基于關口表節(jié)點數(shù)據(jù)監(jiān)測的電量線損監(jiān)測系統(tǒng)研究

冮若嘉，張立穎，何健寧，趙婉旭，劉婕妤

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司計量中心，遼寧 沈陽 110168； 2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

近年來，隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，全國用電量急速增長，電力供求愈發(fā)緊張[1-3]，因此對電網(wǎng)系統(tǒng)的有效監(jiān)測是保證電網(wǎng)安全和實現(xiàn)不同區(qū)域、不同用電部門有序用電的重要保障，隨著自動化水平的不斷提高，相繼開發(fā)了負荷控制系統(tǒng)、遠程抄表系統(tǒng)和故障監(jiān)測系統(tǒng)，但由于電網(wǎng)系統(tǒng)錯綜復雜，傳統(tǒng)的電量監(jiān)測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計系統(tǒng)受到數(shù)據(jù)采集、信號傳輸以及數(shù)據(jù)分析處理等多個環(huán)節(jié)的問題制約，造成系統(tǒng)監(jiān)測的實時性不強，可靠性不高[4-5]。

線損率是衡量電網(wǎng)結構與布局合理性、衡量供電企業(yè)經(jīng)濟指標的重要標準，不同區(qū)域變壓器端與變電站端的電能數(shù)據(jù)提取是分析線損率和實現(xiàn)不同線路故障識別的重要前提，傳統(tǒng)的通過人工抄表獲取電量信息的方法容易造成數(shù)據(jù)的錯記和漏記[6-7]，而現(xiàn)有的關口表數(shù)據(jù)采集雖然實現(xiàn)了自動化，但其傳輸方式仍采用有線傳輸、層層統(tǒng)計匯集的方法，大量的中間數(shù)據(jù)統(tǒng)計層大大影響了信號傳輸和獲取的可靠性和精度，因此需要采用一種更為有效的關口表電量數(shù)據(jù)采集方法，從而實現(xiàn)不同區(qū)域電網(wǎng)線損以及線路故障的有效監(jiān)測。

1 關口表數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)結構

為了準確測試和提取安裝在變壓器端及變電站端關口表的電量數(shù)據(jù)，結合無線信號傳輸方法，建立集現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集層、信號無線傳輸層和上位機數(shù)據(jù)分析與處理層的關口表數(shù)據(jù)、線損及線路故障綜合監(jiān)測的智能系統(tǒng)，其總體結構圖如圖1所示。每個變壓器的關口表端安裝電量數(shù)據(jù)采集單元，電量采集單元通過串口通信與無線發(fā)射模塊連接，每個無線發(fā)射模塊作為電量數(shù)據(jù)采集與發(fā)射子站，每個用戶端區(qū)域多個變壓器關口表的電量數(shù)據(jù)信息通過發(fā)射模塊與采集終端的無線收發(fā)方式進行傳輸，變電站端的電量數(shù)據(jù)采集方式和傳輸方式與用戶端相同，無線采集終端通過網(wǎng)口傳輸方式與以太環(huán)網(wǎng)相連，上位機采用組態(tài)軟件構建關口表數(shù)據(jù)、線損和線路故障監(jiān)測及預警平臺，PC機通過以太環(huán)網(wǎng)和Web界面發(fā)布功能將電量數(shù)據(jù)信息共享給其它遠程客戶端[8-9]，最終實現(xiàn)整個電網(wǎng)區(qū)域實時電量信息、不同線路線損及故障的實時監(jiān)測、分析和存儲。

2 關口表數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳輸

2.1 關口表數(shù)據(jù)采集

新型關口表普遍帶有數(shù)據(jù)通信與交互功能，可通過RS485串口通信將信號傳輸給帶有無線發(fā)射模塊的數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元通過無線發(fā)射模塊將數(shù)據(jù)傳輸至無線采集終端[10]，由于部分關口表數(shù)據(jù)采集模塊的無線發(fā)射模塊與無線采集終端的信號傳輸距離較遠，在不增加路由節(jié)點的前提，在無線發(fā)射模塊中增加功率放大器(PA)和低噪聲放大器(LNA)，從而增加了無線模塊的發(fā)射功率，或者提高了模塊的接收靈敏度。遠距離無線模塊系統(tǒng)框圖如圖2所示。

2.2 關口表數(shù)據(jù)傳輸

為了實現(xiàn)電量數(shù)據(jù)的實時在線采集與監(jiān)測，分別對電量采集模塊、無線發(fā)射模塊與匯聚節(jié)點的程序進行設計和開發(fā)，數(shù)據(jù)的傳輸通過構建Zigbee協(xié)議棧，該協(xié)議棧具有強大的縮減功能。設備的采樣時間設定為每15 s采樣1次，并將單次的采樣結果無線發(fā)送給采集終端。電量采集與數(shù)據(jù)傳輸流程圖如圖3所示。電量采集模塊實時監(jiān)測485總線上的數(shù)據(jù)采集指令，當485總線上有采集指令下發(fā)時，通過命令解析執(zhí)行相關采集操作，并通過無線發(fā)射模塊進行電量數(shù)據(jù)的傳輸，采集終端一側利用UART0串口的中斷實現(xiàn)溫度信號的實時接收，設備上電后，Zigbee無線接收模塊開始對網(wǎng)絡進行連續(xù)不間斷的監(jiān)聽，實時接收Zigbee無線網(wǎng)絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，當接收到數(shù)據(jù)包后，先要驗證數(shù)據(jù)包的可通過性，其方式是根據(jù)數(shù)據(jù)包的編號，根據(jù)不重復接收、重復丟棄的原則，數(shù)據(jù)包接收完成后還要進行CRC校驗，之后系統(tǒng)將校驗通過的數(shù)據(jù)包傳輸至UART0串口，在此過程中對接收串口的終端狀態(tài)進行實時監(jiān)測，確保所有數(shù)據(jù)全部發(fā)送和接收。

圖1 基于無線傳輸?shù)年P口表數(shù)據(jù)監(jiān)測總體結構

圖2 遠距離無線模塊系統(tǒng)框圖

圖3 電量采集與數(shù)據(jù)傳輸流程圖

2.3 線損計算及故障分析

電力網(wǎng)絡中損耗的電能(線路損失負荷)與向電力網(wǎng)絡供應電能(供電負荷)的百分數(shù);線損率用來考核電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性，線損率的計算方法可表示為

ΔP=[(Ps-Pe)/Ps]×100%

(1)

式中：ΔP為線損率；Ps為變電站端變壓器關口表電量；Pe為用戶端變壓器關口表電量。

電力網(wǎng)絡中，一旦某一線路的線損突然增加，說明該線路出現(xiàn)故障，需要對該線路進行重點排查和維護，因此通過監(jiān)測變電站端和用戶端的關口表電量，可實時對電力網(wǎng)絡中不同線路的線損和故障進行監(jiān)測。

3 上位機電量線損監(jiān)測平臺

3.1 數(shù)據(jù)監(jiān)測界面開發(fā)

上位機遠程監(jiān)測系統(tǒng)是實現(xiàn)不同區(qū)域電量數(shù)據(jù)及線損率集中監(jiān)測的核心樞紐，本系統(tǒng)采用亞控組態(tài)軟件以及ODBC數(shù)據(jù)庫聯(lián)合構建關口表、線損及故障的監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測不同區(qū)域各節(jié)點的變壓器端、變電站端的電量以及線損率，利用組態(tài)軟件的畫面設計功能構建數(shù)據(jù)查詢界面、曲線查詢界面、數(shù)據(jù)報表、節(jié)點分布圖等多個功能，為上位機人員提供全面的監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，保證工作人員對不同區(qū)域各節(jié)點的電量數(shù)據(jù)信息、線損信息及故障信息進行實時監(jiān)測和統(tǒng)計，數(shù)據(jù)存儲功能可實現(xiàn)對電量數(shù)據(jù)信息、故障信息的實時存儲和調用，關口表數(shù)據(jù)監(jiān)測組態(tài)界面如圖4所示。

圖4 關口表數(shù)據(jù)監(jiān)測組態(tài)界面

3.2 Web界面全局發(fā)布

組態(tài)王軟件內置有Web界面全局發(fā)布功能[11-12]，能夠對監(jiān)測到的電量數(shù)據(jù)信息進行實時、同步的在線全局共享和網(wǎng)絡共享?；陉P口表節(jié)點數(shù)據(jù)監(jiān)測的電量線損監(jiān)測系統(tǒng)的Web界面發(fā)布全局共享結構如圖5所示。

圖5 監(jiān)測系統(tǒng)Web界面共享網(wǎng)絡圖

監(jiān)測系統(tǒng)的Web界面全局共享網(wǎng)絡采用B/S框架結構，以構建的基于關口表節(jié)點數(shù)據(jù)監(jiān)測的電量線損監(jiān)測系統(tǒng)為核心，利用Internet網(wǎng)絡或局域網(wǎng)絡將系統(tǒng)的監(jiān)測界面共享給其它技術人員及部門，不同部門和技術人員根據(jù)自身的權限等級可獲悉不同程度和范圍的系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，對于數(shù)據(jù)統(tǒng)計科室，設定權限較低，主要權限為對數(shù)據(jù)、曲線的監(jiān)測和歷史信息的查詢；對于安全部門，權限等級為中級，除了基本數(shù)據(jù)查詢權限外，還可以對設備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控；而對于技術管理部門，權限等級為高級，可通過Web界面對監(jiān)測數(shù)據(jù)的限值等參數(shù)進行修改設定[13-14]。監(jiān)測系統(tǒng)Web界面發(fā)布的實現(xiàn)提高了數(shù)據(jù)信息的全局共享能力和可視化程度，進一步完善了電網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控布局。

4 結束語

提出了一種基于關口表節(jié)點數(shù)據(jù)監(jiān)測的電量線損監(jiān)測系統(tǒng)，通過電量監(jiān)測裝置對各節(jié)點關口表電量數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測和提取，通過無線傳輸裝置匯集到采集終端，在遠傳給上位機遠程監(jiān)測系統(tǒng)，上位機通過數(shù)值分析計算得到不同供電區(qū)域的線損量，進而間接分析不同線路的線損率和故障特征，同時采用Web界面發(fā)布功能實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)和故障狀態(tài)的實時全局共享，系統(tǒng)的監(jiān)測性能良好，實現(xiàn)了不同供電區(qū)域線損量及線路故障的實時在線監(jiān)測，可對實現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的無人化監(jiān)測、提高故障檢測精度、準確計算線損率提供參考。