淺談遠端電力監控系統的開發

摘 要：近年來國內開發的監控系統已經達到十分先進的水平，但是監控工作往往受到時間、地點或人為等因素的限制，導致缺乏時效，更錯失系統發生錯誤或故障時第一時間處理的先機。本研究將在傳統的監控系統架構下，導入電力能源管理與網絡監控的觀念，發展電力監控系統。該系統是結合多功能電表、個人電腦及網絡遠端控制器的智能型電力監控系統，能夠使電力監控系統可借助網絡的便利性而推廣應用，增加使用的方便與減少維護成本。

關鍵詞：遠端；電力；監控系統；開發

1 前言

一般的電力監控系統主要是結合電腦、攝像頭、控制等技術，完成用電情況的監測、分析用電設備的運轉維護、控制、保護等功能。借助自身高度自動化的運作，可以依據及時且精確的資料做適當的處理動作，節省不必要的電力損失及減少人力維護成本，進而提升用電設備的運轉品質，增加系統穩定性與節省電費支出的效果。

網絡技術近年來發展迅速，網絡環境也從以前單一的封閉環境發展成為開放式的網絡環境，監控系統也由區域網絡封閉式的機房，進而發展為可同時在不同地點進行網絡監控，甚至不同形態的設備狀態都可以通過網絡進行監控。本研究預期運用通用網絡瀏覽器的界面方式作為本系統的使用者界面，可預期本系統可將用電設備的用電狀態借助網絡監控來了解，并具有無所比擬的優勢。

2 遠端電力監控系統的軟硬件架構

目前在個人電腦使用中最為普遍的操作系統不外乎是微軟的視窗系統。相對于其他操作系統，視窗系統具有較多的應用軟件和通訊界面的支援，并且在視窗操作系統中，開發圖形界面的軟件應用較為簡便，可以縮短產品開發時間，增加市場競爭力，所以本研究開發的網絡電力監控系統預期將以視窗系統作為操作平臺。并通過VB程序語言開發人機界面來連接控制主機，通過RS-485通訊界面對多功能電表及控制器讀取用電參數或設備狀態，將其存入后端電腦資料庫，作為電力資料分析的來源。

本研究的系統設計是以市場導向為設計上的考量，利用智能型多功能電表監測用電情形，并將整形多功能電表裝置加入用戶的各電源接口，利用RS-485通訊界面將三相電壓均方根值、電流均方根值、實功率、需功率、功率因數等用電數據傳回主機并存入資料庫；對于用電設備的諧波分析功能，則將通過主機讀取電壓、電流等波形進行分析。需量控制方面也是通過RS-485界面，理論上，系統可裝備256臺遠端的控制器，每臺控制器可以對多臺機械設備做個別的狀態讀取。

對于人機圖控軟件規劃，則利用資料收集系統隨時將用電資料由電表讀出并寫入資料庫，另外使用者可以通過手動輸入或修改每月用電最高需量及電價。其中，電表讀取的資料可以用來做短期負載預測、斜坡等電力品質分析，而最高需量分析的資料可用來計算并預期最佳合同容量。短期負載預測結果輸出則可以配合該時段簽訂的合同容量，當作需量控制的輸入參數，對可以控制的用電設備進行用電排程控制。

本研究中使用的多功能電表須具有量測各種電力參數，如量測三相電壓、電流有效數值及提供總功率、功率因數、總瓦時數、頻率等參數，并同時具有對外通信的界面。目前比較普遍型的智能型電表都是以工廠或是建筑大樓用電的自動化為設計基礎，基本功能都可量測超過200種以上的電力參數，并可以做狀態偵測及控制輸出。在電力參數量測的部分，可以連接至單相、三相三線式或是三相四線式的系統；電表本身可以做狀態偵測及輸出控制使用。數字輸入點可偵測斷路器或接地故障等狀態，并可以警報輸出及進行最高需量控制等工作，使用者也可以選擇加裝類比輸出或輸入模塊以執行特殊功能。輸出模塊也可以配合電表內的Real Time Clock，可以做計時控制、事件記錄、趨勢記錄等有關時間方面的工作。一般使用者則可以在電表面盤上讀取設備用電的電力參數，也可以通過通訊界面，由個人電腦讀取，其通訊界面為RS-485或RS-232，或者采用一般工業上普遍使用的MOD-BUS通訊協定，也課余可編程控制器等整合于統一系統之內。

紫銅整體的網絡結構必須相當明確，每一個系統中的組成也必須能夠相互配合，這樣才能夠將系統的網絡效能發揮到極致，并且達到能夠多工多人監控的目的。遠端電力監控系統架構也就是應用分散式系統的架構概念，每項工作均由不同電腦分開處理。Web Server本身僅控制基本客戶端請求與回應，因而在開發新系統時應減少系統復雜度，并將資料庫與網絡服務器分開。

3 系統應用與討論

本文所開發的監控系統中包含有資料收集、電能分析模塊、遠端網絡連線模塊等，電力監控系統中包含了最佳合同容量分析計算、短期負載預測、諧波分析與負載管理等。資料收集模塊包含了電腦通訊、資料庫架構與分析等等，在最佳合同容量計算部分則采用電力公司高壓電力時間電價結構。對于短期負載部分將采用目前大部分研究采用的類神經網絡分析的方法。因而，進入監控系統界面，即可經由網絡讀取所有電力使用的信息，包括電壓、電流、功率因素、有效功率、無效功率及有效能量等。具體來看，包括如下應用方面。

一是功率因數控制追蹤及設定。對于時間電價用戶而言，基本電費為電力公司的各時段合同容量的費用支出，即不同時段的合同千萬數乘以個別時段的合同電價綜合。超約附加費用戶在不同時段的用電最高需量超出合同容量部分的罰金計算為：超過合同容量10%以下部分以兩倍基本電費計算，超出合同容量10%以上部分則以三倍基本電費計算。功率因數調整費的目的是為了提高電力設備及線路利用率，本系統可以周期性的追蹤使用電力功率因數的變化，并借助功率因數上下限的設定來決定投入電容的數目，以提升功率因數。二是提供電能監控系統資料庫。資料庫及儲存資料的倉庫，然而當資料過于龐雜時，則需要將資料分類再儲存，這也就是資料表。資料庫內必須有一個以上的資料表，資料表內必須設定欄位，每個欄位必須設定儲存的資料形態，因而統一資料表的每筆資料必然有可比較的特性。為了應對長時間應用電力負載與節能控制系統，系統中建立了類神經網絡培訓程序，使用者可以定期利用歷史負載資料來加以培訓學習，確保系統在環境的不斷變化下，負載數據依然能夠具有較高度的準確率。

參考文獻

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