有斷路器、接觸器和繼電器等在電路中起關鍵作用的配電設備元件。信息采集模塊有2種實現方式：一是獨立的信息采集，比如電表計量、人機互動等都可以單獨實現；二是將這些功能集合在接觸器等執行模塊中運行。控制模塊是根據監控人員的命令向執行模塊發布待執行命令的模塊。一般將執行模塊和控制模塊安裝在一起，有助于實現對負載的實時監控和命令的發布，從而高效指導執行模塊的工作。通信模塊既有執行模塊中的內置模塊，又有總線中的通信中繼、轉發和總線轉換協議，還包括總線轉化成以太網或無線通信網絡的設備。數據處理模塊主要由監控用主機、數據服務器和管理終端等設備組成，這些模塊可以對數據進行系統性的快速處理，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據進行簡單的處理和分析，并將這些數據進行傳送和接收，還能獨立監控所用主機或者進行通信的接口管理網絡處理通信數據、執行命令。本文所述硬件網絡采用分層結構，可分成網絡層、站控層和現場層3層。網絡層包括提供遠程監控，云服務和允許遠程接入網絡的網關和防火墻等關鍵設備，還接入了遠程或本地的終端設備。系統人員能夠借助裝有相關管理軟件的可移動設備，即使沒有電腦也可以隨時隨地對低壓配電網絡進行監控和管理，還能夠通過供應商的服務遠程診斷故障并進行處理。加入了終端設備，可更加便捷高效地監控整個低壓配電網絡。加入網絡層，還使得備份網絡中的數據更加方便，從而提高了應用云備份服務的效率。借助建立起的系統將網絡數據備份到服務器，能夠對多個不同地點的信息更好地進行集中管理并實現遠程控制，更能提高信息管理安全性能。遠程監控多用于站點較多的配電管理中，與各站點的數據聯通通過因特網，網絡能確保通信帶寬，實時傳播所需的數據量。站控層是消息管理的核心層，由通信模塊和監控主機組成。通信模塊的作用是將現場采集到的數據送到監控主機、服務器和其他設備。該層實現現場層上數據與監控主機間以及監控主機和網絡層間的通信數據交換，并幫助實現遠程遙控，智能處理常見簡易故障。借助分析網絡各種參數能夠給出最佳配置供用戶使用。監控主機完成遠程站點的本地處理。現場層還有測量、執行、控制及其他設備，包括多功能儀表、采集模擬信息模塊等。另外，Wi－Fi也設置在現場層，以方便管理人員快速進入系統并診斷故障。

1.2 軟件構成

該系統還包括智能監管軟件，其主要負責實現380V低壓配電網絡的信息處理和分析，還有集成顯示等功能，可以搭配硬件系統實現智能380V低壓配電網絡的實時監控。

2 監控系統功能

2.1 采集與處理信息

它能實現遙測，包括采集實時數據和分布式數據、處理采集到的數據、動態共享資源等功能，存儲容量大、速度快、備用冗余。數據采集是基礎，需采集的信息包括設備的電壓值、電流值、頻率值、功率因數、運行狀態等。存儲和傳送這些數據都是信息采集部分需要完成的任務，這些數據可以存儲在給用戶提供的云服務器中進行備份，以防外界因素干擾系統對數據的傳送。將這些數據送到監控室之后，管理人員可以實時觀測到這些數據的變化情況，并采取最合適的方式進行快速處理，以降低故障危害，減少其帶來的危險。

2.2 實現人機互動

人機交互就是實現電腦管理界面、可移動終端設備界面還有網絡中硬件系統在本地進行的人機交互這3大部分。實時監控系統具有操作簡單的交互界面，能保證沒有相應知識基礎的供電用戶能夠快速理解并對管理軟件進行專業操作。其中，管理人員可憑借遠程監控或管理相應模塊的主機實現對任意遠程站點的智能控制，并使其執行簡單命令，包括開合閘等，還可以隨時對任意站點任意結構點的對象進行觀測和監控。在執行簡單的遠程操控指令的時候，監控人員應該能將發布的指令傳送向各個模塊或者從站，以使其執行主機指令，還必須能夠完成向監控室進行實時數據發送和存儲的任務，從而實現對用戶設備的遙控管理。

2.3 安全接入網絡

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控系統安全性的設置，才能保障實時數據的安全性，保證企業的利益和供電用戶的隱私不被竊取。這就需要我們設置安全性高的入口軟件，只有獲得了權限才可以進入該系統的數據庫，來監控、觀測、處理這些用戶數據和信息。而且，還要能對非法入侵或者接入進行截斷或者阻止，從而促進系統自身安全保護的實現，避免非法入侵或者接入造成巨大損失。而且，在進行軟件設計時要對不同級別的監控人員設置不同的權限，因為一些操作不是所有人都可以進行的。我們要盡最大可能地減少因為工作人員操作不當帶來的不良危害，這樣才能更好地實現該系統的高安全性和可靠性。

3 結語

隨著用電設備的增加，用電負荷日益增加，能源日益減少，對配電設備的實時監控變得越來越重要。我們要對380V低壓配電網絡中的各個裝置和設備進行及時監測和控制，以防出現事故，造成災害和損失，同時實現節約能源的目的。

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