基于精簡TCP/IP的智能配電網信息平臺的研究

張曉博，馬 媛，康麗杰， 李雅麗

(石家莊信息工程職業學院通信工程系，河北石家莊050035)

基于精簡TCP/IP的智能配電網信息平臺的研究

張曉博，馬 媛，康麗杰， 李雅麗

(石家莊信息工程職業學院通信工程系，河北石家莊050035)

數據的采集及有效分析是配電網生產運行、調度管理的必要環節。為了給客戶提供優質的電力服務，就需要采用先進的技術來完成數據采集和數據管理工作。SCADA和GIS是配電管理的兩個子系統。分析了兩個系統的功能，利用最新的電力電子技術建立了一個集兩個系統為一體的，以精簡的TCP/IP協議為支撐的配電網信息管理平臺，實現了配電網的智能化管理。

配電網監測；信息平臺；精簡TCP/IP；智能化管理

配電網是電力系統的重要組成部分。為了進一步提高供電的可靠性，提高電能質量和供配電的經濟效益，對配電網進行智能化的管理是國家電網公司提出的戰略構想。

智能化配電網即通過先進的計算機技術、數字控制技術和通信技術，實現對電網運行的全面、高效、精確的掌控，從而保證電網的安全可靠運行[1]。

智能化配電網的核心是系統的“自愈”功能，可以預知系統的事故并作出相應的操作，以避免系統的連鎖故障，從根本上提高系統的穩定性。

配電網智能化的前提是各種信息的可靠獲取，而配電網實時數據采集和監控 (supervisory control and data acquisition, SCADA)系統是實現對配電網的監視與控制功能以及獲得配電網實時運行狀況的基本手段，其基本功能包括：數據采集、遠程監控、數據處理、人機界面、故障提示與報警、事件順序記錄、狀態估計、實時與歷史數據庫維護、統計分析、圖表報表生成等[2]。地理信息系統(geographic information system,GIS)是一種特定的，重要的空間信息系統，它是在計算機軟、硬件系統支持下，對整個或部分地球表面(包括大氣層)空間中的有關地理分布數據進行采集、存儲、管理、處理檢索、分析和表達地理空間數據的計算機系統，是分析和處理海量地理數據的通用平臺，它是測繪、遙感、計算機、應用數學以及各種應用科學地有機結合[2]。

利用SCADA和GIS相結合，構建配電網的智能化管理平臺，具有重要的意義。

1 智能配電網系統方案設計

智能化的配電網信息管理是一個多學科，復雜性較高的智能信息表示及控制系統，它結合了計算機、通訊、電氣控制等多種技術，本設計利用GIS及SCADA等成熟技術，結合數據通信方式的改善，形成了一套完整的利用地理信息和配電網采集數據為基礎的配電網網絡管理平臺，從而解決了電力系統中生產效率低下和不規范的問題，可以提高配電管理水平，為配電網自動化的實施打下了良好的基礎。

智能配電網信息管理系統應該具備以下功能：

(1)利用SCADA系統對配電網運行數據進行有效的采集，通過一定的通信方式將信息傳輸至上位機，結合GIS系統實現配電網運行數據的實時顯示，并通過遙信、遙測等方式，實現實時監控及電力質量分析；

(2)上位機應具備完善的數據管理功能，由于系統引入了GIS技術，使得系統數據具有了一定的豐富性，因此，上位機應具備數據的各種管理功能，如簡單方便的輸入及錄入功能、準確及時的數據處理和自動控制功能、靈活多樣的統計分析及輔助決策功能等；

(3)豐富的用戶側信息管理和權限管理。

結合以上的功能，整個系統的功能模塊如圖1所示。

在上圖所示的信息管理平臺上位機程序中，需要提供的功能如圖2所示。

圖1 系統功能模塊

圖2 上位機功能模塊

2 SCADA和GIS相結合方式的分析與設計

SCADA是用于數據采集和監控的自動化管理系統，在配電網的設備運行數據的采集方面有著不可替代的作用。但是，要想對配電網的運行過程進行全面、實時的監控，并為配電網的運行、調度和管理提供必要的參考，其技術上也有一定的缺陷。

SCADA的缺陷之一就是在空間數據處理方面無法很好地表達，而對于復雜的電力系統來說，良好的空間表達能力是對現場情況充分了解并做出正確決策的前提，因此，采用一定的技術手段對SCADA進行改進是必要的。

GIS技術具有強大的空間數據采集、處理、分析以及可視化功能，完全可以與SCADA系統形成技術互補，從而形成一個集SCADA數據采集和實時管理的優點，以及GIS處理復雜空間數據的能力于一體的良好的配電網信息管理系統。

在本設計中，SCADA與GIS的結合方式采用數據庫融合的方式。將SCADA與GIS系統中的數據在系統的SCADA自動化主站層進行數據融合，形成一個既包含實時數據又包含空間數據的實時更新數據庫。這個數據庫中表示每一個結點的數據以GIS系統中的多維表達方式來表示，提高了結點定位的準確性。

而GIS系統中的圖像等信息則直接連入上位機數據庫中，形成圖形圖像視頻顯示數據庫。

3 系統通信設計

SCADA與其他系統的通信接口可以采用多種方式，例如OPC方式、DDE方式及XML方式。但不管是那種方式，傳統的SCADA通信都具有一定的缺點，例如，協議的靈活性差，穩定性差等。因此，要想形成穩定、可靠的電力數據的傳輸，那么，SCADA與其他系統之間的通信是設計的重點。

本設計采用的是XML數據接口方式。由于XML是一種可移植性強、與平臺無關的且可以直接讀取的數據格式，所以具有很強的適應性和靈活性，可以有效地對來自于SCADA及GIS兩種數據庫的數據進行有效地結合，從而形成新的數據方式。

采用XML規范的數據與上位機之間采用以太網來進行傳輸，傳輸協議采用TCP/IP協議，由于系統運行的特定性，本設計對一部分不必要的TCP/IP協議進行了精簡，精簡后的TCP/IP協議的主要功能為：在網絡接口層主要實現了ARP應答協議設計，其主要作用是完成以太網的IP地址映射，從而完成通信的路由功能；在網絡層，去掉了ARP協議中其他網絡類型的構建功能，只實現了以太網的協議，從而減少了系統的冗余，而在ICMP協議，主要完成了Ping應答協議，從而滿足了網絡連通性的要求；在運輸層和應用層，也只留下了相應的必要的協議，其他不必要的都沒有實現，例如，在運輸層，選用的是UDP協議，而在應用層，FTP、SMTP等協議都沒有保留。

4 結束語

配電網的實時監控與調度管理是實現電力系統正常、安全運行的重要環節。系統的性能直接影響著電力系統的安全性和電力輸送任務的順利完成。因此，建立一個完善的配電網信息管理系統是電力系統運行發展的必然結果。

從當前技術手段來看，將SCADA與GIS結合起來是一種較好的方式，可以利用SCADA系統的實時數據與GIS系統相結合，通過GIS提供的視聽手段實時將數據動態地顯示出來，有機地結合了設備運行參數和空間位置信息，大大提高了監視、決策的準確性和可靠性，為配電網的進一點細化管理打下了良好的基礎。

[1]樊劍輝.智能化配電網管理系統通信模式的研究[J].電力系統通信，2009(11)：20-21.

[2]薛濤.基于SCADA與GIS的配電網信息管理系統[C]//電力信息化高級論壇論文集.北京：中國電機協會電力信息化專業委員會，2008：389-390.

Research of intelligent distribution network information platform based on streamlined TCP/IP

Data collection and analysis were essential for distribution network operation and scheduling management. High quality electric power service was provided to the customers.Advanced technology was used to complete data collection and data management of the system. SCADA and GIS were the two sub-systems of distribution management. The functions of the two systems were analyzed. A set was established using the latest power electronic technology as one of the two systems.The embedded system was put as the core,and the streamlined TCP/IP protocol was put for the support of the distribution network information management platform, then the intelligent management of the distribution network was realized.

distribution network monitoring;information platform;streamlined TCP/IP;intelligent management

TM 64

A

1002-087 X(2015)10-2270-02

2015-07-02

張曉博(1981—)，女，河北省人，講師，本科，主要研究方向為通信、電子。