淺談遠端電力監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

摘 要：近年來國內(nèi)開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)達到十分先進的水平，但是監(jiān)控工作往往受到時間、地點或人為等因素的限制，導(dǎo)致缺乏時效，更錯失系統(tǒng)發(fā)生錯誤或故障時第一時間處理的先機。本研究將在傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)下，導(dǎo)入電力能源管理與網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的觀念，發(fā)展電力監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)是結(jié)合多功能電表、個人電腦及網(wǎng)絡(luò)遠端控制器的智能型電力監(jiān)控系統(tǒng)，能夠使電力監(jiān)控系統(tǒng)可借助網(wǎng)絡(luò)的便利性而推廣應(yīng)用，增加使用的方便與減少維護成本。

關(guān)鍵詞：遠端；電力；監(jiān)控系統(tǒng)；開發(fā)

1 前言

一般的電力監(jiān)控系統(tǒng)主要是結(jié)合電腦、攝像頭、控制等技術(shù)，完成用電情況的監(jiān)測、分析用電設(shè)備的運轉(zhuǎn)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(jù)及時且精確的資料做適當(dāng)?shù)奶幚韯幼鳎?jié)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(shè)備的運轉(zhuǎn)品質(zhì)，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性與節(jié)省電費支出的效果。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)近年來發(fā)展迅速，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境也從以前單一的封閉環(huán)境發(fā)展成為開放式的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，監(jiān)控系統(tǒng)也由區(qū)域網(wǎng)絡(luò)封閉式的機房，進而發(fā)展為可同時在不同地點進行網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，甚至不同形態(tài)的設(shè)備狀態(tài)都可以通過網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)控。本研究預(yù)期運用通用網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的界面方式作為本系統(tǒng)的使用者界面，可預(yù)期本系統(tǒng)可將用電設(shè)備的用電狀態(tài)借助網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控來了解，并具有無所比擬的優(yōu)勢。

2 遠端電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟硬件架構(gòu)

目前在個人電腦使用中最為普遍的操作系統(tǒng)不外乎是微軟的視窗系統(tǒng)。相對于其他操作系統(tǒng)，視窗系統(tǒng)具有較多的應(yīng)用軟件和通訊界面的支援，并且在視窗操作系統(tǒng)中，開發(fā)圖形界面的軟件應(yīng)用較為簡便，可以縮短產(chǎn)品開發(fā)時間，增加市場競爭力，所以本研究開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)電力監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)期將以視窗系統(tǒng)作為操作平臺。并通過VB程序語言開發(fā)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(shù)或設(shè)備狀態(tài)，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(tǒng)設(shè)計是以市場導(dǎo)向為設(shè)計上的考量，利用智能型多功能電表監(jiān)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(shù)等用電數(shù)據(jù)傳回主機并存入資料庫；對于用電設(shè)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(tǒng)可裝備256臺遠端的控制器，每臺控制器可以對多臺機械設(shè)備做個別的狀態(tài)讀取。

對于人機圖控軟件規(guī)劃，則利用資料收集系統(tǒng)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(yù)測、斜坡等電力品質(zhì)分析，而最高需量分析的資料可用來計算并預(yù)期最佳合同容量。短期負載預(yù)測結(jié)果輸出則可以配合該時段簽訂的合同容量，當(dāng)作需量控制的輸入?yún)?shù)，對可以控制的用電設(shè)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(shù)，如量測三相電壓、電流有效數(shù)值及提供總功率、功率因數(shù)、總瓦時數(shù)、頻率等參數(shù)，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(shè)計基礎(chǔ)，基本功能都可量測超過200種以上的電力參數(shù)，并可以做狀態(tài)偵測及控制輸出。在電力參數(shù)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(tǒng)；電表本身可以做狀態(tài)偵測及輸出控制使用。數(shù)字輸入點可偵測斷路器或接地故障等狀態(tài)，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(zhí)行特殊功能。輸出模塊也可以配合電表內(nèi)的Real Time Clock，可以做計時控制、事件記錄、趨勢記錄等有關(guān)時間方面的工作。一般使用者則可以在電表面盤上讀取設(shè)備用電的電力參數(shù)，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(yè)上普遍使用的MOD-BUS通訊協(xié)定，也課余可編程控制器等整合于統(tǒng)一系統(tǒng)之內(nèi)。

紫銅整體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)必須相當(dāng)明確，每一個系統(tǒng)中的組成也必須能夠相互配合，這樣才能夠?qū)⑾到y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)效能發(fā)揮到極致，并且達到能夠多工多人監(jiān)控的目的。遠端電力監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)也就是應(yīng)用分散式系統(tǒng)的架構(gòu)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(yīng)，因而在開發(fā)新系統(tǒng)時應(yīng)減少系統(tǒng)復(fù)雜度，并將資料庫與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器分開。

3 系統(tǒng)應(yīng)用與討論

本文所開發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)中包含有資料收集、電能分析模塊、遠端網(wǎng)絡(luò)連線模塊等，電力監(jiān)控系統(tǒng)中包含了最佳合同容量分析計算、短期負載預(yù)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(gòu)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(jié)構(gòu)。對于短期負載部分將采用目前大部分研究采用的類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析的方法。因而，進入監(jiān)控系統(tǒng)界面，即可經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用方面。

一是功率因數(shù)控制追蹤及設(shè)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(shù)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(shù)調(diào)整費的目的是為了提高電力設(shè)備及線路利用率，本系統(tǒng)可以周期性的追蹤使用電力功率因數(shù)的變化，并借助功率因數(shù)上下限的設(shè)定來決定投入電容的數(shù)目，以提升功率因數(shù)。二是提供電能監(jiān)控系統(tǒng)資料庫。資料庫及儲存資料的倉庫，然而當(dāng)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(nèi)必須有一個以上的資料表，資料表內(nèi)必須設(shè)定欄位，每個欄位必須設(shè)定儲存的資料形態(tài)，因而統(tǒng)一資料表的每筆資料必然有可比較的特性。為了應(yīng)對長時間應(yīng)用電力負載與節(jié)能控制系統(tǒng)，系統(tǒng)中建立了類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)程序，使用者可以定期利用歷史負載資料來加以培訓(xùn)學(xué)習(xí)，確保系統(tǒng)在環(huán)境的不斷變化下，負載數(shù)據(jù)依然能夠具有較高度的準(zhǔn)確率。

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