基于PI實(shí)時數(shù)據(jù)庫的配電數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)

伊 旭，王 佑，趙 卓，陳 莉，金 明，邱凌劍

（溫州電力局，浙江 溫州 325000）

0 引言

SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)即數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)，是以計算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)，可以對運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報警等功能。在電力系統(tǒng)中，SCADA系統(tǒng)的應(yīng)用最為廣泛，技術(shù)發(fā)展也最為成熟，作為能量管理系統(tǒng)（EMS系統(tǒng)）的一個最主要的子系統(tǒng)，具有信息完整、提高效率、正確掌握系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、加快決策、能幫助快速診斷系統(tǒng)故障狀態(tài)等優(yōu)勢，已經(jīng)成為電力調(diào)度不可缺少的工具。

自2005年以來，溫州電力局開展了SCADA系統(tǒng)和PI實(shí)時數(shù)據(jù)庫的集成應(yīng)用工作。目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了將SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集到PI實(shí)時數(shù)據(jù)庫中，通過PI系統(tǒng)的ProcessBook，DataLink等圖形和報表工具，進(jìn)行業(yè)務(wù)分析和展現(xiàn)共享。

隨著城市配電網(wǎng)的迅速發(fā)展和電纜化率的提高，配電站（所）的供電模式將被大量采用。而對配電站（所）的管理除了日常巡視以外，基本沒有相應(yīng)的在線監(jiān)控手段。周期性的檢修工作增加了大量的人力負(fù)擔(dān)，日常巡視也存在巡視不到位的問題。因此需要一套配電數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測系統(tǒng)，把來自開閉所、配電室、環(huán)網(wǎng)柜、分支箱的各類監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集，統(tǒng)一監(jiān)視，自動告警，自動分析，以滿足配電工區(qū)的業(yè)務(wù)需求，也符合國家電網(wǎng)公司大力發(fā)展智能配電網(wǎng)的戰(zhàn)略要求。

1 系統(tǒng)定義

1.1 PI實(shí)時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的測點(diǎn)對象

（1）采集配電站（所）的電力運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對配電網(wǎng)運(yùn)行的在線監(jiān)視。需要采集三相交流電壓、電流、開關(guān)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)電壓、電流、零序電壓、零序電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率的測量，諧波分量、三相不平衡度的分析計算等。

（2）采集配電站（所）的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括SF6開關(guān)的氣體壓力、泄漏監(jiān)測、油開關(guān)的油位、UPS狀態(tài)等，逐步實(shí)現(xiàn)配電站（所）電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)檢修。

（3）采集配電站（所）的運(yùn)行環(huán)境數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動控制。

（4）建立智能防盜報警系統(tǒng)，將配電站（所）發(fā)生的盜竊行為在第一時間通知相應(yīng)人員。

（5）根據(jù)采集的電流大小及設(shè)備定值，快速計算故障電流并進(jìn)行比較，將故障信息及性質(zhì)自動上報主站，以便進(jìn)行故障隔離。

（6）定值遠(yuǎn)方或當(dāng)?shù)匦薷暮驼賳径ㄖ怠＝邮湛刂浦行幕蚺潆娊K端顯示裝置的指定修改定值，隨時召喚環(huán)網(wǎng)柜終端（DTU）的當(dāng)前整定值，具有參數(shù)設(shè)定、工況顯示、系統(tǒng)診斷等維護(hù)功能。

1.2 終端功能要求

（1）具備通信功能：提供RS485，RS232以及以太網(wǎng)等多種通信方式及多種標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議，支持IEC 101，IEC 104，CDT等規(guī)約。

（2）支持當(dāng)?shù)丶斑h(yuǎn)方操作維護(hù)功能，可進(jìn)行參數(shù)、定值的當(dāng)?shù)丶斑h(yuǎn)方修改整定，具備自檢、自復(fù)位功能。

（3）配置后備電源，具備后備電源管理功能。

（4）具備雙位置遙信處理功能。

（5）具備數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)發(fā)功能。

（6）具備對時功能，接收主（子）站或其它時間同步裝置的對時命令，與系統(tǒng)時鐘保持同步。

（7）終端快速瞬變干擾試驗(yàn)、高頻干擾試驗(yàn)，輻射電磁場干擾試驗(yàn)、沖擊電壓試驗(yàn)和絕緣試驗(yàn)符合GB/T 17626系列標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（8）性能指標(biāo)滿足《配電自動化技術(shù)導(dǎo)則》及《配電自動化試點(diǎn)建設(shè)與改造技術(shù)原則》的要求。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)

PI實(shí)時數(shù)據(jù)庫一直是被動建立測點(diǎn)，所有測點(diǎn)來自實(shí)時數(shù)據(jù)源，設(shè)備隨意重命名造成了數(shù)據(jù)的不連續(xù)和PI應(yīng)用的被動。新的配電SCADA系統(tǒng)應(yīng)該集設(shè)備維護(hù)、通道維護(hù)、量測信息維護(hù)于一體，將相應(yīng)的設(shè)備變更信息通過設(shè)備異動流程貫徹到PI數(shù)據(jù)庫的測點(diǎn)建立和更新全過程。

2.2 通用數(shù)據(jù)采集裝置

按照項(xiàng)目的設(shè)計要求，配電站（所）需要接入多種設(shè)備和智能裝置，如溫/濕度傳感器、煙感報警器、智能巡檢控制器、防盜報警器、SF6檢測傳感器、FTU/DTU設(shè)備。設(shè)備接口眾多復(fù)雜，如何設(shè)計一套具有充分?jǐn)U展能力、靈活配置，可靠性高、性價比好的數(shù)據(jù)采集和通信管理裝置，是實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目的首要條件。

2.3 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集平臺

（1）統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺以統(tǒng)一的配電網(wǎng)設(shè)備模型為核心，在電網(wǎng)模型服務(wù)平臺統(tǒng)一維護(hù)，定義需要采集的配電設(shè)備、測點(diǎn)模型信息、通道方式和通信設(shè)置參數(shù)。

（2）統(tǒng)一數(shù)據(jù)采集平臺的核心是面向?qū)ο蟮呐潆娋W(wǎng)準(zhǔn)實(shí)時數(shù)據(jù)庫，而常規(guī)的面向測點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫已無法滿足配電網(wǎng)采集對象類型眾多、測點(diǎn)數(shù)據(jù)海量的需求，采用面向設(shè)備對象的數(shù)據(jù)庫是將一個設(shè)備對象的相關(guān)數(shù)據(jù)組織在一條數(shù)據(jù)庫記錄中，通過對應(yīng)的測點(diǎn)模型來解析具體數(shù)據(jù)的實(shí)際含義。數(shù)據(jù)庫的對象繼承電網(wǎng)模型服務(wù)平臺中的設(shè)備模型，與設(shè)備模型構(gòu)成直接的關(guān)聯(lián)，通過統(tǒng)一接口訪問模型，為應(yīng)用系統(tǒng)提供訪問服務(wù)。

（3）統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集/接口服務(wù)系統(tǒng)需要采集的設(shè)備對象、通道方式、通信參數(shù)同樣繼承電網(wǎng)模型服務(wù)平臺的設(shè)備模型，采集的數(shù)據(jù)通過相同的設(shè)備ID與配電網(wǎng)實(shí)時數(shù)據(jù)庫建立對應(yīng)關(guān)系。

（4）配電網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)時數(shù)據(jù)統(tǒng)一從配電網(wǎng)準(zhǔn)實(shí)時數(shù)據(jù)庫取得，一方面保證接口方式的一致性，以設(shè)備對象的方式提供對準(zhǔn)實(shí)時數(shù)據(jù)的引用和訪問，另一方面可充分保證應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)時性的要求。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

配電數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系統(tǒng)由三部分組成：站端數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和主站監(jiān)控報警系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

配電站（所）端的RSU是管理站（所）內(nèi)所有相連設(shè)備的服務(wù)單元，所有消防、防盜、門禁等設(shè)備的數(shù)據(jù)采集，信息轉(zhuǎn)換、處理、編碼、發(fā)送，接收控制信號實(shí)現(xiàn)對站內(nèi)所有控制對象的操作。系統(tǒng)服務(wù)器用于開關(guān)站端的通信處理和設(shè)備控制，提供系統(tǒng)用戶、權(quán)限、數(shù)據(jù)、圖形等的管理功能，同時又是主站智能值班與報警系統(tǒng)服務(wù)器，對系統(tǒng)監(jiān)視的報警對象提供報警處理服務(wù)，將開關(guān)站的異常報警自動、及時地通知相關(guān)部門和人員。系統(tǒng)服務(wù)器還兼作Web發(fā)布服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)開關(guān)站管理信息的共享和與其它應(yīng)用系統(tǒng)的集成。配電站（所）端的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 配電數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 配電站（所）端RSU系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 系統(tǒng)功能

（1）通過PI ProcessBook工具，繪制配電站（所）的一次接線圖，顯示當(dāng)前電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。

（2）通過PI DataLink報表或第三方報表工具，進(jìn)行電網(wǎng)運(yùn)行分析。

（3）通過PI集成應(yīng)用發(fā)布平臺或PI Rtportl組件，對所有監(jiān)視畫面和分析報表進(jìn)行綜合展示。

（4）實(shí)現(xiàn)本地控制功能，包括布防、撤防功能和設(shè)備閉環(huán)控制等。

（5）實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備、開關(guān)站相關(guān)設(shè)備及聲光報警設(shè)備等的遠(yuǎn)程控制功能，并可事先確定布防/撤防策略，由系統(tǒng)按制定策略自動進(jìn)行布防/撤防。

（6）實(shí)現(xiàn)報警管理。

5 結(jié)語

實(shí)施配電站（所）運(yùn)行智能監(jiān)控系統(tǒng)，具有以下的意義：

（1）通過對配電站（所）的在線監(jiān)測，及時了解配電站（所）的運(yùn)行環(huán)境和設(shè)備狀態(tài)等重要信息，對運(yùn)行中的異常現(xiàn)象或故障能自動上報，及時處理，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，及時消滅事故隱患，同時提高工作效率。

（2）進(jìn)一步提升配電網(wǎng)管理水平，加強(qiáng)電力設(shè)施的安全防范工作，提高配電網(wǎng)運(yùn)行的安全水平，提高供電可靠性，進(jìn)一步推動配電網(wǎng)管理逐步向智能化、自動化、綜合化、集中化的方向發(fā)展。

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