基于分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的智能電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)

吳楚珊++張德剛

摘要：基于分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的智能電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，分為管理層、間隔層、通訊層三個(gè)部分，根據(jù)用戶的負(fù)荷分布情況，該監(jiān)控系統(tǒng)制定了合理的硬件控制方案和智能軟件監(jiān)控界面，系統(tǒng)能夠在主控室實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)變配電站進(jìn)行遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)，實(shí)現(xiàn)“四遙”功能， 對(duì)電氣設(shè)備的各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，該高、低壓供配電微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有高效、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、可擴(kuò)展高等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；分層分布式；監(jiān)控系統(tǒng)；組態(tài)界面

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）17-0167-02

Smart Grid Monitoring System Based on the Hierarchical and Distributed Network Structure

WU Chu-shan1， ZHANG De-gan2

（1.Guangdong AIB Polytechnic College， Guangzhou 510507， China； 2. Guangzhou Zhonghao Control Technology Co.，Ltd.， Guangzhou 510070， China）

Abstract： The smart grid monitoring system based on the hierarchical and distributed network structure， divided into three parts： management layer， spacer layer and communication layer. According to the load distribution of the user， the monitoring system uses a reasonable hardware control scheme and intelligent software monitoring interface， this system can achieve the main control room of each substation and power distribution station telemetry， achieve the “four remote functions：remote communication， remote control， remote adjustment， can make real-time monitoring of the operation status of the electrical equipment.The high and low voltage power supply and distribution microcomputer monitoring system is efficient， safe， reliable， economical， high expansion.

Key words： Smart grid； layered and distributed； monitoring system； configuration interface

隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、控制、通訊、顯示等技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在廣闊的工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域和服務(wù)行業(yè)中的應(yīng)用日益增多。事實(shí)上，完善的管理已經(jīng)離不開狀態(tài)監(jiān)控和處理系統(tǒng)[1]。在變配電管理的各類變電站中，智能電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代化企業(yè)實(shí)施電力運(yùn)行科學(xué)管理、減員增效的有力工具，也是企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化、信息化建設(shè)的重要組成部分[2]。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該智能電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[3]，將變電站自動(dòng)化系統(tǒng)分為管理層、間隔層、通訊層三個(gè)部分[4]，面向車間里的各個(gè)電氣設(shè)備。

1.1管理層

監(jiān)控主機(jī)采用高性能計(jì)算機(jī)，具有良好的可靠性、實(shí)時(shí)性及可擴(kuò)展性，可完成供配電系統(tǒng)智能化運(yùn)行管理。中心管理層和站級(jí)管理層之間的主干通訊網(wǎng)絡(luò)采用光纖以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該監(jiān)控系統(tǒng)有嚴(yán)格的密碼保護(hù)功能，同時(shí)還具有嚴(yán)格的權(quán)限等級(jí)管理功能，不同級(jí)別的操作員都有不同的權(quán)限限制，當(dāng)具有遙控操作權(quán)限的運(yùn)行人員輸入正確的密碼和操作監(jiān)護(hù)指令后，才能對(duì)下位機(jī)進(jìn)行操作控制，如控制斷路器和開關(guān)的合、分閘操作、保護(hù)軟壓板的投入切換、保護(hù)信號(hào)的遠(yuǎn)距離復(fù)歸等，另外系統(tǒng)還能夠自動(dòng)生成操作記錄[3]。

同時(shí)可通過監(jiān)控主機(jī)由鍵盤和鼠標(biāo)對(duì)變配電設(shè)備進(jìn)行遙控操作，通過監(jiān)控主機(jī)發(fā)出控制命令，系統(tǒng)自動(dòng)校驗(yàn)操作者的操作權(quán)限及口令后，方能實(shí)現(xiàn)斷路器和開關(guān)的合、分閘操作。對(duì)于每次遙控操作，系統(tǒng)均對(duì)操作人、操作時(shí)間及操作類型進(jìn)行記錄，自動(dòng)生成遙控操作記錄，并將記錄存盤，如圖2所示。

1.2間隔層

由微機(jī)綜合保護(hù)裝置、變壓器溫控裝置、直流屏智能監(jiān)控裝置構(gòu)成。這些裝置結(jié)成多條總線型鏈路與站級(jí)管理層的主控單元通訊。

1.3通訊層

從供電系統(tǒng)可靠性以及系統(tǒng)的有效保護(hù)和快速響應(yīng)性考慮，同時(shí)使其有專用通訊線路通道，該監(jiān)控系統(tǒng)采用基于TCP/IP協(xié)議的光纖網(wǎng)絡(luò)和RS485雙絞線網(wǎng)絡(luò)[3]。

2 硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)負(fù)荷分布情況，本項(xiàng)目共有變配電所四座，分別為位于同一層的1#、2#變電所、不同層的3#變電所和4#變電所。本設(shè)計(jì)在1號(hào)變電所設(shè)置監(jiān)控主機(jī)，在2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)變配電所分別設(shè)置智能通信管理器實(shí)現(xiàn)通信上傳功能。在高壓斷路器柜及低壓進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜以及出線回路設(shè)置智能監(jiān)控裝置，對(duì)電流、電壓、功率因數(shù)、有功功率、無(wú)功功率等進(jìn)行監(jiān)控。

根據(jù)用戶的需求，本方案的負(fù)載自動(dòng)控制系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)外部供電不足時(shí)，對(duì)指定的三級(jí)負(fù)荷進(jìn)行自動(dòng)減載，具體實(shí)現(xiàn)方式如下所述。

1）僅有一路外電供給時(shí)，對(duì)空調(diào)負(fù)荷的切除

該保護(hù)裝置可以進(jìn)行邏輯編程，非?？煽康貙?shí)現(xiàn)三電源進(jìn)線之間的備自投邏輯。當(dāng)保護(hù)裝置檢測(cè)出僅有1路外電供給時(shí)，會(huì)發(fā)出跳閘指令，使T5～T8的變壓器出線斷路器跳開，從而切除2#變電所的5～8#變壓器所有空調(diào)負(fù)荷。

2）對(duì)低壓三級(jí)負(fù)荷的自動(dòng)減載

切除空調(diào)負(fù)荷之后，需要檢測(cè)其他各個(gè)變壓器的輸出功率是否超出了設(shè)定的最高定值，以決定是否啟動(dòng)三級(jí)負(fù)荷減載措施。

本方案采用功率變送器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器出線端（亦即該變壓器低壓進(jìn)線端）的有功功率，將此信號(hào)傳送給PLC處理器。PLC程序判斷該功率是否超出了設(shè)定的變壓器保證重要負(fù)荷容量。如果超出，則開始控制三級(jí)負(fù)荷逐個(gè)分閘，以保證重要負(fù)荷的電力供給。

3）在有消防火警情況下的負(fù)荷控制

如果發(fā)生火警，為了保證消防系統(tǒng)的供電，控制系統(tǒng)同樣實(shí)時(shí)檢測(cè)變壓器的輸出功率，一旦輸出功率高于需要保證的功率值，則開始對(duì)三級(jí)負(fù)荷的減載。減載控制原理圖如圖3所示。

本方案采用PLC直接監(jiān)測(cè)功率、直接控制低壓斷路器的方式，主要是考慮到PLC的可靠性要遠(yuǎn)高于計(jì)算機(jī)，避免了由于計(jì)算機(jī)的關(guān)機(jī)或者人為的失誤導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常運(yùn)行的情況。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)方面，該監(jiān)控主機(jī)采用性能可靠、高效的計(jì)算機(jī)，監(jiān)控軟件平臺(tái)主要采用專業(yè)的組態(tài)監(jiān)控軟件，安全、可靠性、實(shí)時(shí)、同時(shí)還具有可擴(kuò)展性。如圖4所示為該智能電網(wǎng)的監(jiān)控主界面[5]。

該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理功能，系統(tǒng)能夠?qū)λ械拈_關(guān)量和模擬量進(jìn)行實(shí)時(shí)和定時(shí)數(shù)據(jù)采集，為保證測(cè)量數(shù)據(jù)的精度和實(shí)時(shí)性，所有的模擬量均采用交流采樣。另外系統(tǒng)能夠在主控室實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)變配電站的遙信、遙控、遙測(cè)及遙調(diào)“四遙”功能， 對(duì)電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有電氣參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、事故異常報(bào)警、事件記錄和打印、統(tǒng)計(jì)報(bào)表的整理和打印、電能量成本管理和負(fù)荷監(jiān)控等綜合功能[6]。

4 結(jié)論

該基于分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的智能高、低壓供配電微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有高效、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、可擴(kuò)展高等特點(diǎn)，采用面向?qū)ο蟮姆謱?、分布式智能一體化結(jié)構(gòu)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)控制、網(wǎng)絡(luò)通訊等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，將供配電系統(tǒng)智能型二次設(shè)備的各項(xiàng)功能（保護(hù)、監(jiān)測(cè)、控制、通信等諸多功能）重新組合優(yōu)化設(shè)計(jì)所推出的一種開放性、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的新一代電力監(jiān)控管理系統(tǒng)。系統(tǒng)能夠在主控室實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)變配電站進(jìn)行遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)，實(shí)現(xiàn)“四遙”功能， 對(duì)電氣設(shè)備的各個(gè)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李洋. 淺談智能變配電監(jiān)控系統(tǒng)[J].電子世界， 2012，9（5）： 56-57.

[2]張文亮.智能電網(wǎng)的研究進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（13）：1-10.

[3] 騰林陽(yáng).基于CAN總線和VB的電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].應(yīng)用天地，2013，31（6）：67-70.

[4] 施耐德變電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控管理系統(tǒng)方案[EB＼OL].http：//wenku.baidu.com/view/4b41eff9700abb68a982fb4c.html.

[5] 馬國(guó)華.監(jiān)控組態(tài)軟件及其應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社出版，2001：112-166.

[6] 霍海鋒.面向智能電網(wǎng)的智能電力設(shè)備技術(shù)與應(yīng)用[J].電工技術(shù)，2010，8（21）：20-22.