基于關口表節點數據監測的電量線損監測系統研究

冮若嘉，張立穎，何健寧，趙婉旭，劉婕妤

(1.國網遼寧省電力有限公司計量中心，遼寧 沈陽 110168； 2.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

近年來，隨著國家經濟的快速發展，全國用電量急速增長，電力供求愈發緊張[1-3]，因此對電網系統的有效監測是保證電網安全和實現不同區域、不同用電部門有序用電的重要保障，隨著自動化水平的不斷提高，相繼開發了負荷控制系統、遠程抄表系統和故障監測系統，但由于電網系統錯綜復雜，傳統的電量監測、數據統計系統受到數據采集、信號傳輸以及數據分析處理等多個環節的問題制約，造成系統監測的實時性不強，可靠性不高[4-5]。

線損率是衡量電網結構與布局合理性、衡量供電企業經濟指標的重要標準，不同區域變壓器端與變電站端的電能數據提取是分析線損率和實現不同線路故障識別的重要前提，傳統的通過人工抄表獲取電量信息的方法容易造成數據的錯記和漏記[6-7]，而現有的關口表數據采集雖然實現了自動化，但其傳輸方式仍采用有線傳輸、層層統計匯集的方法，大量的中間數據統計層大大影響了信號傳輸和獲取的可靠性和精度，因此需要采用一種更為有效的關口表電量數據采集方法，從而實現不同區域電網線損以及線路故障的有效監測。

1 關口表數據監測系統結構

為了準確測試和提取安裝在變壓器端及變電站端關口表的電量數據，結合無線信號傳輸方法，建立集現場數據采集層、信號無線傳輸層和上位機數據分析與處理層的關口表數據、線損及線路故障綜合監測的智能系統，其總體結構圖如圖1所示。每個變壓器的關口表端安裝電量數據采集單元，電量采集單元通過串口通信與無線發射模塊連接，每個無線發射模塊作為電量數據采集與發射子站，每個用戶端區域多個變壓器關口表的電量數據信息通過發射模塊與采集終端的無線收發方式進行傳輸，變電站端的電量數據采集方式和傳輸方式與用戶端相同，無線采集終端通過網口傳輸方式與以太環網相連，上位機采用組態軟件構建關口表數據、線損和線路故障監測及預警平臺，PC機通過以太環網和Web界面發布功能將電量數據信息共享給其它遠程客戶端[8-9]，最終實現整個電網區域實時電量信息、不同線路線損及故障的實時監測、分析和存儲。

2 關口表數據采集及數據傳輸

2.1 關口表數據采集

新型關口表普遍帶有數據通信與交互功能，可通過RS485串口通信將信號傳輸給帶有無線發射模塊的數據采集單元，數據采集單元通過無線發射模塊將數據傳輸至無線采集終端[10]，由于部分關口表數據采集模塊的無線發射模塊與無線采集終端的信號傳輸距離較遠，在不增加路由節點的前提，在無線發射模塊中增加功率放大器(PA)和低噪聲放大器(LNA)，從而增加了無線模塊的發射功率，或者提高了模塊的接收靈敏度。遠距離無線模塊系統框圖如圖2所示。

2.2 關口表數據傳輸

為了實現電量數據的實時在線采集與監測，分別對電量采集模塊、無線發射模塊與匯聚節點的程序進行設計和開發，數據的傳輸通過構建Zigbee協議棧，該協議棧具有強大的縮減功能。設備的采樣時間設定為每15 s采樣1次，并將單次的采樣結果無線發送給采集終端。電量采集與數據傳輸流程圖如圖3所示。電量采集模塊實時監測485總線上的數據采集指令，當485總線上有采集指令下發時，通過命令解析執行相關采集操作，并通過無線發射模塊進行電量數據的傳輸，采集終端一側利用UART0串口的中斷實現溫度信號的實時接收，設備上電后，Zigbee無線接收模塊開始對網絡進行連續不間斷的監聽，實時接收Zigbee無線網絡中傳輸的數據信息，當接收到數據包后，先要驗證數據包的可通過性，其方式是根據數據包的編號，根據不重復接收、重復丟棄的原則，數據包接收完成后還要進行CRC校驗，之后系統將校驗通過的數據包傳輸至UART0串口，在此過程中對接收串口的終端狀態進行實時監測，確保所有數據全部發送和接收。

圖1 基于無線傳輸的關口表數據監測總體結構

圖2 遠距離無線模塊系統框圖

圖3 電量采集與數據傳輸流程圖

2.3 線損計算及故障分析

電力網絡中損耗的電能(線路損失負荷)與向電力網絡供應電能(供電負荷)的百分數;線損率用來考核電力系統運行的經濟性，線損率的計算方法可表示為

ΔP=[(Ps-Pe)/Ps]×100%

(1)

式中：ΔP為線損率；Ps為變電站端變壓器關口表電量；Pe為用戶端變壓器關口表電量。

電力網絡中，一旦某一線路的線損突然增加，說明該線路出現故障，需要對該線路進行重點排查和維護，因此通過監測變電站端和用戶端的關口表電量，可實時對電力網絡中不同線路的線損和故障進行監測。

3 上位機電量線損監測平臺

3.1 數據監測界面開發

上位機遠程監測系統是實現不同區域電量數據及線損率集中監測的核心樞紐，本系統采用亞控組態軟件以及ODBC數據庫聯合構建關口表、線損及故障的監測系統，實時監測不同區域各節點的變壓器端、變電站端的電量以及線損率，利用組態軟件的畫面設計功能構建數據查詢界面、曲線查詢界面、數據報表、節點分布圖等多個功能，為上位機人員提供全面的監測數據信息，保證工作人員對不同區域各節點的電量數據信息、線損信息及故障信息進行實時監測和統計，數據存儲功能可實現對電量數據信息、故障信息的實時存儲和調用，關口表數據監測組態界面如圖4所示。

圖4 關口表數據監測組態界面

3.2 Web界面全局發布

組態王軟件內置有Web界面全局發布功能[11-12]，能夠對監測到的電量數據信息進行實時、同步的在線全局共享和網絡共享。基于關口表節點數據監測的電量線損監測系統的Web界面發布全局共享結構如圖5所示。

圖5 監測系統Web界面共享網絡圖

監測系統的Web界面全局共享網絡采用B/S框架結構，以構建的基于關口表節點數據監測的電量線損監測系統為核心，利用Internet網絡或局域網絡將系統的監測界面共享給其它技術人員及部門，不同部門和技術人員根據自身的權限等級可獲悉不同程度和范圍的系統數據信息，對于數據統計科室，設定權限較低，主要權限為對數據、曲線的監測和歷史信息的查詢；對于安全部門，權限等級為中級，除了基本數據查詢權限外，還可以對設備的運行狀態進行實時監控；而對于技術管理部門，權限等級為高級，可通過Web界面對監測數據的限值等參數進行修改設定[13-14]。監測系統Web界面發布的實現提高了數據信息的全局共享能力和可視化程度，進一步完善了電網系統的數據監控布局。

4 結束語

提出了一種基于關口表節點數據監測的電量線損監測系統，通過電量監測裝置對各節點關口表電量數據進行實時監測和提取，通過無線傳輸裝置匯集到采集終端，在遠傳給上位機遠程監測系統，上位機通過數值分析計算得到不同供電區域的線損量，進而間接分析不同線路的線損率和故障特征，同時采用Web界面發布功能實現監測數據和故障狀態的實時全局共享，系統的監測性能良好，實現了不同供電區域線損量及線路故障的實時在線監測，可對實現電網系統的無人化監測、提高故障檢測精度、準確計算線損率提供參考。