電子廠房的電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

王毅，歐麗

（世源科技工程有限公司，北京，100142）

0 引言

近幾年，電子廠房對電力資源供應(yīng)系統(tǒng)的可靠性、安全性、連續(xù)性提出了更高的要求，電子廠房電力系統(tǒng)管理也邁入了信息化、集中化階段。根據(jù)電子廠房的生產(chǎn)管理要求，在廠房電力資源供應(yīng)系統(tǒng)中設(shè)計、安裝電力監(jiān)控系統(tǒng)，已成為解決電力企業(yè)在電力系統(tǒng)平穩(wěn)應(yīng)用方面的基本需求問題、擺脫窘迫境遇的必然舉措。

1 電子廠房的電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計項目

電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)項目主體為一個變電所，負(fù)責(zé)對變電所內(nèi)0.4kV、10.0kV配電系統(tǒng)中的電力能源進(jìn)行管控。即在廠房監(jiān)控系統(tǒng)的輔助下，完成變電所運行管理以及對廠房物業(yè)、配電維護(hù)作業(yè)。電力能源配置模塊主要能源耗費回路測量任務(wù)的完成主要通過對照工礦企業(yè)、電力系統(tǒng)、公共設(shè)施、智能設(shè)備的電力能源監(jiān)控需求，進(jìn)行以ACR系列多功能電能表為基本單元的網(wǎng)絡(luò)電力儀表的設(shè)計，需要具備有功功率、三相電壓、頻率、無功功率、電流、無功電度、功率因數(shù)、有功電度等常規(guī)電路參數(shù)測量功能。同時經(jīng)具有兩路光電隔離開關(guān)量的輸入節(jié)點，配合智能斷路器，實現(xiàn)斷路器的遙信操控。

2 電子廠房的電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計用技術(shù)

2.1 多線程采集技術(shù)

多線程數(shù)據(jù)采集技術(shù)主要是面向大量用戶，利用多線程機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)實時采集，可提高系統(tǒng)資源利用率、執(zhí)行效率，彌補簡單輪詢法的應(yīng)用缺陷。電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集層主要涉及了電力數(shù)據(jù)采集主線程、監(jiān)聽線程、數(shù)據(jù)采集線程三個線程。其中電力數(shù)據(jù)采集主線程主要是通過數(shù)據(jù)庫讀取電力黑匣子IP地址（Internet Protocol Address，網(wǎng)際協(xié)議地址）、序列號、端口等配置信息后存入內(nèi)存，同時創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集、監(jiān)聽線程，并將遠(yuǎn)程開關(guān)控制、配置文件讀寫等定義在主線程內(nèi)；監(jiān)聽線程主要是根據(jù)電網(wǎng)IP地址資源緊缺導(dǎo)致的數(shù)據(jù)節(jié)點網(wǎng)絡(luò)地址不穩(wěn)現(xiàn)狀，以上位機(jī)、黑匣子間數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議為主導(dǎo)，以黑匣子重啟時刻為本級序列號發(fā)送依據(jù)，直至接收到上位機(jī)確認(rèn)信息為止；數(shù)據(jù)采集線程主要是遠(yuǎn)程向電力黑匣子請求實時數(shù)據(jù)。即在定義最優(yōu)數(shù)據(jù)采集子線程力度的前提下，經(jīng)多線程管理器，將配置信息列表劃分為長度與采集力度一致的若干個子列表。逐次類推，直至完成對全部數(shù)據(jù)的一次性采集。

2.2 狀態(tài)診斷技術(shù)

電力狀態(tài)診斷技術(shù)主要是以輸電線路、變壓器等電力元器件故障實時診斷為目標(biāo)，將電力系統(tǒng)的狀態(tài)劃分為檢查、正常、緊急、注意幾個等級，允許相應(yīng)權(quán)限等級內(nèi)管理者對整體狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測并查看系統(tǒng)具體細(xì)節(jié)。同時依據(jù)系統(tǒng)指數(shù)化描述的思想，通過品質(zhì)指數(shù)（功率因數(shù)、頻率、電壓波形畸變率等）、安全指數(shù)（過電流、變壓器溫度、漏泄電流、過電壓、高壓線路溫度等）、綜合指數(shù)（能源、安全、品質(zhì)加權(quán)計算）、能源指數(shù)（平均功率因數(shù)、使用電力量、無效電力損失、變壓器損失等）的分析，判定每一項電力指數(shù)是否位于正常區(qū)間內(nèi)。

3 電子廠房的電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計過程

3.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

在電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計時，主要采用分層模塊化思想，設(shè)計含系統(tǒng)應(yīng)用層（權(quán)限管理、電子地圖、報警現(xiàn)況、客戶管理、環(huán)境設(shè)置、分析預(yù)測、日常運轉(zhuǎn)）、用戶接入層（平臺服務(wù)、客戶服務(wù)）、物理層（電力黑匣子）、數(shù)據(jù)采集層（通信連接→消息訪問→數(shù)據(jù)采集）的軟件體系結(jié)構(gòu)[1]。同時根據(jù)業(yè)務(wù)對象之間的關(guān)聯(lián)程度，遵循“高內(nèi)聚合、低度耦合”的理念，將電力監(jiān)控系統(tǒng)劃分為若干個耦合度低、結(jié)構(gòu)清晰的子模塊，降低后期維護(hù)管理難度。比如，數(shù)據(jù)采集層可以通過通信連接模塊與電力黑匣子進(jìn)行通信連接的構(gòu)建，而消息訪問封裝則可以與電力黑匣子之間進(jìn)行信息交互。

圖1 電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 電力監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)功能主要包括電量遙測、參數(shù)抄表、歷史查詢、遙信報警幾個部分[2]。其中電量遙測主要根據(jù)低壓配電二次圖，遠(yuǎn)端測量電流、頻率、電能、功率、三相電壓、功率因數(shù)等電參量。同時根據(jù)配出回路的三相電流，實時顯示開關(guān)合閘運行狀態(tài)、分閘運行狀態(tài)、通信故障報警以及斷路器變位報警信號，以便廠房管理者可以第一時間發(fā)現(xiàn)并解決故障。

參數(shù)抄表主要是以低壓各出線回路電參數(shù)為對象，在其進(jìn)線時，進(jìn)行任何時刻的三相電流、變壓器溫度、有功電度、有功功率數(shù)值查詢。同時將回路名稱與數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，便于數(shù)據(jù)導(dǎo)出、名稱更改及報表打印。

歷史查詢主要是選擇任意時間段，對電度累計數(shù)值進(jìn)行查詢。

遙信報警主要是在監(jiān)控低壓各出線回路開關(guān)運行狀態(tài)、負(fù)載進(jìn)線監(jiān)控的過程中，以負(fù)載越限、開關(guān)變位為指標(biāo)，彈出含具體報警位置、聲音的報警界面。對于負(fù)載越限而言，廠房管理者可以根據(jù)現(xiàn)有權(quán)限，查詢歷史記錄，進(jìn)行相關(guān)數(shù)值的自由設(shè)置。具體如表1所示。

表1 電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)遙信報警數(shù)據(jù)（局部）

3.3 電力監(jiān)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫

考慮到電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)后期維護(hù)開發(fā)需要，可以在構(gòu)件化設(shè)計思想的指導(dǎo)下，單獨開發(fā)具有較高相關(guān)性的軟件構(gòu)件，并在各構(gòu)件間設(shè)置接口，便于同步調(diào)用[3]。電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)主要包括客戶信息管理（定義客戶、信息查詢、客戶維護(hù)）、報警管理（報警、歷史查詢）、診斷管理（自我診斷、電力狀態(tài)診斷）、日常運轉(zhuǎn)（實時監(jiān)控、系統(tǒng)圖）、黑匣子通信管理（配置數(shù)據(jù)讀寫、采集、交互）、設(shè)備管理（虛擬儀表定義、查詢）、數(shù)據(jù)處理（報警計算、數(shù)據(jù)解析、電力狀態(tài)解析）、通訊連接（上位機(jī)、下位機(jī)無線通信）、標(biāo)準(zhǔn)信息管理（參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)、指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)定義及管理）、管理員維護(hù)、文件服務(wù)（配置文件解析、功能更新）等幾個業(yè)務(wù)構(gòu)件。各業(yè)務(wù)構(gòu)件之間存在一定業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)，但關(guān)聯(lián)程度具有較大差異。其中數(shù)據(jù)處理模塊與其他業(yè)務(wù)構(gòu)件具有最多關(guān)聯(lián)關(guān)系，是核心構(gòu)件，可以保障系統(tǒng)應(yīng)用展示層中電力數(shù)據(jù)的基本來源一定。

根據(jù)電子廠房電力監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)有業(yè)務(wù)構(gòu)件間依賴關(guān)系，可以初步確定系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)表，經(jīng)過編碼后，可以形成完整的數(shù)據(jù)庫。比如黑匣子數(shù)據(jù)表、客戶數(shù)據(jù)表等代表電力系統(tǒng)中物理設(shè)備的數(shù)據(jù)表，可以展示電力設(shè)備間交互干系，存儲相關(guān)配置信息、電力設(shè)備基本信息；而系統(tǒng)圖、實時數(shù)據(jù)表則用于存儲系統(tǒng)中經(jīng)過計算、分析、處理的電力信息，為報表預(yù)測提供依據(jù)。

4 總結(jié)

電力監(jiān)控系統(tǒng)是電子廠房電力資源管理的主要工具之一，可以依靠現(xiàn)場監(jiān)控儀器實時面向電力回路收集數(shù)據(jù)，為電子廠房的連續(xù)平穩(wěn)、可靠運行提供支持。因此，技術(shù)人員應(yīng)依據(jù)電子廠房平面分布，從低壓配電線路、高壓配電線路、UPS系統(tǒng)等方面，進(jìn)行監(jiān)控模塊的規(guī)劃及構(gòu)件關(guān)聯(lián)方式的選擇。隨后依據(jù)配電屏組成，結(jié)合現(xiàn)場監(jiān)控要求，確定最終通信方案，為電力系統(tǒng)信息的集中管理提供支持。