電力通信電源監控系統的設計與研究

謝本建 徐 平 林海英 宋志堅 宋禹飛

（1. 深圳藝樸露科技有限公司，廣東 深圳 518100；2. 海南電網有限責任公司海口供電局，海口 571000）

電力通信電源監控系統的設計與研究

謝本建1徐 平1林海英2宋志堅2宋禹飛2

（1. 深圳藝樸露科技有限公司，廣東 深圳 518100；2. 海南電網有限責任公司海口供電局，海口 571000）

電力系統通信是電力系統安全穩定運行的強有力的技術支持，特別是對于智能電網的發展來說，電力通信更是不可或缺的載體。而通信電源是電力通信的心臟，是保證通信系統安全穩定的關鍵。電力通信電源有著諸多運行方案，本文列舉了幾種典型的應用設計方案，引入以智能 IPDU為核心的架構來實現電力通信機房微環境的監控，并以某地區變電站為例，詳細介紹了該變電站的通信電源監控系統。

通信電源監控；微環境；通信系統

隨著電力行業技術的不斷發展，電力系統的安全穩定運行始終作為電力系統運行首要任務。對于智能電網來說，電力通信系統是保障電力系統技術和功能運行的最有力的支撐和傳輸媒體。通信系統的運行離不開通信電源為其提供能量支持，通信電源是通信系統的心臟，沒有通信電源的動力保障，通信系統中任何模塊都無法正常運行，穩定可靠的通信電源是通信系統也是電力系統安全可靠運行的重要環節。通信電源產品種類繁多，發展速度也比較快，其組成主要有高頻開關電源設備、半導體整流設備、AC-DC模塊電源、DC-DC模塊電源、逆變電源、UPS電源、交流穩壓電源、發電機組及電源監控系統等。

1 典型電力通信電源方案

通過近幾年電力通信網絡的發展，電力主網通信電源的設計和建設都已日漸成熟，形成了一套較為完整的方案，對于220kV變電站，采用的是雙套通信電源分4個機柜安裝的配套通信電源，不僅安全可靠性高，而且便于維護管理。4個機柜主要包括：交流電源配電屏1面，高頻開關電源柜2面，直流配電屏1面。其中，直流配電屏安裝2條配出母排，2套開關電源共配備 4組免維護的鉛酸蓄電池，每套開關電源2組，且蓄電池單獨配電屏安裝，采用架式架構，安放在單獨的蓄電池室，通信電源配電屏結構示意圖如圖1所示。

圖1 某變電站通信電源結構示意圖

交流配電屏電源來自2路不同配電系統配出的380V交流電源，且配備一定數量的配出空開為其他配電屏備用電源，2面開關電源屏交流電源引自交流配電屏的不同配電系統的交流電源，且應配備自互投裝置，為開關電源屏內整流裝置提供可靠的電源輸入。當通信電源配出沒有特殊負荷要求時，整流模塊容量一般選擇6×30A，原理示意圖如圖2所示。兩面高頻開關電源屏分別為直流電源屏兩個母排提供直流電源，直流分配母排間用大容量的手動開關連接起來，正常運行時在斷開狀態，故障狀態時可根據負荷情況選擇其運行狀態。

圖2 高頻開關電源原理圖

在電力系統的二級通信網絡的建設過程中，特別是對于110kV、35kV變電站，其通信設備數量相對較少，容量也相對較小，按照電力系統規劃設計原則，一般配備1套通信電源。其結構也比一級通信網絡的電源簡單些，通常將電源系統和蓄電池系統安裝在同一面配電屏中，對蓄電池不再單獨設立蓄電池室。高頻開關電源容量按3×30A選擇。

2 電源監控系統架構的設計

除了提高通信電源的穩定性之外，對電源系統的運行情況進行監控也非常重要。通信電源監控系統是一個多級分布式的計算機監控網絡，一般可分為監控中心（SC）、監控站（SS）和監控單元（SU）。其組成示意圖如圖3所示。

圖3 通信電源監控系統示意圖

監控電源與被控設備相連，并周期性對采集到的被控設備的運行參數和工作狀態的數據進行處理，向監控站發送，監控單元也可接收監控中心下達的監控命令，如通信發生中斷，監控單元將保存主要告警數據，等待通信恢復后將中斷期間數據上報。

可見，監控站的計算機系統是監控系統中數據采集及數據處理的重要環節，監控站向下與各監控單元相連接，接收監控單元采集的數據，進行處理后在傳送給上一級。

而監控中心是整個監控系統中級別最高的設備，不僅具有與各監控站通信及實時監控的功能，還具有設置告警等級，用戶權限及監控點性能門限值等參數的權限。

在傳統的通信機房中，現場環境復雜，機柜中設備運行情況不均衡，難以監測，為通信系統及電力系統安全穩定運行帶來了巨大隱患。目前，針對通信機房監測中的薄弱環節，提出了建立機房設備微環境的概念。設備微環境是指機柜中網絡設備運行環境，包括溫度、濕度電力及監控等相關參數和運行情況。在傳統的運行模式中，溫度的控制通過空冷設備將機房室內溫度降低，從而達到設備冷卻的目的，而沒有考慮過機柜和機架等環節。微環境的引入就是將過去機房大環境參數正常但網絡設備所處微環境參數不正常的弊端解決了，以降低網絡設備重啟、死機等故障的概率。

現如今對機柜內機架上設備的微環境監測已經被各界重視起來，一種基于多傳感自校正技術、傳感網絡信息預測技術的智能電源分配單元（intelligent power distribution unit, IPDU）已作為設備微環境智能檢測的模型被業界列為研究的重點。IPDU也可被稱為遠程電源管理器，能實時監測機柜內電力的電壓、電流、功率，用電量等參數，同時也監測其分路或每個設備端口的電力參數，當電力參數出現過壓、欠壓、過流或分路斷路等情況時，能夠第一時間發出報警，從而提高設備運行的安全性。

TEDS格式的引擎校正方式可以將不同接口模式的傳感器引入實現多信息的自校正。而信息的同步問題則可以通過預測補償算法修正模型來完成。根據目前智能傳感器的技術發展情況，還需要對傳感器進行自校正，從而提高測算精度，這就要采用基于特定TEDS格式的引擎校正方式，主要包括：最后校正日期周期和所涉及的校正參數等。而新架構下的自校正引擎在 IPDU上而不是在傳統構架中的監控主機內，采用TEDU的校正系數，利用分段線性插值函數進行多參數傳感數據的自校準，K通道傳感模型矯正式為

3 通信電源監控系統實例

某地區變電站將遠程控制單元、站端視頻處理單元等站端控制設備通過環境設備管理層的信息處理，將不同類型的監控模塊及通信模塊采用的不同類型的通信協議采集的各種遙信遙測數據，統一為數據量，解決了與主站平臺之間的通信問題。通過協議封裝，將環境變量和門禁系統等模塊接入到系統中來，統稱為RPU，組成變電站綜合監控系統，實現了對視頻、環境等信息的實時處理功能。

通過RPU的連接將通信電源的相關供電系統，溫度等參數虛擬為一個環境信息量，相當于將遙信數據虛擬成遙信設備，遙測數據虛擬為遙測設備后，將數據上傳或平臺主動獲取資源列表,定時與監測模塊通信，讀取模塊數據，并將采集到的數據上傳至平臺，自定義閥值。此外，通過RPU的本地存儲功能，還可將采集的數據以歷史記錄的形式保存至本地以供查詢。通信電源監控模塊監控的內容見表1。遙信數據見表2。

表1 監控的遙測數據

表2 監控的遙信數據

該地區通信電源監控系統結構如圖4所示。

圖4 某地區變電站通信電源監控系統結構圖

該監控系統中各通信電源監控模塊都支持前端智能設備協議，其他模塊系統滿足 Modbus協議類型。結合該監控系統的個監控摸塊的特點，將監控模塊的通信網絡設計為多種總線類型并存的方式，根據通信距離可采用 RS-232C總新接口或RS-485/RS-422總線接口，其中RS-232C總線接口主要用在15m距離內的可靠通信系統中，而 RS-485/RS-422接口采用的是差分信息傳輸，距離范圍可達1500m，使用與距離較遠監控模塊的連接。此外，當監控網絡不大、而擴展更高一級監控系統時，可采用MODEM接口，通過主板上的接口撥碼開關，選擇接口方式，可以通過該接口，公用現有的公用電話網與遠程計算機進行通信。

可根據該系統的結構總結出該系統的如下特點：①該系統兼容性強，將視頻監控，電源監控集中在同一套系統中，提高了平臺的使用效率；②將通信電源數據統一虛擬成環境變量，使通信電源的監測數據與其他環境變量數據相同，平臺不需要重新投入資金開發，實現無縫集成；③實時監測各系統運行參數，發生異常，短時就能接到報警數據，降低了相應時間；④操作簡單，不需要重新培訓就能使操作人員上手操作。

4 結論

通信電源監測系統是通信設備及電力系統正常運行的保障，提高了各個站點通信電源運行的穩定性和可靠性，降低了維護成本，是通信電源維護管理從靠人力模式向自動化集中監控管理模式邁進的重要標志。基于 IPDU的設備微環境監測構架，可對遠程管理電源系統機柜內的網絡設備以及服務器微環境進行遠程管理，利用TEDS校正引擎實現多傳感器的自校正。對于傳輸同步的問題，可通過補償預測算法的廣義預測模型、分析數據延時的原因得以解決。通過實例，更直觀地感受到了電源監控系統能有效輔助電力系統安全穩定的運行，為電源監測系統日后的改進提供了參考。

[1] 郝長端, 劉鈺, 陳樹果. 智能變電站網絡通信異常的分析[J]. 電氣技術, 2016, 17(9): 135-138.

[2] 阮新波, 金茜. 包絡線跟蹤電源技術綜述[J]. 電工技術學報, 2017, 32(4): 1-11.

[3] 王紫鈺, 張瑋亞, 張可可, 等. 靈活發電分布式電源的通用建模及控制技術研究概述[J]. 電氣技術,2017, 18(1): 1-7.

[4] 胡斌, 楊中平, 黃先進, 等. 用于超級電容儲能系統的三電平雙向直流變換器及其控制[J]. 電工技術學報, 2015(8): 83-89.

[5] 劉海忠. 智能變電站監控系統的應用[J]. 安防科技,2011(5): 32-34.

[6] 朱雄世. 通信電源設計及應用[M]. 北京: 中國電力出版社, 2006.

[7] 劉濤. 2012—2016年中國通信電源市場調研與投資前景評估研究報告[R]. 北京: 智研咨詢集團, 2012.

[8] 史健. 機柜微環境監控在機房標準化建設中的研究[J]. 科研應用, 2015(4): 220-220.

[9] 成傳智, 蔣海明. 通信機房標準化建設[J]. 電力系統通信, 2010(9): 18-22.

[10] 李正家. 通信電源技術手冊[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2009.

[11] 崔恒源. 移動通信基站電源監控系統的設計及實現[D]. 長沙: 湖南大學, 2009: 16-18.

[12] 王強. 電力通訊電源蓄電池在線監測及系統維護的設計與實現[J]. 電子世界, 2017(3): 50-53.

Design and Research of Power Communication Power Monitoring System

Xie Benjian1Xu Ping1Lin Haiying2Song Zhijian2Song Yufei2
(1. Shenzhen EPLU SCI-EECH Co., Ltd, Shenzhen, Guangdong 518100;2. Hainan Power Grid Corporation Limited Haikou Power Supply Bureau, Haikou 571000)

Power system communication is a powerful technical support for the safe and stable operation of power system. Especially for the development of smart grid, power communication is an indispensable carrier. The communication power is the heart of power communication, is the key to ensure the stability and stability of communication system. Power communication power supply has a lot of operational programs, this paper lists several typical application design, the introduction of intelligent IPDU as the core architecture to achieve the power of the computer room micro-environment monitoring.And a regional substation, for example, a detailed description of the substation communication power monitoring system.

communication power monitoring; micro environment; communication system

謝本建（1981-），男，四川省廣漢市人，漢族，本科，高級工程師，主要從事企業高低壓配電運行管理工作。