電子廠房的電力監(jiān)控系統(tǒng)設計

王毅，歐麗

（世源科技工程有限公司，北京，100142）

0 引言

近幾年，電子廠房對電力資源供應系統(tǒng)的可靠性、安全性、連續(xù)性提出了更高的要求，電子廠房電力系統(tǒng)管理也邁入了信息化、集中化階段。根據(jù)電子廠房的生產(chǎn)管理要求，在廠房電力資源供應系統(tǒng)中設計、安裝電力監(jiān)控系統(tǒng)，已成為解決電力企業(yè)在電力系統(tǒng)平穩(wěn)應用方面的基本需求問題、擺脫窘迫境遇的必然舉措。

1 電子廠房的電力監(jiān)控系統(tǒng)設計項目

電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)項目主體為一個變電所，負責對變電所內(nèi)0.4kV、10.0kV配電系統(tǒng)中的電力能源進行管控。即在廠房監(jiān)控系統(tǒng)的輔助下，完成變電所運行管理以及對廠房物業(yè)、配電維護作業(yè)。電力能源配置模塊主要能源耗費回路測量任務的完成主要通過對照工礦企業(yè)、電力系統(tǒng)、公共設施、智能設備的電力能源監(jiān)控需求，進行以ACR系列多功能電能表為基本單元的網(wǎng)絡電力儀表的設計，需要具備有功功率、三相電壓、頻率、無功功率、電流、無功電度、功率因數(shù)、有功電度等常規(guī)電路參數(shù)測量功能。同時經(jīng)具有兩路光電隔離開關量的輸入節(jié)點，配合智能斷路器，實現(xiàn)斷路器的遙信操控。

2 電子廠房的電力監(jiān)控系統(tǒng)設計用技術

2.1 多線程采集技術

多線程數(shù)據(jù)采集技術主要是面向大量用戶，利用多線程機制進行數(shù)據(jù)實時采集，可提高系統(tǒng)資源利用率、執(zhí)行效率，彌補簡單輪詢法的應用缺陷。電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集層主要涉及了電力數(shù)據(jù)采集主線程、監(jiān)聽線程、數(shù)據(jù)采集線程三個線程。其中電力數(shù)據(jù)采集主線程主要是通過數(shù)據(jù)庫讀取電力黑匣子IP地址（Internet Protocol Address，網(wǎng)際協(xié)議地址）、序列號、端口等配置信息后存入內(nèi)存，同時創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集、監(jiān)聽線程，并將遠程開關控制、配置文件讀寫等定義在主線程內(nèi)；監(jiān)聽線程主要是根據(jù)電網(wǎng)IP地址資源緊缺導致的數(shù)據(jù)節(jié)點網(wǎng)絡地址不穩(wěn)現(xiàn)狀，以上位機、黑匣子間數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為主導，以黑匣子重啟時刻為本級序列號發(fā)送依據(jù)，直至接收到上位機確認信息為止；數(shù)據(jù)采集線程主要是遠程向電力黑匣子請求實時數(shù)據(jù)。即在定義最優(yōu)數(shù)據(jù)采集子線程力度的前提下，經(jīng)多線程管理器，將配置信息列表劃分為長度與采集力度一致的若干個子列表。逐次類推，直至完成對全部數(shù)據(jù)的一次性采集。

2.2 狀態(tài)診斷技術

電力狀態(tài)診斷技術主要是以輸電線路、變壓器等電力元器件故障實時診斷為目標，將電力系統(tǒng)的狀態(tài)劃分為檢查、正常、緊急、注意幾個等級，允許相應權限等級內(nèi)管理者對整體狀態(tài)進行監(jiān)測并查看系統(tǒng)具體細節(jié)。同時依據(jù)系統(tǒng)指數(shù)化描述的思想，通過品質(zhì)指數(shù)（功率因數(shù)、頻率、電壓波形畸變率等）、安全指數(shù)（過電流、變壓器溫度、漏泄電流、過電壓、高壓線路溫度等）、綜合指數(shù)（能源、安全、品質(zhì)加權計算）、能源指數(shù)（平均功率因數(shù)、使用電力量、無效電力損失、變壓器損失等）的分析，判定每一項電力指數(shù)是否位于正常區(qū)間內(nèi)。

3 電子廠房的電力監(jiān)控系統(tǒng)設計過程

3.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

在電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計時，主要采用分層模塊化思想，設計含系統(tǒng)應用層（權限管理、電子地圖、報警現(xiàn)況、客戶管理、環(huán)境設置、分析預測、日常運轉(zhuǎn)）、用戶接入層（平臺服務、客戶服務）、物理層（電力黑匣子）、數(shù)據(jù)采集層（通信連接→消息訪問→數(shù)據(jù)采集）的軟件體系結(jié)構(gòu)[1]。同時根據(jù)業(yè)務對象之間的關聯(lián)程度，遵循“高內(nèi)聚合、低度耦合”的理念，將電力監(jiān)控系統(tǒng)劃分為若干個耦合度低、結(jié)構(gòu)清晰的子模塊，降低后期維護管理難度。比如，數(shù)據(jù)采集層可以通過通信連接模塊與電力黑匣子進行通信連接的構(gòu)建，而消息訪問封裝則可以與電力黑匣子之間進行信息交互。

圖1 電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 電力監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)功能主要包括電量遙測、參數(shù)抄表、歷史查詢、遙信報警幾個部分[2]。其中電量遙測主要根據(jù)低壓配電二次圖，遠端測量電流、頻率、電能、功率、三相電壓、功率因數(shù)等電參量。同時根據(jù)配出回路的三相電流，實時顯示開關合閘運行狀態(tài)、分閘運行狀態(tài)、通信故障報警以及斷路器變位報警信號，以便廠房管理者可以第一時間發(fā)現(xiàn)并解決故障。

參數(shù)抄表主要是以低壓各出線回路電參數(shù)為對象，在其進線時，進行任何時刻的三相電流、變壓器溫度、有功電度、有功功率數(shù)值查詢。同時將回路名稱與數(shù)據(jù)庫關聯(lián)，便于數(shù)據(jù)導出、名稱更改及報表打印。

歷史查詢主要是選擇任意時間段，對電度累計數(shù)值進行查詢。

遙信報警主要是在監(jiān)控低壓各出線回路開關運行狀態(tài)、負載進線監(jiān)控的過程中，以負載越限、開關變位為指標，彈出含具體報警位置、聲音的報警界面。對于負載越限而言，廠房管理者可以根據(jù)現(xiàn)有權限，查詢歷史記錄，進行相關數(shù)值的自由設置。具體如表1所示。

表1 電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)遙信報警數(shù)據(jù)（局部）

3.3 電力監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)務數(shù)據(jù)庫

考慮到電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)后期維護開發(fā)需要，可以在構(gòu)件化設計思想的指導下，單獨開發(fā)具有較高相關性的軟件構(gòu)件，并在各構(gòu)件間設置接口，便于同步調(diào)用[3]。電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)主要包括客戶信息管理（定義客戶、信息查詢、客戶維護）、報警管理（報警、歷史查詢）、診斷管理（自我診斷、電力狀態(tài)診斷）、日常運轉(zhuǎn)（實時監(jiān)控、系統(tǒng)圖）、黑匣子通信管理（配置數(shù)據(jù)讀寫、采集、交互）、設備管理（虛擬儀表定義、查詢）、數(shù)據(jù)處理（報警計算、數(shù)據(jù)解析、電力狀態(tài)解析）、通訊連接（上位機、下位機無線通信）、標準信息管理（參數(shù)標準、指數(shù)標準定義及管理）、管理員維護、文件服務（配置文件解析、功能更新）等幾個業(yè)務構(gòu)件。各業(yè)務構(gòu)件之間存在一定業(yè)務關聯(lián)，但關聯(lián)程度具有較大差異。其中數(shù)據(jù)處理模塊與其他業(yè)務構(gòu)件具有最多關聯(lián)關系，是核心構(gòu)件，可以保障系統(tǒng)應用展示層中電力數(shù)據(jù)的基本來源一定。

根據(jù)電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)有業(yè)務構(gòu)件間依賴關系，可以初步確定系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)表，經(jīng)過編碼后，可以形成完整的數(shù)據(jù)庫。比如黑匣子數(shù)據(jù)表、客戶數(shù)據(jù)表等代表電力系統(tǒng)中物理設備的數(shù)據(jù)表，可以展示電力設備間交互干系，存儲相關配置信息、電力設備基本信息；而系統(tǒng)圖、實時數(shù)據(jù)表則用于存儲系統(tǒng)中經(jīng)過計算、分析、處理的電力信息，為報表預測提供依據(jù)。

4 總結(jié)

電力監(jiān)控系統(tǒng)是電子廠房電力資源管理的主要工具之一，可以依靠現(xiàn)場監(jiān)控儀器實時面向電力回路收集數(shù)據(jù)，為電子廠房的連續(xù)平穩(wěn)、可靠運行提供支持。因此，技術人員應依據(jù)電子廠房平面分布，從低壓配電線路、高壓配電線路、UPS系統(tǒng)等方面，進行監(jiān)控模塊的規(guī)劃及構(gòu)件關聯(lián)方式的選擇。隨后依據(jù)配電屏組成，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控要求，確定最終通信方案，為電力系統(tǒng)信息的集中管理提供支持。