計算機技術在智能配電系統中的應用

楊煒 施京

摘要：對傳統配電系統存在的不足做出分析的基礎上，提出了智能配電系統的設想，并利用計算機控制技術結合通信技術，給出了一種智能配電系統設計的應用實例，能夠給相關企事業單位采用計算機控制技術和通信技術實現配電系統的智能控制管理提供參考。

關鍵詞：計算機；通信；控制技術；智能；配電系統；管理應用

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2019）13-59-4

0引言

當今社會，隨著企事業規模的不斷發展壯大，大多企事業單位都配備有獨立的配電系統，配電系統對單位保持正常運轉的重要性日漸突顯，對配電系統實施智能管理的需求也不斷加強。對單位配電系統實現智能控制，不僅能夠提高企事業的整體運行效益，同時也能在一定程度上保證配電系統能高效穩定地運行。

隨著計算機技術的不斷發展，其應用范圍也越來越廣泛。通信技術的迅猛發展，有力地拓展了計算機技術的應用范圍。通過應用計算機控制技術和通信技術，實現智能配電系統，也是許多企事業單位著手實現的目標。計算機控制技術和通信技術的應用可以提高配電系統的智能化程度，從而提高配電系統的運行效率、管理效率、安全可靠性和故障報警速度，同時還可以減少人員投入，進一步提高企事業單位的經濟效益，促進我國社會經濟的飛速發展。

1配電系統現狀分析

企事業單位的配電系統主要由低壓配電室和高壓配電室組成。傳統的配電系統主要存在以下缺點：①系統獨立存在，不同廠家的監控設備無法實現互聯互通，運維困難；②配電房分布廣、布線通信困難，加之改造建設成本高等因素導致數據無法上傳，難以實現實時監控，監測的數據也不全；③日常巡檢基本上依靠人工記錄數據，沒有實現數字化，缺少有效的監管手段和措施；④日常的巡檢維護業務需要投入大量的人力物力，維護成本高；⑤歷史數據缺少信息化的管理手段，無法進行快速統計、分析；⑥系統出現故障時缺少智能預警，往往會導致事后搶修問題的查找和處理速度慢，很可能會錯過設備故障發生時的最佳檢修時機，而且有可能造成嚴重的不良后果。

計算機控制技術以及通信技術比較落后，加之要采用相應的技術解決上述問題還存在技術上的不夠成熟、技術實現難度大和所需成本高等困難，而隨著計算機技術和通信技術的不斷發展，在技術實現上已經不存在什么瓶頸，同時實現智能化監控所需的成本也已經大幅下降，從技術實現到成本支出都已在可控范圍內。在這種預期下，實現配電系統智能化的需求也越來越迫切。

2智能配電系統的實現

智能配電系統是以一次網架和設備為基礎，綜合利用計算機、信息及通信技術，并通過與相關應用系統的信息集成而組成的配電自動化系統[1-2]。利用計算機和通信技術實現對配電系統的監測、控制和管理，實現快速故障隔離，有效提高供電可靠性。

與傳統配電系統相比，智能配電系統通過增加信息采集設備和監控管理設備，實現對傳統配電系統主要設備信息的采集、顯示，并能夠利用采集到的信息進行匯總并分析處理，實時得到配電主要設備的工作狀態、運行狀態和故障狀態等信息，及時做出告警提示，實現信息之間的互聯互通，解決信息孤島問題；實現關鍵和敏感數據的自動保存和記錄，可以隨時查看過往信息，并進行有效監管；通過監控系統的維護管理，可以減少人力物力的投入，并且使信息的維護方便，同時也減少了維護成本；由于信息實現了實時采集，在設備出現故障時能夠實現實時告警，便于組織人員實時搶修，提高了維修效率。總而言之，智能配電系統可以很好地解決傳統配電系統存在的問題。在建設之初，智能配電系統由于需要實現信息采集和監控管理功能，需要增加一些設備，可能會增加一些投入，但后續的運行維護和系統升級，將會大大提高效率并節省成本。

智能配電系統的實現主要應該解決配電系統各部位信息采集、信息傳輸和信息匯總后的綜合分析處理和監控維護問題。本文設計的一種智能配電系統由配電系統設備、信息采集分系統、通信傳輸分系統和監控中心組成，如圖1所示。

監控中心是智能配電系統中的核心，配電系統的智能性主要在監控中心體現。同時，監控中心也是計算機相關技術，包括計算機控制技術、圖形化顯示技術和信息統計分析技術等得到充分應用的主要場所。信息采集分系統是實現配電系統智能性的關鍵所在，監控中心所有的統計分析計算都基于采集到的數據。而通信傳輸分系統則是通信技術應用的場所，也是監控中心與信息采集分系統之間連接的橋梁和紐帶。

2.1信息采集分系統

智能配電系統主要涉及配電站運行環境、電源狀態和雷電防護等方面的數據采集，首先要明確好采集設備與配電設備之間的控制接口和數據交互規約，按照約定的格式，定時或者按約定采集到關鍵數據并轉發出去。

配電站運行環境的信息采集主要包括溫濕度監測、空間火情監測、水位監測和SF6濃度監測。通過溫濕度傳感器接入采集溫濕度監測信息，通過煙感探測器的接入獲取空間火情監測信息；通過多路獨立水位傳感器接入獲取水位監測信息；通過多路SF6報警器接入獲取SF6監測信息。

電源狀態的信息采集主要包括照明電源、雙電源、UPS電源、饋線電流、母排溫度、DTU電源和變壓器溫度等相關信息的采集。通過光電壓互感器、光電流互感器等接入，實現電壓、電流、有功功率和無功功率等配電參數采集；通過剩余電流互感器接入，實現配電漏洞實時監測信息的采集。

雷電防護的信息采集主要包括泄漏微電流信號、雷擊次數、熱脫扣狀態和后備保護狀態等相關信息。

2.2通信傳輸分系統

通信傳輸分系統的主要任務是將前端信息采集分系統采集的信息及時傳送給系統監控中心。這部分涉及到計算機網絡和通信技術的應用，通信網絡的性能是影響配電系統智能化的重要因素。要實現計算機智能控制，首先要完成采集源到系統監控中心的信息傳輸。在數據傳輸方面，主要是利用無線和有線傳輸，其功能實現可以使用到幾種通信技術中的一種或者組合。

可用于配電系統中的通信技術主要有以太網無源光網絡技術、無線專網通信技術和配電線路載波通信技術。從通信的介質來劃分，分為有線和無線兩大類。

以太網無源光網絡技術（EPON），具有成本低、帶寬寬、擴展性強和兼容性好等優點，適用于智能配電系統的通信系統組網[3]。無線專網通信技術主要包括WiFi，ZigBee等。其中，WiFi具有組網簡單的優勢，并且不需要布線，方便工程實現。ZigBee是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率和低成本的雙向無線通信技術，適用于工業監控系統[4]。配電線載波通信技術主要是利用10 kV配電線路作為數據傳輸通道，采用FSK與FM技術進行調制，利用DSP數字信號處理技術和集成技術，實現數話同傳[5]。但是實現成本較高，相對而言不太適用。

具體在選擇通信系統時，需要通過對通信介質、通信技術的對比分析，結合通信系統的可靠性、實時性和安全性性能需求，從接入方式、承載模式和組網方式等方面，結合規模、成本和便利性等考慮，選擇適合配電系統智能化的通信系統。

考慮企事業單位的配電系統規模一般不大，數據通信量也不是很大，利用有線模式通過通信網關和利用無線專網通信的模式普遍使用較多。但考慮到配電系統所處的高壓環境較多，采用有線方式采集數據存在易受干擾和安裝不便的問題[6]，所以ZigBee無線通信的模式通常被用于智能配電系統中的通信傳輸。

2.3監控中心

監控中心主要實現對配電系統各主要組成設備工作狀態和運行狀態的監測、控制和管理任務。監控中心主要由多臺計算機/工作站、網絡交換機/路由器、服務器和打印機組成。服務器可以實現高速計算和數據保存，并且可以通過局域網、動態IP廣域網、GPRS無線廣域網和VPN虛擬專網等聯網方式，與其他智能配電系統或控制中心進行信息交互。

配電系統中的智能控制主要是指通過對配電系統各組成部分實現信息的自動采集，并將采集的信息通過通信設備傳輸到系統監控中心，然后進行統計分析和顯示，進而使其能夠實現系統運行狀態的各種自動檢測以及設備遠端遙控等方面的功能。對于計算機技術在配電系統當中的應用來說，其主要體現在信息的自動采集、分析判斷、存儲、顯示、告警及智能控制等方面。

在配電系統的智能控制過程中，核心內容主要根據計算機作為基礎的智能核心控制系統，另外還包括與信息采集以及傳輸等方面系統，同時也包括數據的處理系統以及輸出系統等方面的內容。在智能配電系統的監控中心，不僅能夠更好地實現采集數據的分析處理顯示，也能夠利用原始記錄的積累，以及相關的統計分析算法，對配電網運行狀態以及負荷等方面的情況做出全面的檢測以及調控，從而有效保障配電系統高效穩定地運行。

監控管理功能是智能配電系統的核心功能，主要包括運行環境監測、電源狀態監測、雷電防護監測和系統維護管理等功能。其中涉及的計算機、信息和通信技術有數據采集、處理顯示、自動報警、智能控制、人機交互和遠程通信等，主要功能示意如圖2所示。

系統維護管理功能主要包括人機交互管理、定時通知管理、遠程通信管理和短信報警管理等功能。系統的相關信息可以通過計算機網絡發送給遠程的更大系統監控中心，或者直接發送到相關負責人員的手機等設備。這樣即使監控人員不在現場，也可以在第一時間掌握重要的信息并及時進行處置。系統監控和維護管理軟件界面示意圖如圖3所示。

系統監控軟件對主要狀態的監測設計功能按鈕，用戶選擇不同的功能按鈕時，可以詳細地顯示連接設備的工作狀態參數。當通信分系統工作正常時“通信”指示燈顯示為綠色，有數據交換時綠色可以配置成閃爍顯示，當與下面采集設備連接異常時，顯示為紅色。報警指示燈的顯示分為紅色（報警）、黃色（異常）和綠色（無報警）3種狀態。當處于報警狀態時，指示燈下面的狀態條以紅色閃爍顯示，也可以發出聲音告警。

統計分析功能包括日報、周報、月報和年報等功能，并且可以提供用戶定制多種模板自行設計報表，統計分析結果可以打印輸出；聯控管理功能支持用戶自定義聯動控制機制，通過控制變量的全程選擇以及包括運算符、邏輯符和函數等的語義分析，形成強大的控制策略，完成任意系統之間的聯動控制，包括報警輸出模式、定時器模式、組合模式和命令模式等閉環控制方式，也支持手動遠程控制方式。

窗口下部的報警事件顯示區，顯示報警事件信息，一般包含報警日期、時刻、故障設備、報警類型和可能原因等內容。這部分以列表框形式顯示，可以顯示多條記錄，最新的記錄顯示在最上面。報警事件將會自動保存到計算機中，通過選擇“事件查詢”，可以查看歷史記錄，也可以打印輸出，便于對比。

窗口右側顯示的是各重要狀態的運行情況，默認顯示為綠色時表明設備運行正常，顯示紅色時，表示設備故障，顯示灰色時，表示設備沒有連接或不在線。這部分可以根據用戶配置選擇顯示不同的狀態和顏色，顯示的狀態數量和內容也可以根據實際需要增加。

3結束語

綜上所述，使用計算機控制技術和通信技術來實現配電系統的智能化應用，在技術上已經比較成熟可行。本文介紹了一種智能配電系統的設計方法和思路，在此基礎上，還可以進一步加強計算機智能控制技術、數據采集技術和大數據統計分析技術的研究，對配電系統和用電設備進行用能分析和能效管理，減少運維人員分析響應時間，實現快速故障分析、定位和排除問題，不斷提升配電系統的運行效率和故障預警能力。此外，還可以開發出智能配電系統監控軟件的手機APP應用，通過計算機網絡和移動4G/5G網絡，將應用拓展到手機上，更方便地監控管理，進一步提高智能化監控水平。

參考文獻

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