供變電監測與控制系統統一數據接口的研究

朱江

摘要：隨著人類社會經濟和技術的不斷發展，電力在人的生產和生活中的作用日益突出，可靠、安全、高效是電力客戶對供電部門的基本需求。為了實現這一目標，電力部門在配電網的調度自動化、電量集抄、負荷控制、配變監測、電能質量電壓監測等方面進行了了大規模的信息化和自動化改造，供電水平得到了大幅提升。但是由于各個系統獨立運行和使用歸屬不同的業務部門，不同系統由于設計目標和運行要求的不同，導致系統之間數據無法互聯互通，出現信息孤島，且系統之間接口實現復雜，存在數據存儲冗余，造成大量的人、財、物的浪費。按照對配電網信息統一采集、統一存儲和統一利用的原則，搭建一個基于實時數據庫的中低壓配電網統一數據采集與監控系統，是未來配電網信息采集處理的必然方向。

關鍵詞：配電網信息；統一采集；自動計算；智能配電臺區

1 實施配電網信息統一數據采集的意義

配電網信息統一數據采集系統對配電網信息資源進行科學、有效的整合，實現了配電信息的全覆蓋，配電網運行管理人員可以全面及時地掌握配電網絡實時運行信息。配電網信息統一數據采集系統實現了配電臺區的信息化、自動化、互動化功能，實現了配電臺區全方位監控、全方位管理。配電網信息統一數據采集系統為未來實現臺區內用戶用電信息實時跟蹤分析、滿足需求側響應創造了條件。配電網信息統一數據采集系統符合統一化管理的要求，可以為電力企業節約大量的管理成本。

2研究目標

結合縣級調度自動化、配電自動化、智能配電臺區監控、用電信息采集等系統的對配電網實時準實時電網數據的需要，按照統一采集、統一存儲、統一利用的原則，設計一個符合縣局實際情況的統一數據采集實施方案，搭建一個覆蓋縣域配電網的統一數據采集平臺，通過智能采集終端、通信傳輸網絡、數據采集主站組成一套完整的縣級配電網信息統一數據采集系統，為各個業務系統提供規范、標準的基礎數據。

3 系統架構設計

3.1 系統的建設目標

配電網統一數據采集平臺的基本功能即數據的獲取。電網運行數據所需要的類型在長期實踐中已有了很好的總結，作為配電網企業，需要根據配電網的特點選取必要的、感興趣的數據作為獲取對象，一般來說包括必須采集的數據和可選擇采集的數據。必須采集的數據反映了電網的實時運行狀況和電力企業的營銷情況，應包括電壓、電流、有功和尢功功率、功率因數、系統頻率、開關分合鬧情況、有功和無功電量等；可選擇采集的數據包括電力設備的在線監測數據采集和其他數據。對電力設備進行在線監測可以有效提高電網運行可靠性和設備使用壽命。配網設備相比主網設備容量小、結構簡單，需要檢測的量不是特別多，也有與主網不同的關注點，需要深入研究。采集系統對于獲取的數據進行適當的處理和組織，存放于實時數據庫中，提供標準接口和一定的安全措施。

3.2 系統功能設計

利用生數據倉庫內的第一手數據，可以對系統運行的整體工況有一個全面的了解，相比于之前需要人員親自到現場查看柱上開關狀態，上桿、上戶抄表的情況，大大地提高了數據的及時性和準確性，節省了時間成本。對于電源點追蹤、接線分析、解合環潮流、區域潮流負荷分析、配電線路設備操作預演等工作有很大幫助。狀態檢測的信息反應線路和設備的實時工作情況，對其進行進一步分析的結果有利于生產、計劃基建等部門對于線路和設備工作狀態和壽命作山較準確的評估，為維修、更換、升級等工作打下基礎。生產技術管理系統可以直接從生數據倉庫內訪問所需的數據，如線路、用戶無功的變化情況，統計電壓、無功合格率。發生停電故障時能夠及時記錄停電區域，停電范同，停電時間，對電壓、頻率、有功、尢功的變化情況實時記錄。根據設備的在線情況制定檢修計劃，統計實際線損與理論線損做比較等。統計各公變臺區、專變用戶負荷情況，統計設備損壞率，發現供電瓶頸環節和電網脆弱環節，改進電網設計，提高設備使用率。市場營銷管理系統實時獲得各專變、臺區用戶的用電量情況，分析用電量變化情況，結合用戶反映進一步提高供電服務質量，并有利于做好負荷預測的工作。

3.3高級應用

更進一步的，可以對生數據庫內的數據進行加工分析，以供高級利用，但應注意數據的處理應是從數據庫中拉山后在其他了系統的范圍內進行，不應有任何寫回、修改的操作。線損分析：在導入售電量信息后，可以周期性地對線路中、臺區內的實際線損情況作出全面計算，最小周期由采集單元和通信方式決定，至少應能達到計算出每日線損情況的程度，計算的結果直接生成報表或者與營銷子系統進行對接完成信息交換。系統還應具有提高供電可靠性的相應措施，實現的基礎是對相關指標進行分析，包括供電可靠率、用戶平均停電時間、系統平均停電次數、平均停電用戶數、停電平均持續時問等指標。在生數據的基礎上自動對這些指標進行分析并生成報表，根據結果對系統的運行方式或網架結構進行調整，在未來的應用中與調配一體化系統進行尢縫對結，實現遠方恢復供電區域或者隔離故障區段。利用數據庫內的生數據可以進行電能質量的分析，分析指標包括電壓偏差、頻率偏差、公用電網諧波、功率因數、三相電壓不平衡度、電壓波動和閃變、暫時過電壓和瞬態過電壓等，根據現有的數據對這些指標進行計算，生成相應的報表以供查詢分析，作為提高供電質量的依據。

3.4系統的設計

配電網統一數據采集平臺系統建設按照統一采集、統一存儲、統一利用的指導思想，采用先進的標準，以整體性、實用性為主，兼顧可擴充性原則進行設計。標準的先進性：配電網數據統一采集系統實施的最大障礙就是標準不統一，系統最大的亮點就是標準統一，所以一定要使用最先進的標準把不統一的數據按照統一的標準整合到系統中去。整體性：配電網數據統一采集系統設計的面廣，從數據采集角度講，采集了配電網運行過程中的全部數據，從應用角度講，為所有的電力應用系統提供數據支持，在系統設計過程中務必要整體考慮，全面平衡。實用性：根據各個應用系統需求山發，最大限度滿足業務上的各項功能要求，確保實用性。安全性：對系統軟件和應用軟件方面必須注意系統安全保密工作，設計安全網絡結構方式。升放性：系統內部標準，提供接口類型說明。高效性：能保證系統的采集、傳輸和應用具有快速、有效的運作效率，整個業務流程簡單易用。

4 硬件總體描述

4.1配電網線路架構

配電網結構復雜，涉及區域面廣，線路中有不同類型、不同廠家的各種監測、控制設備，使用不同的通信方式、不同的通信標準，即使在一個縣域范同內全面實施配電網數據統一采集系統也具有極大的困難，本次課題以眉縣上王變上公線作為試點，通過添加聯絡升關、完善線路監測控制卓元，配置對應的通信設備，為配電網數據統一采集系統創造了實施的硬件環境。

4.2項目實施目標

通過建立配電網數據統一采集平臺，對配電系統、用戶用電系統等不同自動化系統數據進行整合，對智能終端進行采集，實現以下配網各環節的監測、分析、應用，并按信息化管理的要求為管理層各應用了系統提供生產現場的各種基礎數據。采集系統需要對配電線路和臺區用戶的實時數據進行統一的采集，存儲和轉發，為其他具體應用提供數據支撐。主要包括：實現配網線路的遙測，遙信等數據的采集專變用戶的運行、實時監測數據實時采集公用變的運行、實時監測數據采集臺區低壓用戶的電能數據采集線路故障信息數據采集。

4.3平臺物理架構

配電網數據統一采集平臺主要硬件包括：數據庫服務器、數據采集工作站、服務器、維護工作站、打印機和網絡設備等。配電網數據統一采集平臺主站系統應實現如下功能：采集數據多協議支持，可接入圍內主流廠家的產品，完成數據采集系統所有智能終端的數據接入；采集數據原碼存儲、直接轉發功能；遙測、遙信、遙脈數據處理功能；實現柱上升關的遙控功能；變壓器在線狀態監測與報警功能；歷史數據存儲功能；基于線路情況查看和設備管理系統；簡單的數據顯示、查詢、報表功能，包括電能質量指標；線損率指標停電情況（統計具體到每一戶）電量信息（有功、無功）。

4.4 平臺采集數據對象

智能采集終端對配電變壓器、柱上開關、故障檢測器等電力設備提供數據采集、數據處理和遠方通信功能。智能終端對原始數據進行采集并進行初步的處理和分析，智能地選擇向主站發送數據和消息，降低主站服務器的需求負擔，同時也可以減少各智能終端節點問通信的擁堵狀況。智能終端應具有通信功能，包括遠程通信和本地通信兩部分，遠程通信指與變電站主站的通信以及智能終端之間的通信；本地通信指與智能終端配合工作的其他終端設備之間的通信，如集抄器、電能表等，或手持設備現場讀取數據。遠程通信應支持主動上傳和主站召喚上傳。通信協議必須滿足國家或行業相關標準，不接受企業私有標準協議。通信接口應采用標準化設計，要滿足采用不同通信方式的通信模塊可互換的要求。

4.5采集通信系統

4.5.1遠程通信

低壓臺區用戶的電能表數據通過低壓載波傳輸，南5個集抄器進行集中處理；配變智能終端的數據通過GPR S/CD MA網絡進行上傳，要求終端內部具有CJPRSICDMA模塊；柱上開關智能終端應具有通用的通信接口，根據裝設位置，可以進行光纖、中壓載波和無線微波通信；主站與縣調的數據通過現有的2.4GHz專網進行傳輸。

4.5.2本地通信

集抄器與公用變智能終端問通過RS-485總線進行數據通信；公用變計量裝置和公變智能終端通過RS-485總線進行數據通信。

4.5.3通信協議

通信協議的要求包含了通信標準、通信可靠性的要求。通信協議必須滿足國家或行業相關標準，原則上不接受企業私有標準協議。

4.6平臺實施方案

4.6.1數據采集方案

數據采集方案按照采集對象進行分類，配備智能終端或其他采集設備，智能終端應具有通信功能。（1）柱上開關包括2條分支線分段開關、1個第二電源聯絡開關、2個水電站出線開關，統一加裝智能終端進行采集。（2）專用變共24臺，每臺均配備一臺不帶計量功能的智能終端，一只電能表，電能數據通過RS-48s方式接入智能終端。（3）公用變共5臺，每臺均配備帶有計量功能的智能終端，計量數據用于內部考核。還應配備集抄器，集抄數據通過RS-485方式接入智能終端。初步計劃用威勝的配變監測計量終端替換臺區總表。（4）故障檢測器由生產運行單位根據實際情況在線路上加裝故障檢測設備，能夠及時發現線路的各類故障。每個故障檢測設備配備對應功能的智能終端，完成故障信息的遠程上傳。（5）臺區用戶信息低壓臺區客戶電能量需要具體到每一戶，共安裝載波三相表151只、載波單相表154只進行相關信息的采集，通過公變配備的集抄器進行匯總處理，由公變智能終端上傳。

4.6.2數據預處理

智能終端在向主站傳輸數據前應對采集到的數據進行預處理，篩選有用數據進行上傳。對于數據的處理應本著真實可信、準確、足量的原則進行，從優先級和可靠性兩個方面考慮。對數據按優先級排序如下：（1）開關量信息（當變位時）/故障指示器翻牌，信息開關量變位，意味著線路刀閘開關、變壓器分接頭等有動作，一般都反映了線路運行方式的較大變化，故障指示器翻牌也表明了線路出現了不正常狀況，需要中控室及時了解發生變化的刀閘位置，變位情況，無變位時開關量信息無需即時上傳；（2）開關變位后的錄波數據（如終端配備相應功能），帶有故障錄波功能的智能終端有利于事故原因的分析，當錄波功能啟動后，一方面智能單元應保存完整的錄波數據，一方面數據應及時上傳到主站，以便中控室第一時間了解故障情況；（3）電氣量數據（U，I，P，Q，f），當電壓、頻率等表征系統運行情況的數據在正常情況允許的范圍內波動時無需上傳，越限時應及時上傳主站，同時智能終端應記錄越限時問、越限參數的相關數據，當有過負荷時負荷數據應及時上傳；（4）電能數據根據對抄表間隔的要求進行，在一天一次的情況下智能終端應定時或在指定時問范圍內選擇信道不繁忙的情況進行；（5）弱直流監測信號數據（4-20mA）根據設備的工況做出正常、注意、警告、危險等程度不同的信息，當正常時數據不需要發送，只做記錄，當警告或危險時其數據優先級應與（1）變位信息一致。

5 結論

本文在配電網數據采集系統的基礎上，設計了采集信通的通信方案，組織實施了線路自動化設備完善、通信系統建設工作，開發了配電網統一數據采集系統主站軟件，對配電網統一數據采集系統進行全面的聯調。通過項日的實施可以得出以下結論：配電網統一數據采集系統的實施是完全可行的。配電網統一數據采集系統實現了饋路信息、配變信息、負荷信息、電量信息的全面采集，使用了光纖、無線擴頻、中壓載波、CJPRS等多種通信手段，統一采集了FTU/DTU，TTU、智能電表、集中器的各類信息，并按照IEC61968通信標準建立統一的數據庫總線，供其他應用系統使用。建立配電網統一數據采集系統的實施是十分必要的。現有的調度系統、負控系統、配變監測系統、低壓集抄系統、電能質量監測系統等應用系統自成體系，數據由于編碼、時間坐標的原因等等無法進行有效的互聯互通，而智能配電網需要的是一個綜合的全面的信息支撐，目前的應用系統都無法滿足智能配電網的數據需要，只有配電網統一數據采集系統是按照統一采集、統一存儲、統一應用指導思想開發的數據采集系統，可以為智能配電網系統提供全面、準確的數據支持。