基于通信電源技術的配電系統的監控與管理系統設計與實現

劉旭東，樂冠宇，杜 瑞，余子淳

（國網句容市供電公司，江蘇 句容 212400）

0 引 言

隨著電力行業的不斷發展，逐漸產生了一些新的技術手段，如電力通信電源技術。通信電源技術憑借高可靠性、小型集成化、強穩定性以及高頻率等優勢，得到越來越廣泛的應用。目前，配電系統運行時常面臨一些隱患，需要工作人員進行監督與管理。信息化時代背景下，可以采用信息化手段實現配電系統的監控與管理，因此提出配電系統監控與管理系統的設計。在該系統設計中應用通信電源技術，能夠保證穩定供電與持續供電，滿足綠色低碳環保要求。因此，分析通信電源技術在配電系統監控與管理系統設計與實現中的應用，以期推動電力行業的智能化和信息化發展。

1 通信電源技術概述

通信電源的主要作用是為通信網絡系統提供能源。目前，移動通信技術飛速發展，通信電源技術也展現出良好的發展形勢，其原理如圖1 所示。越來越多的通信設備采用集中式電源來提供電能。通常，集中式供電設備和通信負載中心位置之間有一段距離，加之運轉時會有大量傳輸損耗，系統的可靠性不強，若安裝新的電源則需要較多成本。因此，在集中式電源基礎上，研發了分布式電源，不僅安裝成本低，而且具有智能化管理的特性，能夠很好地滿足配電系統運行的需求。

圖1 通信電源技術原理

2 基于通信電源技術的配電系統監控與管理系統設計方案

2.1 主線系統

配電系統內部的主線設計需要以當前行業的標準為依據，配電系統結構如圖2 所示。設計之前，聯系所在地區的電力部門，結合設計要求與實際情況，由電力部門確定設計標準，滿足主線設計基本要求，為系統設計與對接管理創造條件[1]。配電系統的主線設計直接影響系統運行的穩定性，以住宅配電公變變壓器設備為例，設計階段必須要考慮用戶獨立用電的情況，采取分區設計形式進行設計，即以配電系統主線設計為前提，主線上劃分出具有獨立性的用電路線和設備，以滿足用戶的獨立用電需求，同時為用戶的用電管理提供支持。

圖2 配電系統結構

配電系統主線的具體設計中，設計人員需要在了解設計內容和具體走向的基礎上，應用通信電源技術繪制圖表，為后續的設計提供參考。

2.2 計算短路電流

計算短路電流的流程一般為繪制計算電路圖和等效電路圖、計算等效阻抗、計算短路電流以及短路容量。此處，假設設計的系統為無限大容量系統，應用標幺值法進行計算。

首先，確定物理量實際值和選定基準值的比值，計算公式為

如果基準容量Sd是100 MVA，基準電壓是各級平均電壓，即

式中：Ud表示基準電壓；Uav表示各級平均電壓；UN表示額定電壓。

基準電流、基準容量、基準電壓以及基準電抗之間的關系計算公式為

式中：Id表示短路電流標幺值；Xd表示電抗。

其次，使用標幺值法，計算電力系統的電抗標幺值Xs*、變壓器的電抗標幺值XT*、輸電線路的電抗標幺值，計算公式為

首先，東博會的品牌發展還不是特別成熟。近十多年來，隨著南寧東博會的成功舉辦，南寧的會展業走上了一條高速發展的道路。但由于南寧經濟底子薄，人才吸引力度薄弱，和其他省份相比，我們的會展業還不夠成熟。東博會相比周邊的廣交會等大型展覽會，實力相差較大，導致其吸引力不強，影響來參加展會的人員數量和質量，在一定程度上也影響其會展旅游以及南寧的整體旅游。

式中：XS表示電力系統；Ud=Uc表示基準電壓；SOC表示電力系統容量；XY表示變壓器電抗；Uk%表示變壓器短路電壓百分比；SN表示電力變壓器額定容量；XWL表示電路電抗；X0表示導線單位長度的電抗；l表示導線長度。

根據短路電流計算結果，電氣設備選型如下：一是電力變壓器，建議采用SCB10 型干式電力變壓器；二是10 kV 高壓開關柜，建議采用KYN28A-12 型高壓開關柜，并在柜內安裝VS1-12-630 A/25 kA 型真空斷路器，保證操作機構和斷路器的一體化；三是0.4 kV低壓開關柜，建議采用GCS 型低壓抽屜式開關柜；四是電容補償柜，該系統設計在各變壓器0.4 kV 側母線上安裝電容補償柜，并且在電容補償柜上方安裝無功功率自動補償控制器，滿足系統無功補償要求。

2.3 設備使用性能規劃設計

配電系統的監控與管理系統進行線路規劃設計時，設計人員需要重點考慮設備的使用性能與參數。設計時，1 類與2 類負荷條件下通常會選用銅導線；3類負荷和其他負荷條件下選用鋁芯導線[3]。規范安裝線路，嚴格控制導線長度。例如，系統設計中，設備的類型和性能等存在區別，因此設計時需要分析設備的功能，并將其融入設計方案[4]。

系統中的變壓器設備至關重要。目前，配電系統的監管系統變壓器設備以S11、S13 型變壓器設備為主，可以滿足系統的節能需求。同時，設計人員應科學選擇電纜線型號，準確計算線路距離，保證系統的穩定運行。

3 配電系統監控與管理系統的實現

3.1 采集數據功能的實現

通過采集數據功能，系統和采集器可以在通信電源技術的支持下進行實時通信，實現數據接收、預處理、存儲等功能，同時可以集中管理與配置能耗，并實時監控系統運行狀態。系統中的能源管理平臺主要是利用RS-485 協議下的有線傳輸系統或者是無線傳輸系統，在通信電源技術的作用下采集數據，自動計算能耗數據。此外，利用傳輸控制協議/網際協議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）可以將采集的數據自動上傳到實時應用數據中心，為數據管理、查詢服務提供支持。

數據傳輸系統遵循一定編碼規則，在通信電源技術的支持下，保證數據組織、存儲、交換相同[5]。此外，該系統具有良好的網絡兼容性，通過互聯網可以自動監控各項測量數據，提升數據采集與傳輸的精準性和安全性。

3.2 實時監測功能的實現

在配電系統的監控與管理系統設計中應用通信電源技術，可以監控多級能耗模型。該模型主要由區域模型、建筑模型、能耗模型等組成。通過多級能耗模型，可以快速顯示儀表設置的參數、運行狀態參數以及控制命令，而且能夠滿足不同場合的應用需求，體現出測量數據和歷史數據顯示的全面性。此外，在通信電源技術的幫助下，實時監測功能可以在線監控所有能耗，監控界面通過圖形界面分析與顯示能耗數據，滿足自由導航需求。

3.3 數據統計功能的實現

在通信電源技術的支持下，配電系統的監控與管理系統實現了數據統計功能。一方面可以實現每日、每月、每年的分項能量統計，另一方面可以支持顯示多元化圖表格式，按照不同的使用前提，統計不同負荷等級，并按照用戶輸入的開始和結束時間統計系統任意時間段的能耗。操作人員在操作系統時，按需求導出月、季、年的能源統計表以及資源消耗統計表，從而生成電力能源財務報告與能耗分析對比報告，為能耗配額管理以及配電系統監控管理提供參考。

3.4 能耗查詢功能的實現

系統設計中，應用通信電源技術測試其能耗查詢功能。分別查詢人均分項用能和專題人均用能等，查詢的內容包括實時值和分組歷史值等。工作人員導出報表，直接獲得多樣化查詢結果，并且根據導出的結果，可以為節能監管工作提供數據支持。

此外，系統可以查詢能耗上下限，按照不同的時間條件繪制圖表進行可視化顯示，并分析水量和電能消耗情況，以負荷條件組合的形式篩選出單獨區域與部門，或者是不同部門組合，進而在系統中自動生成分析類型屬性數據報告。在用戶層面，用戶可以按照需求自主選擇所需要的查詢方法。例如，想要查詢能源消耗種類（水、電、氣等）和查詢組織機構（行政辦公大樓、能源使用單位、大型耗電設備等），選定后系統便會自動調取數據，生成多元化圖形和報表以供選擇。

3.5 數據分析功能的實現

在系統設計中應用通信電源技術，可以實現自動分析配電系統的能耗趨勢與指標。系統具有自動監控能耗數據的功能，可以分析配電能耗異常以及線路負荷。此外，系統可以分析設備潛在故障，或者根據不同地區、類別、項目等，統計并分析總能耗和單位面積能耗等數據。

在通信電源技術支持下，系統可以提供相應的能耗分析支持，幫助工作人員展開配電能耗相關的分析。基于工作時間和非工作時間內電力能耗的對比分析，或者夜間待機能耗分析，總結用電單位能耗情況及其基本規律，從而采集異常監測所需數據，通過多元形式達到自動監測和能耗對比的目的。

4 結 論

應用通信電源技術設計配電系統的監控與管理系統，基于該技術的優勢與特征，一方面可以加強配電系統監控與管理系統的運行穩定性，保證系統的可靠運轉，另一方面有助于優化系統功能與性能，在通信電源技術的幫助下實現多元化功能，促使系統實現自動化和智能化建設的發展目標。同時，該系統為我國配電系統的升級完善提供了技術方面的支持。