科研生產(chǎn)區(qū)配電集中監(jiān)控系統(tǒng)及其關(guān)鍵通信技術(shù)

史翔+劉濤+崔瑤+張祎+張淑紅

【摘要】 對某大型科研生產(chǎn)區(qū)配電集中監(jiān)控系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析與論述，并結(jié)合系統(tǒng)對科研生產(chǎn)區(qū)配電運(yùn)行的實(shí)際作用驗(yàn)證其應(yīng)用價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】 集中監(jiān)控系統(tǒng) 通信技術(shù) 配電 科研生產(chǎn)區(qū)

Power Distribution Monitoring System of Scientific Research and Production Area and its Key Communication Technology Shi Xiang1， Liu Tao1， Cui Yao1， Zhang Yi1， Zhang Shuhong1 （1.Beijing Aero-Top Hi-tech Corporation Ltd， Beijing 100176）

Abstract By analyzing and discussing the power distribution monitoring system of scientific research and production area and its key communication technology， and with combinations of the practical value of this system to verify its potential value.

Key words Centralized Monitoring System， Communication Technology， Power Distribution， Research and Production Area

一、前言

本文研究和論述的對象是某大型國有科研生產(chǎn)單位的配電集中監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目，定位于將科研生產(chǎn)區(qū)內(nèi)不同時(shí)期建設(shè)的高壓配電站設(shè)施進(jìn)行必要的技術(shù)改造，建立包含本地監(jiān)控和調(diào)度中心總控的一體化集中監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)對已有監(jiān)控后臺的配電站進(jìn)行數(shù)據(jù)接入，從而實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)有全部高壓配電站的網(wǎng)絡(luò)化集中監(jiān)控與調(diào)度管理，有效提升科研生產(chǎn)區(qū)電力運(yùn)行調(diào)度，以及動(dòng)力保障工作的自動(dòng)化、科學(xué)化水平。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

通過建立一整套科研生產(chǎn)區(qū)配電集中監(jiān)控系統(tǒng)，以及對各配電站內(nèi)控制電纜、計(jì)量儀表、配電柜等進(jìn)行更新改造，對已有配電站后臺系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)接入，滿足科研生產(chǎn)區(qū)電力運(yùn)行自動(dòng)化監(jiān)控和調(diào)度管理的需求。項(xiàng)目的建設(shè)范圍包括：新建6套高壓配電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)，分別位于5#站、6#站、7#站、8#站、9#站、10#站；在科研生產(chǎn)區(qū)的指揮樓內(nèi)，新建1套總控中心系統(tǒng)，其中包含1套調(diào)度大屏幕顯示系統(tǒng)；總控中心通過光纖通訊網(wǎng)絡(luò)，對各配電站進(jìn)行遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控管理，并實(shí)現(xiàn)對已有后臺監(jiān)控系統(tǒng)的1#、2#、3#、4#共四個(gè)高壓各配電站的數(shù)據(jù)接入。

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本集中監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上，分為總控中心、分控中心、配電站后臺監(jiān)控三個(gè)層級（如圖1所示）。在5#～10#配電站內(nèi)設(shè)置配電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)測各種電力數(shù)據(jù)并通過室外線路上傳至總控中心和相應(yīng)的分控中心，其中6#配電站同時(shí)作為分控中心?？偪刂行目梢詫?shí)時(shí)監(jiān)測、計(jì)量各變配電站用參數(shù)，用電量情況，日、月、年負(fù)荷情況等，并實(shí)現(xiàn)對已有的4個(gè)配電站（1#～4#）后臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入和應(yīng)用。

2.2系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)（如圖2所示）主要包括總控中心、分控中心、配電站監(jiān)控系統(tǒng)、站間通信網(wǎng)絡(luò)四個(gè)部分。

（1）總控中心系統(tǒng)：在總控中心，配置并運(yùn)行監(jiān)控應(yīng)用服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、操作員站、工程師站、報(bào)表打印機(jī)，并提供配套所需的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫軟件、組態(tài)軟件、管理軟件、服務(wù)器機(jī)柜、調(diào)度操作臺、UPS電源、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、通訊網(wǎng)線等，以及開發(fā)滿足監(jiān)控管理需求的各項(xiàng)應(yīng)用。在總控中心，安裝1套拼接式DLP（數(shù)字光處理）大屏幕顯示系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)對4個(gè)已有配電站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入和應(yīng)用。

（2）分控中心系統(tǒng)：在分控中心，配置并運(yùn)行操作員站、報(bào)表打印機(jī)，并提供配套所需的操作系統(tǒng)、組態(tài)軟件、調(diào)度操作臺、UPS電源、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、通訊網(wǎng)線等，以及開發(fā)滿足監(jiān)控管理需求的各項(xiàng)應(yīng)用。

（3）配電站監(jiān)控系統(tǒng)：安裝和運(yùn)行各配電站監(jiān)控所需的全套設(shè)備，包括PLC測控柜（含電能表數(shù)據(jù)采集裝置）、本地工作站及操作臺、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、電纜、網(wǎng)線、橋架等，以及實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控功能所必需的其它元器件。

（4）站間通信網(wǎng)絡(luò)：通過覆蓋各配電站和總控中心、分控中心的光纖通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各站點(diǎn)（總控中心、分控中心、各配電站）之間點(diǎn)對點(diǎn)通信和數(shù)據(jù)傳輸。

2.3系統(tǒng)功能

（1）配電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)：主要負(fù)責(zé)完成各配電站內(nèi)進(jìn)線柜、出線柜、聯(lián)絡(luò)柜、PT柜的斷路器分合閘狀態(tài)、手車位置、繼電保護(hù)器運(yùn)行狀態(tài)，以及柜內(nèi)各路智能網(wǎng)絡(luò)計(jì)量儀表A、B、C相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)，三相總功率參數(shù)等信號和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控管理。系統(tǒng)接入光纖監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)控制中心的遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，以及配電站數(shù)據(jù)向中心的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳。

（2）總控中心：通過光纖網(wǎng)絡(luò)，總控中心可以實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控各高壓配電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中存儲、調(diào)用、備份和歸檔；通過應(yīng)用服務(wù)器和監(jiān)控組態(tài)軟件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集計(jì)算、參數(shù)組態(tài)，并通過工作站上的人機(jī)界面和程序開發(fā)，實(shí)現(xiàn)工藝流程圖、參數(shù)趨勢圖、參數(shù)列表、數(shù)據(jù)報(bào)警、信號監(jiān)控等監(jiān)控顯示和操作功能，以及歷史數(shù)據(jù)按條件查詢，數(shù)據(jù)報(bào)表、曲線自動(dòng)生成和打印等信息管理功能。在總控中心，可以實(shí)現(xiàn)對全網(wǎng)電力設(shè)施進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)、管、控一體化，以及對各配電站監(jiān)控系統(tǒng)及分控中心的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享。

（3）分控中心：與總控中心不同點(diǎn)在于，分控中心只需實(shí)現(xiàn)對所轄范圍電力運(yùn)行的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控，從而滿足多級調(diào)度人員的異地使用。

三、系統(tǒng)的關(guān)鍵通信技術(shù)

本系統(tǒng)中，總控中心通過光纖以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對各配電站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控與采集，采集的對象主要包括各變電站后臺監(jiān)控系統(tǒng)中的PLC控制器和智能電表。其中，站內(nèi)各配電柜的斷路器分合閘狀態(tài)、手車位置、繼電保護(hù)器運(yùn)行狀態(tài)等，由本地測控柜內(nèi)的PLC進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測并將數(shù)據(jù)集中傳輸至總控中心。對于用于各路電能計(jì)量的智能電表，為了保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性，沒有采用PLC通過RS485總線連接各智能電表進(jìn)行輪詢數(shù)據(jù)采集的方式，而是通過多串口服務(wù)器與各智能電表進(jìn)行“一口對一表”的連接，并由總控中心的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器通過光纖以太網(wǎng)連接各配電站的多串口服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)對各智能電表的并發(fā)通信數(shù)據(jù)采集。

3.1對智能電表進(jìn)行“一口對一表”連接和并發(fā)通信

電力運(yùn)行參數(shù)的瞬變特性，決定了對其的數(shù)據(jù)監(jiān)測和采集須具有較高的實(shí)時(shí)性。對智能電表的數(shù)據(jù)采集只能通過與其串口進(jìn)行連接和通信的方式實(shí)現(xiàn)，因此本系統(tǒng)通過多串口服務(wù)器提供的多路RS485串口，實(shí)現(xiàn)與各智能電表的“一口對一表”的物理連接，并在此基礎(chǔ)上通過上述并發(fā)通信的方式保證數(shù)據(jù)采集的高實(shí)時(shí)性。

總控中心的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器（如圖3所示）通過光纖以太網(wǎng)與配電站的多串口服務(wù)器進(jìn)行以太網(wǎng)連接后，即可在數(shù)據(jù)采集器上創(chuàng)建出多路與物理串口操作功能相同的虛擬串口，而這些虛擬串口映射的就是多串口服務(wù)器上與各智能電表“一口對一表”相連的物理串口，數(shù)據(jù)采集服務(wù)器可以通過操控本機(jī)上的各虛擬串口，實(shí)現(xiàn)對多串口服務(wù)器上與之對應(yīng)的RS485物理串口的操控，從而對其所連的智能電表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并且對上述的多串口的操控和數(shù)據(jù)通信是可以并發(fā)的。

如果不采用上述“一口對一表”的連接方式，而是由變電站現(xiàn)場PLC通過RS485總線進(jìn)行“一口對多表”的連接，則無法實(shí)現(xiàn)并發(fā)通信，而只能是由PLC以輪巡的方式逐個(gè)采集各智能電表的數(shù)據(jù)。該方式下，站內(nèi)各智能電表的數(shù)據(jù)采集周期（T）與站內(nèi)電表數(shù)（n）成正比（即電表數(shù)量越多，采集周期越長），從而無法滿足電力運(yùn)行監(jiān)測所需的高實(shí)時(shí)性。

3.2通過DL/T645電能表通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)采集

在采用了上述高實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)通信方式的同時(shí)，本系統(tǒng)通過“DL/T645-2007多功能電能表通信協(xié)議”（中國電力行業(yè)推薦標(biāo)準(zhǔn)）實(shí)現(xiàn)對智能電表的數(shù)據(jù)采集。

該協(xié)議為主-從結(jié)構(gòu)的半雙工通信方式。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器為主站，智能電表為從站，每個(gè)智能電表都有各自的地址編碼，通信鏈路的建立和解除均由主站發(fā)出的信息幀進(jìn)行控制。每幀由幀起始符、從站地址域、控制碼、數(shù)據(jù)域長度、數(shù)據(jù)域、幀信息的縱向校驗(yàn)碼及幀結(jié)束符7個(gè)域組成，每部分由若干字節(jié)組成。

（1）幀格式

幀是傳送信息的基本單元，DL/T645-2007通信協(xié)議的幀格式如上表1所示。

（2）傳輸方式和數(shù)據(jù)標(biāo)識

DL/T645-2007通信協(xié)議的傳輸方式如下表2所示。

（3）應(yīng)用功能

DL/T645-2007通信協(xié)議的應(yīng)用功能如下表3所示。

四、系統(tǒng)發(fā)揮的作用

本系統(tǒng)在投用后，為用戶提供了更為全面、實(shí)時(shí)、便捷的監(jiān)控服務(wù)，有效提升了科研生產(chǎn)區(qū)電力運(yùn)行調(diào)度和動(dòng)力保障工作的自動(dòng)化、智能化、精細(xì)化、科學(xué)化水平。其發(fā)揮的作用主要體現(xiàn)在以下方面：

（1）運(yùn)行管理方面：通過對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)分析和對運(yùn)行故障進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，有效節(jié)省運(yùn)行人員的工作量、提升運(yùn)行效率，以及安全管理、調(diào)度管理的自動(dòng)化水平。

（2）電負(fù)荷分析方面：有助于準(zhǔn)確掌握科研生產(chǎn)區(qū)內(nèi)的電負(fù)荷，調(diào)整供電運(yùn)行方式，科學(xué)計(jì)算并降低電損，提高電能計(jì)量的準(zhǔn)確率。

（3）設(shè)備管理、預(yù)案編制方面：有助于準(zhǔn)確掌握各配電設(shè)備技術(shù)、位置參數(shù)，對保護(hù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，科學(xué)合理地編制供電預(yù)案、規(guī)劃配套設(shè)施的建設(shè)。

五、總結(jié)與展望

針對某大型科研生產(chǎn)區(qū)配電集中監(jiān)控系統(tǒng)，對其總體設(shè)計(jì)方案以及關(guān)鍵通信技術(shù)進(jìn)行了分析和論述。在實(shí)際應(yīng)用中，本系統(tǒng)發(fā)揮了顯著的作用，體現(xiàn)出了較高的應(yīng)用與推廣價(jià)值，并為同類科研生產(chǎn)區(qū)配電集中監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用提供了參考案例。

參 考 文 獻(xiàn)

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