供變電監(jiān)測與控制系統(tǒng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口的研究

朱江

摘要：隨著人類社會經(jīng)濟和技術(shù)的不斷發(fā)展，電力在人的生產(chǎn)和生活中的作用日益突出，可靠、安全、高效是電力客戶對供電部門的基本需求。為了實現(xiàn)這一目標，電力部門在配電網(wǎng)的調(diào)度自動化、電量集抄、負荷控制、配變監(jiān)測、電能質(zhì)量電壓監(jiān)測等方面進行了了大規(guī)模的信息化和自動化改造，供電水平得到了大幅提升。但是由于各個系統(tǒng)獨立運行和使用歸屬不同的業(yè)務(wù)部門，不同系統(tǒng)由于設(shè)計目標和運行要求的不同，導(dǎo)致系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)無法互聯(lián)互通，出現(xiàn)信息孤島，且系統(tǒng)之間接口實現(xiàn)復(fù)雜，存在數(shù)據(jù)存儲冗余，造成大量的人、財、物的浪費。按照對配電網(wǎng)信息統(tǒng)一采集、統(tǒng)一存儲和統(tǒng)一利用的原則，搭建一個基于實時數(shù)據(jù)庫的中低壓配電網(wǎng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)，是未來配電網(wǎng)信息采集處理的必然方向。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)信息；統(tǒng)一采集；自動計算；智能配電臺區(qū)

1 實施配電網(wǎng)信息統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集的意義

配電網(wǎng)信息統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對配電網(wǎng)信息資源進行科學(xué)、有效的整合，實現(xiàn)了配電信息的全覆蓋，配電網(wǎng)運行管理人員可以全面及時地掌握配電網(wǎng)絡(luò)實時運行信息。配電網(wǎng)信息統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)了配電臺區(qū)的信息化、自動化、互動化功能，實現(xiàn)了配電臺區(qū)全方位監(jiān)控、全方位管理。配電網(wǎng)信息統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為未來實現(xiàn)臺區(qū)內(nèi)用戶用電信息實時跟蹤分析、滿足需求側(cè)響應(yīng)創(chuàng)造了條件。配電網(wǎng)信息統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)符合統(tǒng)一化管理的要求，可以為電力企業(yè)節(jié)約大量的管理成本。

2研究目標

結(jié)合縣級調(diào)度自動化、配電自動化、智能配電臺區(qū)監(jiān)控、用電信息采集等系統(tǒng)的對配電網(wǎng)實時準實時電網(wǎng)數(shù)據(jù)的需要，按照統(tǒng)一采集、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一利用的原則，設(shè)計一個符合縣局實際情況的統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集實施方案，搭建一個覆蓋縣域配電網(wǎng)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺，通過智能采集終端、通信傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集主站組成一套完整的縣級配電網(wǎng)信息統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供規(guī)范、標準的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)的建設(shè)目標

配電網(wǎng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺的基本功能即數(shù)據(jù)的獲取。電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)所需要的類型在長期實踐中已有了很好的總結(jié)，作為配電網(wǎng)企業(yè)，需要根據(jù)配電網(wǎng)的特點選取必要的、感興趣的數(shù)據(jù)作為獲取對象，一般來說包括必須采集的數(shù)據(jù)和可選擇采集的數(shù)據(jù)。必須采集的數(shù)據(jù)反映了電網(wǎng)的實時運行狀況和電力企業(yè)的營銷情況，應(yīng)包括電壓、電流、有功和尢功功率、功率因數(shù)、系統(tǒng)頻率、開關(guān)分合鬧情況、有功和無功電量等；可選擇采集的數(shù)據(jù)包括電力設(shè)備的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)采集和其他數(shù)據(jù)。對電力設(shè)備進行在線監(jiān)測可以有效提高電網(wǎng)運行可靠性和設(shè)備使用壽命。配網(wǎng)設(shè)備相比主網(wǎng)設(shè)備容量小、結(jié)構(gòu)簡單，需要檢測的量不是特別多，也有與主網(wǎng)不同的關(guān)注點，需要深入研究。采集系統(tǒng)對于獲取的數(shù)據(jù)進行適當?shù)奶幚砗徒M織，存放于實時數(shù)據(jù)庫中，提供標準接口和一定的安全措施。

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

利用生數(shù)據(jù)倉庫內(nèi)的第一手數(shù)據(jù)，可以對系統(tǒng)運行的整體工況有一個全面的了解，相比于之前需要人員親自到現(xiàn)場查看柱上開關(guān)狀態(tài)，上桿、上戶抄表的情況，大大地提高了數(shù)據(jù)的及時性和準確性，節(jié)省了時間成本。對于電源點追蹤、接線分析、解合環(huán)潮流、區(qū)域潮流負荷分析、配電線路設(shè)備操作預(yù)演等工作有很大幫助。狀態(tài)檢測的信息反應(yīng)線路和設(shè)備的實時工作情況，對其進行進一步分析的結(jié)果有利于生產(chǎn)、計劃基建等部門對于線路和設(shè)備工作狀態(tài)和壽命作山較準確的評估，為維修、更換、升級等工作打下基礎(chǔ)。生產(chǎn)技術(shù)管理系統(tǒng)可以直接從生數(shù)據(jù)倉庫內(nèi)訪問所需的數(shù)據(jù)，如線路、用戶無功的變化情況，統(tǒng)計電壓、無功合格率。發(fā)生停電故障時能夠及時記錄停電區(qū)域，停電范同，停電時間，對電壓、頻率、有功、尢功的變化情況實時記錄。根據(jù)設(shè)備的在線情況制定檢修計劃，統(tǒng)計實際線損與理論線損做比較等。統(tǒng)計各公變臺區(qū)、專變用戶負荷情況，統(tǒng)計設(shè)備損壞率，發(fā)現(xiàn)供電瓶頸環(huán)節(jié)和電網(wǎng)脆弱環(huán)節(jié)，改進電網(wǎng)設(shè)計，提高設(shè)備使用率。市場營銷管理系統(tǒng)實時獲得各專變、臺區(qū)用戶的用電量情況，分析用電量變化情況，結(jié)合用戶反映進一步提高供電服務(wù)質(zhì)量，并有利于做好負荷預(yù)測的工作。

3.3高級應(yīng)用

更進一步的，可以對生數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)進行加工分析，以供高級利用，但應(yīng)注意數(shù)據(jù)的處理應(yīng)是從數(shù)據(jù)庫中拉山后在其他了系統(tǒng)的范圍內(nèi)進行，不應(yīng)有任何寫回、修改的操作。線損分析：在導(dǎo)入售電量信息后，可以周期性地對線路中、臺區(qū)內(nèi)的實際線損情況作出全面計算，最小周期由采集單元和通信方式?jīng)Q定，至少應(yīng)能達到計算出每日線損情況的程度，計算的結(jié)果直接生成報表或者與營銷子系統(tǒng)進行對接完成信息交換。系統(tǒng)還應(yīng)具有提高供電可靠性的相應(yīng)措施，實現(xiàn)的基礎(chǔ)是對相關(guān)指標進行分析，包括供電可靠率、用戶平均停電時間、系統(tǒng)平均停電次數(shù)、平均停電用戶數(shù)、停電平均持續(xù)時問等指標。在生數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上自動對這些指標進行分析并生成報表，根據(jù)結(jié)果對系統(tǒng)的運行方式或網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，在未來的應(yīng)用中與調(diào)配一體化系統(tǒng)進行尢縫對結(jié)，實現(xiàn)遠方恢復(fù)供電區(qū)域或者隔離故障區(qū)段。利用數(shù)據(jù)庫內(nèi)的生數(shù)據(jù)可以進行電能質(zhì)量的分析，分析指標包括電壓偏差、頻率偏差、公用電網(wǎng)諧波、功率因數(shù)、三相電壓不平衡度、電壓波動和閃變、暫時過電壓和瞬態(tài)過電壓等，根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)對這些指標進行計算，生成相應(yīng)的報表以供查詢分析，作為提高供電質(zhì)量的依據(jù)。

3.4系統(tǒng)的設(shè)計

配電網(wǎng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺系統(tǒng)建設(shè)按照統(tǒng)一采集、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一利用的指導(dǎo)思想，采用先進的標準，以整體性、實用性為主，兼顧可擴充性原則進行設(shè)計。標準的先進性：配電網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集系統(tǒng)實施的最大障礙就是標準不統(tǒng)一，系統(tǒng)最大的亮點就是標準統(tǒng)一，所以一定要使用最先進的標準把不統(tǒng)一的數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的標準整合到系統(tǒng)中去。整體性：配電網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集系統(tǒng)設(shè)計的面廣，從數(shù)據(jù)采集角度講，采集了配電網(wǎng)運行過程中的全部數(shù)據(jù)，從應(yīng)用角度講，為所有的電力應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持，在系統(tǒng)設(shè)計過程中務(wù)必要整體考慮，全面平衡。實用性：根據(jù)各個應(yīng)用系統(tǒng)需求山發(fā)，最大限度滿足業(yè)務(wù)上的各項功能要求，確保實用性。安全性：對系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件方面必須注意系統(tǒng)安全保密工作，設(shè)計安全網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方式。升放性：系統(tǒng)內(nèi)部標準，提供接口類型說明。高效性：能保證系統(tǒng)的采集、傳輸和應(yīng)用具有快速、有效的運作效率，整個業(yè)務(wù)流程簡單易用。

4 硬件總體描述

4.1配電網(wǎng)線路架構(gòu)

配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及區(qū)域面廣，線路中有不同類型、不同廠家的各種監(jiān)測、控制設(shè)備，使用不同的通信方式、不同的通信標準，即使在一個縣域范同內(nèi)全面實施配電網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集系統(tǒng)也具有極大的困難，本次課題以眉縣上王變上公線作為試點，通過添加聯(lián)絡(luò)升關(guān)、完善線路監(jiān)測控制卓元，配置對應(yīng)的通信設(shè)備，為配電網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集系統(tǒng)創(chuàng)造了實施的硬件環(huán)境。

4.2項目實施目標

通過建立配電網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集平臺，對配電系統(tǒng)、用戶用電系統(tǒng)等不同自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行整合，對智能終端進行采集，實現(xiàn)以下配網(wǎng)各環(huán)節(jié)的監(jiān)測、分析、應(yīng)用，并按信息化管理的要求為管理層各應(yīng)用了系統(tǒng)提供生產(chǎn)現(xiàn)場的各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。采集系統(tǒng)需要對配電線路和臺區(qū)用戶的實時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的采集，存儲和轉(zhuǎn)發(fā)，為其他具體應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。主要包括：實現(xiàn)配網(wǎng)線路的遙測，遙信等數(shù)據(jù)的采集專變用戶的運行、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)實時采集公用變的運行、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)采集臺區(qū)低壓用戶的電能數(shù)據(jù)采集線路故障信息數(shù)據(jù)采集。

4.3平臺物理架構(gòu)

配電網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集平臺主要硬件包括：數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集工作站、服務(wù)器、維護工作站、打印機和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。配電網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集平臺主站系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)如下功能：采集數(shù)據(jù)多協(xié)議支持，可接入圍內(nèi)主流廠家的產(chǎn)品，完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所有智能終端的數(shù)據(jù)接入；采集數(shù)據(jù)原碼存儲、直接轉(zhuǎn)發(fā)功能；遙測、遙信、遙脈數(shù)據(jù)處理功能；實現(xiàn)柱上升關(guān)的遙控功能；變壓器在線狀態(tài)監(jiān)測與報警功能；歷史數(shù)據(jù)存儲功能；基于線路情況查看和設(shè)備管理系統(tǒng)；簡單的數(shù)據(jù)顯示、查詢、報表功能，包括電能質(zhì)量指標；線損率指標停電情況（統(tǒng)計具體到每一戶）電量信息（有功、無功）。

4.4 平臺采集數(shù)據(jù)對象

智能采集終端對配電變壓器、柱上開關(guān)、故障檢測器等電力設(shè)備提供數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和遠方通信功能。智能終端對原始數(shù)據(jù)進行采集并進行初步的處理和分析，智能地選擇向主站發(fā)送數(shù)據(jù)和消息，降低主站服務(wù)器的需求負擔，同時也可以減少各智能終端節(jié)點問通信的擁堵狀況。智能終端應(yīng)具有通信功能，包括遠程通信和本地通信兩部分，遠程通信指與變電站主站的通信以及智能終端之間的通信；本地通信指與智能終端配合工作的其他終端設(shè)備之間的通信，如集抄器、電能表等，或手持設(shè)備現(xiàn)場讀取數(shù)據(jù)。遠程通信應(yīng)支持主動上傳和主站召喚上傳。通信協(xié)議必須滿足國家或行業(yè)相關(guān)標準，不接受企業(yè)私有標準協(xié)議。通信接口應(yīng)采用標準化設(shè)計，要滿足采用不同通信方式的通信模塊可互換的要求。

4.5采集通信系統(tǒng)

4.5.1遠程通信

低壓臺區(qū)用戶的電能表數(shù)據(jù)通過低壓載波傳輸，南5個集抄器進行集中處理；配變智能終端的數(shù)據(jù)通過GPR S/CD MA網(wǎng)絡(luò)進行上傳，要求終端內(nèi)部具有CJPRSICDMA模塊；柱上開關(guān)智能終端應(yīng)具有通用的通信接口，根據(jù)裝設(shè)位置，可以進行光纖、中壓載波和無線微波通信；主站與縣調(diào)的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)有的2.4GHz專網(wǎng)進行傳輸。

4.5.2本地通信

集抄器與公用變智能終端問通過RS-485總線進行數(shù)據(jù)通信；公用變計量裝置和公變智能終端通過RS-485總線進行數(shù)據(jù)通信。

4.5.3通信協(xié)議

通信協(xié)議的要求包含了通信標準、通信可靠性的要求。通信協(xié)議必須滿足國家或行業(yè)相關(guān)標準，原則上不接受企業(yè)私有標準協(xié)議。

4.6平臺實施方案

4.6.1數(shù)據(jù)采集方案

數(shù)據(jù)采集方案按照采集對象進行分類，配備智能終端或其他采集設(shè)備，智能終端應(yīng)具有通信功能。（1）柱上開關(guān)包括2條分支線分段開關(guān)、1個第二電源聯(lián)絡(luò)開關(guān)、2個水電站出線開關(guān)，統(tǒng)一加裝智能終端進行采集。（2）專用變共24臺，每臺均配備一臺不帶計量功能的智能終端，一只電能表，電能數(shù)據(jù)通過RS-48s方式接入智能終端。（3）公用變共5臺，每臺均配備帶有計量功能的智能終端，計量數(shù)據(jù)用于內(nèi)部考核。還應(yīng)配備集抄器，集抄數(shù)據(jù)通過RS-485方式接入智能終端。初步計劃用威勝的配變監(jiān)測計量終端替換臺區(qū)總表。（4）故障檢測器由生產(chǎn)運行單位根據(jù)實際情況在線路上加裝故障檢測設(shè)備，能夠及時發(fā)現(xiàn)線路的各類故障。每個故障檢測設(shè)備配備對應(yīng)功能的智能終端，完成故障信息的遠程上傳。（5）臺區(qū)用戶信息低壓臺區(qū)客戶電能量需要具體到每一戶，共安裝載波三相表151只、載波單相表154只進行相關(guān)信息的采集，通過公變配備的集抄器進行匯總處理，由公變智能終端上傳。

4.6.2數(shù)據(jù)預(yù)處理

智能終端在向主站傳輸數(shù)據(jù)前應(yīng)對采集到的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，篩選有用數(shù)據(jù)進行上傳。對于數(shù)據(jù)的處理應(yīng)本著真實可信、準確、足量的原則進行，從優(yōu)先級和可靠性兩個方面考慮。對數(shù)據(jù)按優(yōu)先級排序如下：（1）開關(guān)量信息（當變位時）/故障指示器翻牌，信息開關(guān)量變位，意味著線路刀閘開關(guān)、變壓器分接頭等有動作，一般都反映了線路運行方式的較大變化，故障指示器翻牌也表明了線路出現(xiàn)了不正常狀況，需要中控室及時了解發(fā)生變化的刀閘位置，變位情況，無變位時開關(guān)量信息無需即時上傳；（2）開關(guān)變位后的錄波數(shù)據(jù)（如終端配備相應(yīng)功能），帶有故障錄波功能的智能終端有利于事故原因的分析，當錄波功能啟動后，一方面智能單元應(yīng)保存完整的錄波數(shù)據(jù)，一方面數(shù)據(jù)應(yīng)及時上傳到主站，以便中控室第一時間了解故障情況；（3）電氣量數(shù)據(jù)（U，I，P，Q，f），當電壓、頻率等表征系統(tǒng)運行情況的數(shù)據(jù)在正常情況允許的范圍內(nèi)波動時無需上傳，越限時應(yīng)及時上傳主站，同時智能終端應(yīng)記錄越限時問、越限參數(shù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，當有過負荷時負荷數(shù)據(jù)應(yīng)及時上傳；（4）電能數(shù)據(jù)根據(jù)對抄表間隔的要求進行，在一天一次的情況下智能終端應(yīng)定時或在指定時問范圍內(nèi)選擇信道不繁忙的情況進行；（5）弱直流監(jiān)測信號數(shù)據(jù)（4-20mA）根據(jù)設(shè)備的工況做出正常、注意、警告、危險等程度不同的信息，當正常時數(shù)據(jù)不需要發(fā)送，只做記錄，當警告或危險時其數(shù)據(jù)優(yōu)先級應(yīng)與（1）變位信息一致。

5 結(jié)論

本文在配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，設(shè)計了采集信通的通信方案，組織實施了線路自動化設(shè)備完善、通信系統(tǒng)建設(shè)工作，開發(fā)了配電網(wǎng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主站軟件，對配電網(wǎng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行全面的聯(lián)調(diào)。通過項日的實施可以得出以下結(jié)論：配電網(wǎng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實施是完全可行的。配電網(wǎng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實現(xiàn)了饋路信息、配變信息、負荷信息、電量信息的全面采集，使用了光纖、無線擴頻、中壓載波、CJPRS等多種通信手段，統(tǒng)一采集了FTU/DTU，TTU、智能電表、集中器的各類信息，并按照IEC61968通信標準建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫總線，供其他應(yīng)用系統(tǒng)使用。建立配電網(wǎng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實施是十分必要的。現(xiàn)有的調(diào)度系統(tǒng)、負控系統(tǒng)、配變監(jiān)測系統(tǒng)、低壓集抄系統(tǒng)、電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)等應(yīng)用系統(tǒng)自成體系，數(shù)據(jù)由于編碼、時間坐標的原因等等無法進行有效的互聯(lián)互通，而智能配電網(wǎng)需要的是一個綜合的全面的信息支撐，目前的應(yīng)用系統(tǒng)都無法滿足智能配電網(wǎng)的數(shù)據(jù)需要，只有配電網(wǎng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是按照統(tǒng)一采集、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一應(yīng)用指導(dǎo)思想開發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以為智能配電網(wǎng)系統(tǒng)提供全面、準確的數(shù)據(jù)支持。