電力系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究

郭健勇

摘要：近年來(lái)社會(huì)用電需求的不斷增大，電力工程建設(shè)數(shù)量也逐漸增多。隨著深入推進(jìn)電力體制改革、建設(shè)能源互聯(lián)網(wǎng)、實(shí)施大數(shù)據(jù)創(chuàng)新應(yīng)用等國(guó)家戰(zhàn)略的推進(jìn)，計(jì)量傳統(tǒng)業(yè)務(wù)向新型業(yè)務(wù)拓展，營(yíng)銷業(yè)務(wù)向社會(huì)化全業(yè)務(wù)鏈延伸。跨專業(yè)協(xié)同持續(xù)深化，對(duì)電力系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的支撐能力提出新的要求。本文就電力系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)展開探討。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)監(jiān)控;數(shù)據(jù)采集;系統(tǒng)

引言

計(jì)算機(jī)的廣泛使用對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生了巨大的影響，它對(duì)于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)的遠(yuǎn)程控制能力較強(qiáng)，可以形成較為簡(jiǎn)單明了的圖像。電力監(jiān)控系統(tǒng)的研究基于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理能力，可以廣泛使用于各類電力企業(yè)，并成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本功能。隨著工業(yè)的發(fā)展，電力監(jiān)控系統(tǒng)以其越來(lái)越強(qiáng)的可靠性達(dá)到了電力企業(yè)發(fā)展的需要，未來(lái)發(fā)展對(duì)其提出了更高的要求。

1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)介紹

電力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用了三大主要模塊構(gòu)成，分別是服務(wù)器模塊和數(shù)據(jù)采集模塊以及數(shù)據(jù)傳輸模塊，這三大模塊相互配合在很大程度上優(yōu)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)也方便了整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的擴(kuò)展和裁剪有利于不同用戶的各種需求并將系統(tǒng)的性能發(fā)揮發(fā)哦最佳狀態(tài)。采集系統(tǒng)的開放性設(shè)計(jì)采用了符合目前國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求的系統(tǒng)平臺(tái)和商業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)，支持與系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)通信和相關(guān)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)并能及時(shí)向這些系統(tǒng)提供所需要的計(jì)量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)采用的分層式跨平臺(tái)式設(shè)計(jì)方式能夠根據(jù)電力系統(tǒng)的關(guān)口表和大用戶采取分別管理方式，實(shí)時(shí)采集的相關(guān)用電數(shù)據(jù)夜能夠直接錄入到系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，并建立與所有采集監(jiān)控點(diǎn)、計(jì)量點(diǎn)的數(shù)據(jù)的定義、采集、管理相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)這些數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系在實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理并為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)功能。

2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)的研究

2.1信息顯示

數(shù)據(jù)信息顯示是對(duì)檢索數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，并結(jié)合采集系統(tǒng)提供的原始數(shù)據(jù)顯示在屏幕上。在索引頁(yè)（或菜單）上允許操作人員運(yùn)用光標(biāo)定位技術(shù)顯示各種類型的同一系統(tǒng)，這樣的功能大大降低了時(shí)間和空間的限制，鍵盤標(biāo)識(shí)符和其他的媒體CRT顯示器可以有效顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。利用動(dòng)態(tài)模擬盤來(lái)收集信息，主要是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)內(nèi)部變化有分布模擬的顯示板上顯示模擬數(shù)據(jù)比較重要。

2.2數(shù)據(jù)采集服務(wù)

數(shù)據(jù)采集服務(wù)主要負(fù)責(zé)通訊前置、報(bào)文解析、數(shù)據(jù)人庫(kù)。在海量數(shù)據(jù)接入的情況下，高峰負(fù)荷期間，單臺(tái)采集前置需要處理的通訊報(bào)文數(shù)量可能是現(xiàn)在的幾十倍乃至上百倍，對(duì)采集前置的并發(fā)處理能力帶來(lái)巨大壓力。雖然當(dāng)前采集前置一般采用分布式架構(gòu)，但每個(gè)采集節(jié)點(diǎn)承擔(dān)了任務(wù)生成、邏輯控制以及數(shù)據(jù)入庫(kù)等多個(gè)業(yè)務(wù)，造成單個(gè)節(jié)點(diǎn)承擔(dān)的業(yè)務(wù)過(guò)于繁重，尤其是數(shù)據(jù)入庫(kù)效率更是限制了采集前置的線性擴(kuò)展能力。

2.3電力系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)

電力系統(tǒng)的監(jiān)督操作可以采用遠(yuǎn)程方法包括選擇發(fā)電廠或變電站的自動(dòng)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備選型和實(shí)現(xiàn)打開開關(guān)的選擇，要避免未選定設(shè)備的操作或不發(fā)送操作指令等錯(cuò)誤，這是在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的一個(gè)重要的監(jiān)控和設(shè)計(jì)步驟，實(shí)現(xiàn)高水平的安全性需求。

2.4主站應(yīng)用

主站應(yīng)用主要是實(shí)現(xiàn)采集業(yè)務(wù)流程管理以及基于采集數(shù)據(jù)開展的數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等相關(guān)應(yīng)用。主要存在的問(wèn)題是接口缺乏有效管理，加大采集系統(tǒng)負(fù)載壓力。采集系統(tǒng)為其他業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供大量的數(shù)據(jù)支撐，目前眾多接口采用的方式不盡相同，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)需求存在交叉，一對(duì)一方式的接口應(yīng)用導(dǎo)致接口開發(fā)重復(fù)無(wú)度，對(duì)采集系統(tǒng)本身造成了很大的接口服務(wù)壓力，影響采集系統(tǒng)對(duì)外提供數(shù)據(jù)。

3電力系統(tǒng)通信中數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)安全的防護(hù)措施

3.1建立新標(biāo)準(zhǔn)，改進(jìn)通信協(xié)議安全

為了建立通用的新型標(biāo)準(zhǔn)，從而真正保障好通信協(xié)議的安全性。可以著重從以下兩個(gè)方面進(jìn)行。其一，在國(guó)家智能化電網(wǎng)的建設(shè)和改造過(guò)程中，將舊的CDT規(guī)約使用新一代通信協(xié)議IEC60870-5-101/104和IEC61850規(guī)約來(lái)代替，同時(shí)也可以有效避免使用CDT規(guī)約而導(dǎo)致的一些安全問(wèn)題。另一方面，通過(guò)建立專門的IEC62351建議標(biāo)準(zhǔn)對(duì)IEC60870-5-101/104和IEC61850通信規(guī)約的安全性進(jìn)行防護(hù)：首先，如果事先就知道將使用的通信規(guī)約存在安全風(fēng)險(xiǎn)，則安全套接層就應(yīng)該選擇TLS1.0及以上版本，而不選擇SSL1.0或2.0，以增強(qiáng)通信規(guī)約的安全性。其次，嚴(yán)禁杜絕直接使用未加密的密碼套件。再次，為了使輕載網(wǎng)絡(luò)不會(huì)因長(zhǎng)期連接而喪失認(rèn)證，應(yīng)該以時(shí)間和分組數(shù)為基礎(chǔ)，使用透明的密鑰進(jìn)行通信規(guī)約再協(xié)商等等。

3.2用電數(shù)據(jù)采集設(shè)備的選擇

（1）變電站采集終端。變電站的采集終端應(yīng)用了單片機(jī)技術(shù)由開關(guān)電源、cPU電路、MODEM板、RS485接口電路和液晶顯示電路組成。開關(guān)電源要選擇輸入范圍在AC85V～265V之間的電源，輸出+5V和獨(dú)立的+12V。系統(tǒng)的核心部分是CPU，應(yīng)用了電量消耗少運(yùn)行順帶塊具有更高可靠性的元器件，以確保數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算、處理、通信等功能的完成。通信采用規(guī)約庫(kù)中的設(shè)計(jì)模式符合國(guó)內(nèi)外主流規(guī)約。配有顯示器和鍵盤，可以方便的進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)置和數(shù)據(jù)查詢，系統(tǒng)可以設(shè)置密封防止非法用戶操作使用。（2）大用戶采集終端功能。防竊電功能：采集系統(tǒng)的終端電壓為85伏-265伏，無(wú)論是高壓還是低壓用戶均能夠使用電壓作為拆表的電源，設(shè)備的通訊天線設(shè)置在電器儀表箱內(nèi)，其他超標(biāo)設(shè)備也設(shè)置在其中并且可以增加鉛封封鎖電表和超表器，從而可以有效的防止人為破壞和更改電表實(shí)現(xiàn)抄表和防止竊電功能同時(shí)實(shí)現(xiàn)。PT斷相檢測(cè)和終端檢測(cè)電表的三相PT，如有缺失抄表終端會(huì)在10秒內(nèi)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，這一功能也可以有效的防止非法操作PT。電子表電流平衡度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隨著在電流平衡度出現(xiàn)波動(dòng)低于警戒值也可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)，為了避免用戶臨時(shí)停車造成的負(fù)荷降低而產(chǎn)生的誤報(bào)警，系統(tǒng)可設(shè)置最小電流，當(dāng)用戶電流低于該設(shè)定值時(shí)可以不發(fā)出報(bào)警信號(hào)。這一功能僅僅適用于電子表，能夠確保不會(huì)發(fā)生非法操作。系統(tǒng)設(shè)置的高負(fù)荷、低負(fù)荷報(bào)警對(duì)于負(fù)荷穩(wěn)定的用戶也可以設(shè)置一個(gè)最低和最高負(fù)荷，當(dāng)負(fù)荷低于低值或高于高值時(shí)就可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)。線路損失分析將線路上各分路上的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯總到主站和變電站采集的數(shù)據(jù)一起由主站軟件形成分析報(bào)告和線路損失統(tǒng)計(jì)指標(biāo)報(bào)表。

3.3提升信息技術(shù)安全，規(guī)范人員及操作

控制中心安全的維護(hù)，首先應(yīng)該全面提升信息技術(shù)的安全性：通過(guò)防火墻，保護(hù)控制中心免受攻擊;通過(guò)虛擬專用網(wǎng)（VPN），實(shí)現(xiàn)公共信道上數(shù)據(jù)的可信傳遞;通過(guò)安全服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)局域網(wǎng)資源的管理和控制等等。其次應(yīng)該嚴(yán)格管理配置端口、帶鑰匙的鎖和支持程序的使用，從而保證只有通過(guò)授權(quán)的設(shè)備和用戶才能使用端口。最后，控制中心安全的維護(hù)，還應(yīng)該通過(guò)制定相應(yīng)的政策及法律法規(guī)，嚴(yán)格規(guī)范信息技術(shù)人員的行為和操作。并且通過(guò)管理和培訓(xùn)，提升信息技術(shù)人員的安全意識(shí)，明確每個(gè)人的職責(zé)，最大程度地降低人為風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著電力系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的全面建設(shè)，提升系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)處理及分析性能，實(shí)現(xiàn)采集網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)智能感知，是電力系統(tǒng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)。電力監(jiān)控采集系統(tǒng)憑借自身優(yōu)勢(shì)，融合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，能很好的滿足電氣企業(yè)發(fā)展和使用需求。