智能監(jiān)控終端在配電網(wǎng)中的應(yīng)用研究

黃亞莉 李緒龍

摘要：文章針對智能監(jiān)控終端及其在配電網(wǎng)中的應(yīng)用進(jìn)行研究與分析，解析配電網(wǎng)智能化建設(shè)現(xiàn)狀，能監(jiān)控終端有助于配電網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行，且在近年來得到了長足發(fā)展。智能配網(wǎng)在應(yīng)用中面臨的難題與困難，針對現(xiàn)狀提出智能監(jiān)控終端在配電網(wǎng)中的應(yīng)用實證。

關(guān)鍵詞：智能監(jiān)控終端，配電網(wǎng)，安全性

0背景

智能電網(wǎng)主要是運(yùn)用智能化的技術(shù)手段和先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將電力企業(yè)的各種設(shè)備、生產(chǎn)任務(wù)、控制系統(tǒng)等有機(jī)地聯(lián)系在一起。相比于傳統(tǒng)配電技術(shù)，智能配電網(wǎng)具有可自愈能力強(qiáng)、安全系數(shù)高、電能質(zhì)量優(yōu)等特征，并支持配電網(wǎng)直接面向用戶、配電和用電的信息化管理、配電網(wǎng)和設(shè)備的可視化管理等。配電網(wǎng)處于電力系統(tǒng)未端，直接向工業(yè)企業(yè)及電力用戶供應(yīng)和分配電能，其穩(wěn)定性和可靠性對于工業(yè)生產(chǎn)來說是至關(guān)重要的。為提高供電穩(wěn)定性和可靠性，對其運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的，實時的在線監(jiān)測是配電網(wǎng)智能化的一個重要方面。配電能監(jiān)控終端是一種對配電網(wǎng)進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集與控制的自動化終端設(shè)備，并通過通信網(wǎng)絡(luò)，將采集的數(shù)據(jù)向上一級服務(wù)器傳輸。所謂監(jiān)控終端的智能化，就是以嵌入式信息處理技術(shù)和通信信息平臺為支撐，以智能控制為手段，實現(xiàn)的高度一體化融合。

要實現(xiàn)配電網(wǎng)的智能化，首先需要做到信息化，將所有可能影響配電運(yùn)行的數(shù)據(jù)和信息，采集后經(jīng)專用計算機(jī)平臺和軟件集中分析，實現(xiàn)對配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備工況和用電質(zhì)量等參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。能監(jiān)控終端的功能主要包括以下三方面。首先是對低壓饋電線路的電壓電流進(jìn)行監(jiān)測，記錄每日峰值電壓，過載、欠壓等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對配電臺區(qū)工況的監(jiān)測，其次是對狀態(tài)量的監(jiān)測與控制，終端實時記錄漏電保護(hù)開關(guān)投切開關(guān)的動作時間及頻率，并采用綜合自適應(yīng)控制方法自動調(diào)整相關(guān)控制系統(tǒng)參數(shù)實現(xiàn)先投先切和循環(huán)投切功能，再次就是防盜監(jiān)測功能，終端通過液位傳感器和數(shù)字式溫度傳感器采集配變的油位和油溫，判斷是否正常運(yùn)行。

1.智能監(jiān)控終端在配電網(wǎng)中的應(yīng)用及功能需求

我國地域遼闊也導(dǎo)致配電網(wǎng)環(huán)境呈現(xiàn)出多樣性，不同地區(qū)、不同環(huán)境對監(jiān)控終端具有不同要求，在進(jìn)行配電網(wǎng)智能監(jiān)控終端設(shè)計中需要和實際相結(jié)合，根據(jù)實際需求設(shè)計、研發(fā)功能。尤其是對于農(nóng)村配電網(wǎng)和城市配電網(wǎng)具有顯著差異。

1.1農(nóng)村配電網(wǎng)能監(jiān)控終端建設(shè)

農(nóng)村配電網(wǎng)特點：（1）農(nóng)村配電網(wǎng)中電力負(fù)荷相對較低，電網(wǎng)負(fù)荷密度和城市配電網(wǎng)相比，密度低，但在農(nóng)村中，早晚電力負(fù)荷差異顯著。（2）農(nóng)村，尤其是偏遠(yuǎn)山區(qū)的電力環(huán)境比較惡劣、復(fù)雜，存在絕緣狀況差的問題，這些問題導(dǎo)致漏電保護(hù)裝置跳閘頻繁問題突出。（3）在農(nóng)村地區(qū)還存在低壓線路損壞、變壓器及相關(guān)設(shè)備被盜竊的現(xiàn)象。（4）目前，我國農(nóng)村地區(qū)的極大一部分電力工作人員的文化程度低，專業(yè)素養(yǎng)有所欠缺，對于復(fù)雜的新型設(shè)備檢修、維護(hù)經(jīng)驗不足。

1.2城市配電網(wǎng)能監(jiān)控終端建設(shè)

城市配電網(wǎng)特點：（1）和農(nóng)村配電網(wǎng)相比，城市配電網(wǎng)的自動化水平較高。（2）城市配電網(wǎng)中用電量大，供電需求多，存在一級、二級負(fù)荷，因此，對供電質(zhì)量、供電可靠性具有較高要求。（3）城市配電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)水平較高，引入大量新型電力電子設(shè)備，而且具有大量的非線性負(fù)荷和感性負(fù)荷，需要頻繁投切無功補(bǔ)償裝置。

2.配電網(wǎng)智能終端建設(shè)

基于配電網(wǎng)中發(fā)展的差異，配電網(wǎng)監(jiān)控終端設(shè)計也必須要根據(jù)實際需求和特點進(jìn)行差異化設(shè)計。針對農(nóng)村配電網(wǎng)建設(shè)中存在的問題，進(jìn)行針對性優(yōu)化，提高操作人員和電力工作人員的文化水平和專業(yè)素養(yǎng)，加強(qiáng)GPRS通信建設(shè)，提高人機(jī)交互界面建設(shè)水平。城市供電網(wǎng)中，應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)控系統(tǒng)終端可靠性建設(shè)，增設(shè)更加靈活的投切無功補(bǔ)償裝置，提高監(jiān)控終端應(yīng)用質(zhì)量。對不同地區(qū)對監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)控終端功能需求具有一定差異，但基本功能具有一致性，能夠?qū)崿F(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)實時監(jiān)控，并具有應(yīng)急報警、控制功能，具有“四遙”功能。信息采集模塊的主要功能是實現(xiàn)電力系統(tǒng)中電壓、開關(guān)狀況以及電流等電力信息的采集，并將采集到的信息傳遞到控制芯片中進(jìn)行深度分析處理。

2.1智能監(jiān)控終端設(shè)計

智能監(jiān)控終端包括模擬量輸入模塊、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊、主控器模塊和無線通信模塊。模擬量輸入模塊負(fù)責(zé)采集電網(wǎng)三相電壓、三相電流、三相總有功功率、三相總無功功率、功率因數(shù)和電網(wǎng)頻率。智能監(jiān)控終端的無線通信模塊的功能如下。廣播入網(wǎng)請求消息，加入數(shù)據(jù)中心設(shè)備設(shè)定好的無線通信網(wǎng)絡(luò)。具有范圍擴(kuò)展功能的終端在無線接收到不是發(fā)給自身的數(shù)據(jù)時，進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。將電網(wǎng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)上發(fā)至數(shù)據(jù)中心設(shè)備，接收從數(shù)據(jù)中心設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)的監(jiān)控主機(jī)下發(fā)的命令。檢測周邊通信環(huán)境噪聲干擾強(qiáng)弱，決定是否提出通信信道切換請求。

2.2信息采集模塊設(shè)計

電力參數(shù)測量的準(zhǔn)確性是整個監(jiān)控系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)。參數(shù)采集主要通過高速交流采樣，實時監(jiān)測三相電壓、三相電流、有功及無功等模擬量，以及各路斷路器、隔離開關(guān)等開入量。但隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，大量的電力電子設(shè)備及非線性負(fù)荷的投入，電力系統(tǒng)的復(fù)雜性增加了，諧波污染和各種干擾也是不得不考慮的問題。因此，信息采集模塊不但要具備抗干擾能力，還應(yīng)具備數(shù)據(jù)分析和處理能力，實現(xiàn)對有用信號的提取和分析。

2.3通信模塊設(shè)計

通信由于受外界信號和噪聲干擾很大，并且接線復(fù)雜，基于電力線載波的監(jiān)控系統(tǒng)越來越少。通信與GPRS通信由于較高的穩(wěn)定性和適應(yīng)性，正在被廣泛地應(yīng)用。在變電站的監(jiān)控系統(tǒng)中，智能設(shè)備較多，需要把各種智能設(shè)備連接起來?，F(xiàn)在較為成熟的是采用現(xiàn)場總線來構(gòu)建底層網(wǎng)絡(luò)，采用網(wǎng)來進(jìn)行上層數(shù)據(jù)的傳輸。這種通信結(jié)構(gòu)技術(shù)較為成熟，系統(tǒng)的開發(fā)周期也相應(yīng)縮短，即使在惡劣的環(huán)境中也能保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的可靠性和穩(wěn)定性。

2.4功能模塊軟件

軟件的質(zhì)量對整個系統(tǒng)的功能、性能指標(biāo)會產(chǎn)生很大的影響。為了提高軟件設(shè)計的質(zhì)量，在進(jìn)行軟件設(shè)計時應(yīng)以結(jié)構(gòu)化和模塊化為原則，將軟件按功能劃分若干個獨立模塊，每個獨立模塊由相應(yīng)的函數(shù)來實現(xiàn)，最終由主程序來統(tǒng)一協(xié)調(diào)調(diào)度。其中包括負(fù)責(zé)統(tǒng)籌管理的主程序、初始化模塊、界面管理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、輸出控制模塊、顯示控制模塊、鍵盤控制模塊等等。主程序?qū)⒏髂K有機(jī)地統(tǒng)一連成一個整體，處理各個功能模塊之間的調(diào)度，使系統(tǒng)能穩(wěn)定高效地運(yùn)行。

3.結(jié)語

智能配電網(wǎng)將具有更高的供電可靠性、更優(yōu)質(zhì)的電能質(zhì)量、更好的兼容性、更強(qiáng)的互動能力、更高的電網(wǎng)資產(chǎn)利用率和更加集成的可視化信息系統(tǒng)，但同時也面臨著許多新的問題與挑戰(zhàn)。配電系統(tǒng)中存在的眾多因素的不確定性、不同裝置動態(tài)響應(yīng)的多時間尺度性、配網(wǎng)中的互動特性、系統(tǒng)復(fù)雜運(yùn)行狀態(tài)所具有的時序性和混雜性等，都對配電網(wǎng)的分析、運(yùn)行、管理水平提出了更高的要求。尤其是隨著配電網(wǎng)智能化水平的提高以及與用戶側(cè)交互程度的加深，智能配用電系統(tǒng)將涉及海量數(shù)據(jù)的處理分析，更加劇了相關(guān)問題的復(fù)雜性。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、高性能計算技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、人工智能技術(shù)等前沿科技的不斷創(chuàng)新將對智能配電網(wǎng)的發(fā)展形成有力推動，也為智能配電網(wǎng)的推廣提供巨大機(jī)遇。

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