基于C/S架構(gòu)的電力線路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

吳越嬴，何 新，黃崢嶸，盛沈陽

(南京理工大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，江蘇 南京 210094)

基于C/S架構(gòu)的電力線路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

吳越嬴，何 新，黃崢嶸，盛沈陽

(南京理工大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，江蘇 南京 210094)

在電力行業(yè)高速發(fā)展、電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大的今天，電力線路信息的有效監(jiān)控能夠便于掌握電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)生故障時(shí)也能盡快地完成故障分析與分類。為此，采用C++ Builder語言進(jìn)行系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)，簡要設(shè)計(jì)完成了一種電力線路的信息監(jiān)控系統(tǒng)；運(yùn)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)將電力線路數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分類存儲(chǔ)，使得能夠快速有效地顯示實(shí)時(shí)的線路數(shù)據(jù)，方便查詢歷史信息；采用基于暫態(tài)量的故障選相算法實(shí)現(xiàn)了線路故障的分類，便于工作人員分析故障原因、查找故障點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)線路信息的實(shí)時(shí)顯示和歷史數(shù)據(jù)的查詢，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，減輕了工作人員的工作強(qiáng)度，提高了線路信息管理的效率，同時(shí)也有效提高了電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)庫技術(shù)；線路監(jiān)控；故障選相

0 引 言

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，國內(nèi)電力系統(tǒng)的信息管理水平也在不斷提高，為了保證電力系統(tǒng)線路運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的信息管理，滿足人們對(duì)生活和生產(chǎn)的電力需求，同時(shí)也為了促進(jìn)自身的經(jīng)濟(jì)效益，許多電力企業(yè)都將自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用到電力線路信息管理當(dāng)中，加大了對(duì)信息管理系統(tǒng)的自動(dòng)化建設(shè)[1]，從而實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)信息管理的自動(dòng)化升級(jí)。電力系統(tǒng)信息管理的自動(dòng)化水平不斷提高，是時(shí)代提出的客觀要求，也是保證企業(yè)競爭力的有效手段[2]。

隨著電力行業(yè)的發(fā)展、電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，電網(wǎng)線路管理的信息量大幅增加，信息處理也變得越來越困難，因此電力線路監(jiān)控信息系統(tǒng)的建設(shè)就成為了一種必然，信息化技術(shù)也得到了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。這不僅很好地解決了傳統(tǒng)信息化管理過程中存在的相關(guān)問題，提高了整個(gè)電力系統(tǒng)的信息管理水平，還有效地推動(dòng)了國內(nèi)電力行業(yè)的發(fā)展[3]。

但是從當(dāng)前電力系統(tǒng)線路監(jiān)控信息管理的發(fā)展情況來看，由于地區(qū)發(fā)展不平衡，不同地區(qū)在電力系統(tǒng)線路監(jiān)控管理的水平上存在一些差異[4]，一些西部地區(qū)的管理水平相對(duì)比較落后，設(shè)備不夠完善，信息管理系統(tǒng)在開發(fā)和應(yīng)用上都處于欠發(fā)達(dá)的狀態(tài)[5]，導(dǎo)致國內(nèi)大部分地區(qū)的電力系統(tǒng)線路信息管理存在一定的問題。還有就是信息管理不規(guī)范，管理方法不能達(dá)到電力系統(tǒng)信息化建設(shè)的要求[6]，從而導(dǎo)致一些電力公司的經(jīng)濟(jì)效益并不理想，這對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性也帶來了一定的影響。

為改變電力系統(tǒng)線路監(jiān)控信息管理方面的現(xiàn)狀，適應(yīng)信息化社會(huì)對(duì)企業(yè)發(fā)展的要求，迫切要求改進(jìn)當(dāng)前管理模式，建立綜合各種電力線路監(jiān)控信息的管理系統(tǒng)。針對(duì)線路信息數(shù)據(jù)量大的問題,構(gòu)建了合理高效的數(shù)據(jù)庫，對(duì)于線路故障問題采用了故障選相算法進(jìn)行分類識(shí)別，而系統(tǒng)界面則選擇了C++ Builder進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)試，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于C/S架構(gòu)的電力線路監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，要處理的信息量也越來越大，電力系統(tǒng)的信息管理主要是對(duì)電力線路運(yùn)行和維護(hù)的信息管理。主要針對(duì)電力線路監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、具體功能分析、主要窗體界面以及數(shù)據(jù)庫等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析。

1.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電力線路監(jiān)控管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)要充分結(jié)合系統(tǒng)的實(shí)際情況，在對(duì)相關(guān)的日常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和討論后，做出必要的歸類合并，從而規(guī)劃系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，并根據(jù)功能要求的不同來設(shè)置子模塊[7-8]。然后對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分類，形成面向數(shù)據(jù)的分析方法，將各項(xiàng)數(shù)據(jù)劃分到對(duì)應(yīng)的子模塊中進(jìn)行存儲(chǔ)。該系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)

1.2具體功能分析

利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的管理系統(tǒng)可以分為以下幾個(gè)功能模塊，而每個(gè)模塊具體實(shí)現(xiàn)的功能如下所述：

(1)用戶登錄模塊。

只有數(shù)據(jù)庫中記錄過的用戶ID(工號(hào))和相應(yīng)密碼才能進(jìn)入系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控、查詢等。

(2)線路數(shù)據(jù)顯示模塊。

主要是顯示當(dāng)前線路的實(shí)數(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)，包括各條線路的三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率等。

(3)線路運(yùn)行管理模塊。

這一模塊可以反映當(dāng)前時(shí)間線路的運(yùn)行狀態(tài)為正常或故障，記錄電力線路的日常檢查和維修工作，將檢修時(shí)線路出現(xiàn)的異常情況記錄下來，包括線路故障分類識(shí)別、線路故障處理記錄和線路保護(hù)措施等。

(4)歷史查詢模塊。

主要可以根據(jù)用戶設(shè)置的查詢條件查詢到一定時(shí)間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，包括線路的各項(xiàng)參數(shù)以及線路的運(yùn)行狀態(tài)等，可供相關(guān)人員查閱，也可生成報(bào)表。

1.3故障分類算法分析

在線路運(yùn)行管理模塊中，若是線路出現(xiàn)故障，則需進(jìn)行故障分類識(shí)別。故障分類識(shí)別主要是指對(duì)線路發(fā)生故障后的若干種故障類型進(jìn)行識(shí)別[9]，通過對(duì)收集的大量故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理和故障類型分類辨別，以掌握電網(wǎng)的運(yùn)行狀況[10]，便于對(duì)經(jīng)常發(fā)生故障的設(shè)備以及線路采取合理的維護(hù)措施，且故障分類的結(jié)果對(duì)于工作人員分析故障原因、查找故障點(diǎn)也有指導(dǎo)作用。

輸電線路上發(fā)生不同類型的故障，其三相故障電流中必然攜帶有故障相別方面的不同信息，需要通過故障的邊界條件和實(shí)際線路三相間的耦合關(guān)系進(jìn)行判斷[11]。假設(shè)三相電流分別為iA、iB、iC，單相接地故障表示為Ag、Bg、Cg，兩相接地故障表示為ABg、BCg、ACg，兩相相間故障表示為AB、BC、AC，三相短路故障表示ABC。

這幾類故障的故障特征可分析歸納如下：

(1)當(dāng)零模i0≠0且數(shù)值很大時(shí)，一般為接地故障；而當(dāng)i0很小，幾乎等于零時(shí)，為非接地故障[12]。

(2)接地故障中，單相接地短路(如Ag)時(shí)，iA最大，iB次之，iB/iC<2.5(一般在1.5附近)；兩相接地短路(如ABg)時(shí)，iC最小，min(iA,iB)≥2.5iC。

(3)非接地故障中，兩相相間短路(如AB)時(shí)，iC最小，|iA|-|iB|=0；三相短路(即ABC)時(shí)，若iA最小，則|iC|-|iB|≠0。

由上述可知，不同類型的故障，其故障相與非故障相之間差異顯著，將這些差異提取并表征，即可構(gòu)成故障選相的實(shí)用判據(jù)[13]。

由于小波分析很適用于故障突變這樣的非平穩(wěn)信號(hào)的處理，因此決定采用小波工具提取暫態(tài)信號(hào)的能量，然后用基于暫態(tài)量的故障選相算法進(jìn)行故障分類，也就是通過比較三相電流暫態(tài)能量的相對(duì)大小選出故障相別。

信號(hào)y(t)的離散樣本為c0(n)，經(jīng)小波變換后得到的第j尺度上的逼近系數(shù)cj(n)和小波系數(shù)dj(n)分別為：

(1)

(2)

其中，h(n)、g(n)分別為低通、帶通濾波器。

由Parseval定理可得，在正交小波變換下，信號(hào)y(t)的能量可用小波變換系數(shù)表示為[14]：

(3)

故障選相算法流程如圖2所示。其中，四個(gè)門檻值ε0、ε1、ε2、ε3的用途分別是：ε0判別故障是否接地，ε1區(qū)分三相、兩相間短路，ε2判別故障是否單相接地短路，ε3區(qū)分單相、兩相接地短路。

1.4數(shù)據(jù)庫的選擇和設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫用來存儲(chǔ)電力系統(tǒng)各類線路數(shù)據(jù)信息，是系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提和保障。構(gòu)建合理高效的數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)分類儲(chǔ)存，使得系統(tǒng)能夠快速有效地顯示實(shí)時(shí)信息，也能夠方便歷史數(shù)據(jù)的處理[15]。在選取數(shù)據(jù)庫時(shí)，要結(jié)合線路運(yùn)行的實(shí)際情況，在保證系統(tǒng)安全和穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，數(shù)據(jù)庫還應(yīng)具備系統(tǒng)兼容性[16]。其次，數(shù)據(jù)庫的容量要與線路的實(shí)際運(yùn)行和投入的經(jīng)費(fèi)相適應(yīng)，在滿足當(dāng)前運(yùn)行的條件下，也要給系統(tǒng)以后的擴(kuò)充預(yù)留一定的空間。

所涉及到的部分?jǐn)?shù)據(jù)表如下：

(1)用戶身份信息表：記錄了所有員工的身份信息以及登錄密碼，其中身份信息包括工號(hào)、姓名以及部門等。

(2)各不同電壓等級(jí)線路的各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)表：記錄了不同電壓等級(jí)線路每次采樣的采樣時(shí)間、電流、電壓、有功功率和無功功率，如表1所示。

表1 線路參數(shù)數(shù)據(jù)表

(3)線路運(yùn)行狀態(tài)表：記錄當(dāng)前時(shí)間各等級(jí)線路是否運(yùn)行正常。

(4)線路的檢修記錄表：記錄了每次線路檢修的時(shí)間、檢修時(shí)各不同電壓等級(jí)線路的運(yùn)行狀態(tài)(正?；蚬收?、故障原因以及故障處理的結(jié)果。

線路檢修記錄表如表2所示。

表2 線路檢修記錄表

2 系統(tǒng)的界面設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在明確了系統(tǒng)所需實(shí)現(xiàn)的功能模塊后，接下來就要對(duì)電力系統(tǒng)線路信息系統(tǒng)的界面進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循以下幾個(gè)原則：

(1)人機(jī)友好的建設(shè)原則，實(shí)現(xiàn)信息的交互性和通用性[17]；

(2)在保證系統(tǒng)運(yùn)行速度的前提下，要對(duì)界面的功能和布局進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，使界面盡可能美觀；

(3)要盡量多地顯示重要的信息，便于用戶操作，讓操作人員在最短的時(shí)間內(nèi)獲取線路電力輸送的各種信息，確保信息資源實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配置[18]。

經(jīng)過了一定的調(diào)試運(yùn)行后，系統(tǒng)的基本功能均得到了實(shí)現(xiàn)：數(shù)據(jù)庫中采集到的線路數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)顯示在系統(tǒng)中，歷史數(shù)據(jù)也能夠做到快速有效地查詢；線路發(fā)生故障也可基本做到分類識(shí)別，有助于進(jìn)行故障的分析定位。以下是系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行后的兩個(gè)主要界面：線路運(yùn)行管理界面和歷史查詢界面。

(1)線路運(yùn)行管理界面。

顯示各線路當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)以及檢修記錄，如圖3所示。

圖3 線路運(yùn)行管理界面

(2)歷史查詢界面。

主要完成各種歷史數(shù)據(jù)的查詢，如圖4所示。

圖4 歷史查詢界面

3 結(jié)束語

針對(duì)電力系統(tǒng)規(guī)模大、線路數(shù)據(jù)信息量大導(dǎo)致的線路實(shí)時(shí)監(jiān)控管理不理想的問題，采用了SQL Server來搭建合理高效的數(shù)據(jù)庫，根據(jù)不同類型的信息分類構(gòu)建不同功能的數(shù)據(jù)表，從而提高監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行效率。對(duì)于如何判斷線路是否出現(xiàn)故障的問題，由于不同類型的故障其故障相與非故障相之間都存在顯著差異，因此用故障選相算法進(jìn)行檢測辨識(shí)。調(diào)試運(yùn)行后，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電力線路的信息管理基本功能，達(dá)到了對(duì)電力線路實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。該系統(tǒng)一定程度上減輕了管理人員的工作強(qiáng)度，提高了工作效率，但仍需對(duì)客戶進(jìn)行進(jìn)一步的需求分析，根據(jù)需求進(jìn)行系統(tǒng)改進(jìn)和完善。

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Design of Power Lines Monitoring System with C/S Structure

WU Yue-ying，HE Xin，HUANG Zheng-rong，SHENG Shen-yang

(School of Automation,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210094,China)

With the rapid development of the power industry and the increasing scale of the power grid,it is convenient for effective monitoring of information of power lines to grasp the real-time operation of the power grid,guarantee the safe and stable operation of the power system and complete the fault analysis and classification as soon as possible when a fault occurs.Therefore,the language of C++ Builder is adopted to design system interface,and an information monitoring system of the power lines is designed and implemented briefly.The database technology is employed to classify and store the data of power lines,which makes that the real-time data can be displayed quickly and effectively and the historical information can be queried conveniently.The fault phase selection algorithm based on transient is adopted to classify the line faults so that the staff can analyze the cause of fault and find the point of faults.The experimental results indicate that the real-time display of the line information and the query of historical data could be realized to achieve the goal of real-time monitoring,reduction of workload of staff,improvement of the management efficiency of line information and raising the level of automation effectively.

system design;database technology;lines monitoring;fault phase selection

2016-07-26

：2016-10-27 < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間

時(shí)間：2017-07-05

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61473152)

吳越嬴(1992-)，女，碩士研究生，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化；何 新，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橹悄苄畔⑻幚?、音頻信息處理。

http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20170705.1650.034.html

TP302

:A

:1673-629X(2017)09-0187-04

10.3969/j.issn.1673-629X.2017.09.041