電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的方案探討

雷斌，余金霞，李忠

（1.江蘇大豐供電公司，江蘇大豐224100；2.南京燦能電氣自動(dòng)化有限公司，江蘇南京211100）

隨著人們對(duì)電能質(zhì)量問(wèn)題的日益關(guān)注，近年來(lái)國(guó)內(nèi)很多地區(qū)試點(diǎn)安裝了數(shù)量不等的在線(xiàn)式電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，組成了規(guī)模不一的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的實(shí)踐和探索，對(duì)我國(guó)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的大規(guī)模建設(shè)推廣，無(wú)疑具有很好的示范和指導(dǎo)意義[1，2]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方案選擇，直接影響著電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的經(jīng)費(fèi)使用效率、項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度和最終運(yùn)行效果。一個(gè)優(yōu)秀的系統(tǒng)，不僅簡(jiǎn)單高效、運(yùn)行穩(wěn)健，還需易予擴(kuò)展，具有良好的兼容性能。然而，由于國(guó)內(nèi)至今尚無(wú)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致實(shí)踐中對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成缺乏清晰思路和認(rèn)識(shí)，給電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案選擇和項(xiàng)目建設(shè)帶來(lái)了諸多困惑。本文結(jié)合實(shí)踐，歸納總結(jié)了適合大型電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的典型構(gòu)架方案，就其區(qū)別、適用場(chǎng)合、優(yōu)缺點(diǎn)方面進(jìn)行了分析比較，并對(duì)通信接口和數(shù)據(jù)格式進(jìn)行了闡述。

1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本功能

一個(gè)完整的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)該包括數(shù)據(jù)采集與計(jì)算、數(shù)據(jù)通信與傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、統(tǒng)計(jì)分析與處理等功能[2]。

1.1 數(shù)據(jù)采集與計(jì)算

本功能通常由安裝于各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)裝置（監(jiān)測(cè)終端）完成。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電流、電壓、開(kāi)關(guān)量狀態(tài)等采集，完成電能質(zhì)量指標(biāo)數(shù)據(jù)的計(jì)算。

1.2 數(shù)據(jù)通信與傳輸

分散在各監(jiān)測(cè)點(diǎn)、獨(dú)立運(yùn)行的監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)適當(dāng)?shù)耐ㄐ沤橘|(zhì)（最常用以太網(wǎng)）將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測(cè)中心的相應(yīng)服務(wù)器。

1.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，按照一定的篩選規(guī)則、數(shù)據(jù)格式，統(tǒng)一存放在監(jiān)測(cè)中心指定的服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析與處理

用戶(hù)通過(guò)工作站計(jì)算機(jī)對(duì)監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)的調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的分析與處理，并將其以期望的輸出、發(fā)布或再存儲(chǔ)。

2 系統(tǒng)的交互模式

和其他系統(tǒng)一樣，電能質(zhì)量質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的交互模式也可分成C/S（客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器）、B/S（瀏覽器/服務(wù)器）2種模式。

2.1 C/S模式

服務(wù)器完成所有與數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的操作，客戶(hù)端工作站完成數(shù)據(jù)庫(kù)修改、數(shù)據(jù)分析、圖形顯示、文件轉(zhuǎn)換、報(bào)表輸出等操作。

2.2 B/S模式

WEB客戶(hù)端功能模塊基于B/S構(gòu)架，服務(wù)器完成與數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)的操作和數(shù)據(jù)分析、文件轉(zhuǎn)換、報(bào)表輸出等功能，客戶(hù)端通過(guò)瀏覽器以WEB瀏覽的方式訪問(wèn)服務(wù)器，完成圖形顯示、瀏覽打印報(bào)表等應(yīng)用工作。

服務(wù)器的數(shù)量和功能劃分，可根據(jù)系統(tǒng)的復(fù)雜程度而定。

3 2種典型的結(jié)構(gòu)方案

3.1 2層結(jié)構(gòu)

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)主要分為監(jiān)測(cè)裝置、省級(jí)監(jiān)測(cè)中心2個(gè)部分。各地市局變電站的監(jiān)測(cè)裝置將采集到的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)直接上送到省級(jí)監(jiān)測(cè)中心的服務(wù)器上。本方案宜選用B/S模式。地市級(jí)監(jiān)測(cè)中心一般不設(shè)服務(wù)器，地市級(jí)監(jiān)測(cè)中心以工作站計(jì)算機(jī)的方式訪問(wèn)省級(jí)服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)本區(qū)域的電能質(zhì)量裝置的數(shù)據(jù)訪問(wèn)和日常管理。2層結(jié)構(gòu)方案示意見(jiàn)圖1。

3.2 3層結(jié)構(gòu)

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為監(jiān)測(cè)裝置、地市級(jí)監(jiān)測(cè)中心、省級(jí)監(jiān)測(cè)中心3個(gè)部分。各地市局變電站的監(jiān)測(cè)裝置將采集到的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)首先上送到地級(jí)市監(jiān)測(cè)中心的子站服務(wù)器上，子站服務(wù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)本區(qū)域的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的管理，并按要求向省市級(jí)監(jiān)測(cè)中心傳輸數(shù)據(jù)。地市級(jí)的工作站計(jì)算機(jī)用戶(hù)通過(guò)子站服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)本區(qū)域的電能質(zhì)量裝置的數(shù)據(jù)訪問(wèn)和日常管理，服務(wù)器和客戶(hù)端工作站承擔(dān)的功能，也隨架構(gòu)方式的不同而不同。地市級(jí)選用的監(jiān)測(cè)裝置通信協(xié)議不統(tǒng)一，需要通過(guò)子站服務(wù)器進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換后上送。3層結(jié)構(gòu)方案示意見(jiàn)圖2。

4 適用場(chǎng)合分析

同兩層結(jié)構(gòu)相比，3層結(jié)構(gòu)方案多了中間地市局監(jiān)測(cè)中心這一環(huán)節(jié)。在以下幾種情況下，宜選用3層結(jié)構(gòu)方案：（1）各地市級(jí)已建立了獨(dú)立的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，在此基礎(chǔ)上搭建省市級(jí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)；（2）監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)目過(guò)于龐大，數(shù)據(jù)量過(guò)多，需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分層存儲(chǔ)管理與管理；（3）省市級(jí)網(wǎng)絡(luò)的帶寬不夠，需要通過(guò)地市級(jí)監(jiān)測(cè)中心篩選過(guò)濾后上送。

2層結(jié)構(gòu)方案構(gòu)架簡(jiǎn)單，便于維護(hù)。在無(wú)上述幾種情況的場(chǎng)合，宜予采用。本方案特別適用于采用B/S模式。在實(shí)踐中，兩層結(jié)構(gòu)也確實(shí)體現(xiàn)出了較大的優(yōu)越性。

5 通信接口與數(shù)據(jù)格式

實(shí)踐證明，由于電能質(zhì)量數(shù)據(jù)量較大，傳統(tǒng)的串口通信方式已經(jīng)不適應(yīng)需求。以太網(wǎng)已經(jīng)成為廣大電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本通信接口方式。PQDIF作為電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)交換格式，得到了國(guó)內(nèi)業(yè)界的普遍認(rèn)同和采納[3-5]。目前PQDIF主要在系統(tǒng)端得到應(yīng)用，在嵌入式監(jiān)測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)PQDIF文件尚需技術(shù)突破。嵌入式監(jiān)測(cè)裝置上如直接將電能質(zhì)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為PQDIF文件，將大大簡(jiǎn)化終端設(shè)備與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，減少對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的依賴(lài)和對(duì)帶寬的占用。隨著IEC61850標(biāo)準(zhǔn)體系的不斷完善，其先進(jìn)性、通用性和可擴(kuò)展性，使其在今后可能成為電力系統(tǒng)自動(dòng)化領(lǐng)域的統(tǒng)一的通信協(xié)議?？梢灶A(yù)見(jiàn)，作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，實(shí)時(shí)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)以IEC61850為標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)交互將成為趨勢(shì)，而PQDIF仍可以在離線(xiàn)應(yīng)用以及不同系統(tǒng)之間交互數(shù)據(jù)方面發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

6 結(jié)束語(yǔ)

大型電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)，是一項(xiàng)長(zhǎng)期的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。因此在系統(tǒng)規(guī)劃初期，必須根據(jù)情況的不同，選擇好適合實(shí)情的構(gòu)成方案。從國(guó)內(nèi)各省市的多年實(shí)踐可以看出，系統(tǒng)方案的合適與否，最終決定著監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的成與敗。很多失敗的案例，究其原因就是系統(tǒng)方案一開(kāi)始沒(méi)有考慮好。本文介紹的2層和3層結(jié)構(gòu)，是按照系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)劃分的兩種方案，對(duì)各種不同情況下的系統(tǒng)建設(shè)具有較強(qiáng)的參考意義。

[1] 鄒宏亮，康健，崔大偉，等．區(qū)域電網(wǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建[J].電工技術(shù)，2010（2）：20-22．

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