對于供配電設(shè)計中電力監(jiān)控系統(tǒng)的探討

深圳新能電力開發(fā)設(shè)計院有限公司 卜 偉 方鍵潮

引言

隨著中國社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，電能已作為各個領(lǐng)域生產(chǎn)的主要動力之一，在人類的生產(chǎn)生活中已離不開電力等再生能源的支持，而且需要量還將日益增大。這就要求動力系統(tǒng)必須不斷提升，同時需對現(xiàn)代化科技加以合理的運用，從而使得整個現(xiàn)代電力系統(tǒng)的功能越來越完善。如電能監(jiān)測管理系統(tǒng)，既有靈活性、保密性、穩(wěn)定性強而且可靠性高等的優(yōu)勢，同時還具備了網(wǎng)絡(luò)通信、電子繪圖、歷史數(shù)據(jù)保存記錄、身份校驗、故障告警等多項功能，所以將其運用到供配電系統(tǒng)設(shè)計中，對于整個現(xiàn)代電力系統(tǒng)水平的提升有著關(guān)鍵意義。

電力監(jiān)控系統(tǒng)屬于一個帶有較強復(fù)雜性的綜合性信息系統(tǒng)，重點是通過綜合收集電力系統(tǒng)運行中的有關(guān)數(shù)據(jù)信息，同時與供配電系統(tǒng)交互傳遞信息，以便于為供配電系統(tǒng)的正常順利工作提供保證[1]。而通過利用電力監(jiān)控系統(tǒng)的各種功能特點以及諸多優(yōu)勢，在供配電系統(tǒng)設(shè)計中大量使用了電力監(jiān)控系統(tǒng)，從而能在一定程度上使得電力系統(tǒng)運行的功能范圍得到拓展。

電力監(jiān)控系統(tǒng)中還包括了多種先進信息技術(shù)，即便是相距更遠也能夠?qū)ζ鋵嵤┍O(jiān)視，并能進行遠程收集、錄入、解析用戶信息以及有關(guān)歷史數(shù)據(jù)等，在嚴(yán)格遵循事故發(fā)生順序的基礎(chǔ)上正確地錄入信息并存檔。通過嚴(yán)密的監(jiān)視體系，可提高其安全與嚴(yán)密性，在對各種數(shù)據(jù)進行管理的同時全面地監(jiān)測電力質(zhì)量，對出現(xiàn)的問題和故障都能及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的對策處理，現(xiàn)代電力監(jiān)測體系從根本上保障了供電系統(tǒng)的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。

1 供配電系統(tǒng)中電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計要點

設(shè)計要點主要包括兩大功能模塊：低壓入線電路和主中壓入線電路的設(shè)計。在進行主中壓進線電路的設(shè)計時，要確保電力系統(tǒng)在遵守國際通訊規(guī)約基礎(chǔ)上，進行監(jiān)控系統(tǒng)的遠程控制、電力監(jiān)控和遙測工作正常進行。

對于實現(xiàn)遵守國際通訊規(guī)約的系統(tǒng)設(shè)計方面，建議在設(shè)計通信接口時，針對與監(jiān)控系統(tǒng)中其它附件設(shè)置的差異，以有關(guān)參數(shù)要求為準(zhǔn)則實行通用設(shè)置，最大程度的提高通信接口的兼容性。在此設(shè)計環(huán)節(jié)中，電路的設(shè)計應(yīng)滿足一定的精度要求，從而達到功率因數(shù)、有功電能、有功功率和電流等的作用目標(biāo)。一般規(guī)定測量的準(zhǔn)確度要超過0.5%，遙控的精度要達到0.2%。對于遙測設(shè)計，應(yīng)能保證電流、無功電能、電壓以及無功功率的測量準(zhǔn)確性，才能實現(xiàn)遙控精準(zhǔn)度的提升。

對于電能質(zhì)量檢測控制模塊的設(shè)計，應(yīng)保證系統(tǒng)在正常工作時，不產(chǎn)生頻率過高、影響系統(tǒng)檢測控制的單次諧波。通常將單次諧波頻率控制在63Hz。當(dāng)外界影響處在上述頻率數(shù)值時，則不會對系統(tǒng)的電能質(zhì)量檢測產(chǎn)生影響。

此外，此系統(tǒng)在工作時，要重點監(jiān)測系統(tǒng)的電壓突變情況，以實現(xiàn)系統(tǒng)電壓的平穩(wěn)輸出，保證系統(tǒng)整體運行的穩(wěn)定性。一種先進的電力監(jiān)測裝置也可達到科研目的，所以建議在電力監(jiān)測系統(tǒng)中增加單件諧波分析和電壓涌浪、驟降等分析程序，將充分引入的智能、自動監(jiān)控系統(tǒng)運用于監(jiān)測裝置的設(shè)計中，在設(shè)計規(guī)范要求的通信接口時也應(yīng)根據(jù)通信規(guī)約加以設(shè)定。

2 供配電設(shè)計中智能化配電監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

2.1 智能配電監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計

隨著供電監(jiān)控系統(tǒng)的不斷發(fā)展，企業(yè)想要快速實現(xiàn)信息全覆蓋的配電監(jiān)控系統(tǒng)，就需進一步開發(fā)智能配電監(jiān)控系統(tǒng)，使整個監(jiān)控體系的信息實現(xiàn)自動化監(jiān)控管理。這就需要供電企業(yè)對智能化配電監(jiān)控系統(tǒng)進行全新的設(shè)計與開發(fā)，針對現(xiàn)有的技術(shù)手段及企業(yè)的需求應(yīng)用各種智能化設(shè)備，并需進一步與現(xiàn)有監(jiān)控設(shè)備進行適配，使智能配電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與傳統(tǒng)配電管理設(shè)備實現(xiàn)順利過渡。這就需對監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建采取智能化的構(gòu)建方式，使企業(yè)供電信息監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)信息共享。

在設(shè)計智能配電監(jiān)控系統(tǒng)時，由于當(dāng)前的技術(shù)尚不成熟，部分設(shè)備還不能夠完全支持系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，所以在設(shè)計的過程中，要基于現(xiàn)有的智能設(shè)備進行合理的設(shè)計。監(jiān)控系統(tǒng)在底層設(shè)計時，針對現(xiàn)場的總線數(shù)據(jù)傳輸問題，可采取現(xiàn)有的技術(shù)手段，利用C/S 的系統(tǒng)構(gòu)架來進一步完善智能化監(jiān)控系統(tǒng)的搭建工作。

2.2 智能配電監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控平臺選擇

智能配電監(jiān)控系統(tǒng)中所涉及到的系統(tǒng)監(jiān)控平臺選擇，通常分為現(xiàn)場監(jiān)控平臺和網(wǎng)關(guān)服務(wù)器兩部分。在功能優(yōu)勢上有所不同，對于現(xiàn)場監(jiān)控平臺系統(tǒng)主要是依靠后期的軟件開發(fā)的便利性，而網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的系統(tǒng)主要針對的是實時性能以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對于監(jiān)控平臺系統(tǒng)的選擇方面，主要是根據(jù)不同功能的要求以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性進行選擇。

智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)的工作模式主要是通過現(xiàn)場的總線或以太網(wǎng)來連接底層的智能化設(shè)備，實現(xiàn)信息的共享，從而幫助助配電管理部門定時的采取相對應(yīng)的監(jiān)控數(shù)據(jù)。通過上層軟件來發(fā)送相關(guān)指令，及時地對數(shù)據(jù)進行解析和儲存，實現(xiàn)監(jiān)控畫面的實時顯示。智能監(jiān)控系統(tǒng)支持瀏覽器遠端監(jiān)控，進一步提高配電監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。同時利用網(wǎng)關(guān)服務(wù)器進行智能化監(jiān)控，即使服務(wù)器發(fā)生故障也不會影響數(shù)據(jù)的采集工作，在一定程度上保證系統(tǒng)的運行安全和穩(wěn)定。

2.3 智能配電監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)主要通過配電管理軟件、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、現(xiàn)場設(shè)備以及現(xiàn)場監(jiān)控平臺等設(shè)備組成，將監(jiān)控數(shù)據(jù)信息分析、圖像化展示和資料的儲存等功能結(jié)合于一體，并對監(jiān)控系統(tǒng)的頁面管理、電流電壓曲線、斷路遙感界面以及其他電力數(shù)據(jù)參數(shù)和數(shù)據(jù)報表、故障記錄等信息集中一體化儲存。智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，使得不同的數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、實時操作等工作通過網(wǎng)關(guān)服務(wù)器實現(xiàn)統(tǒng)一的管理，并將采集到的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)的方式進行傳輸，以便于加強監(jiān)控系統(tǒng)的靈活性。

智能化電力監(jiān)控系統(tǒng)的底層設(shè)備連接多元化的，通過以太網(wǎng)接收的數(shù)據(jù)信息對現(xiàn)場的電路數(shù)據(jù)實現(xiàn)實時收集，并將其發(fā)送到監(jiān)控管理部門，實現(xiàn)電力數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控。配電監(jiān)控系統(tǒng)是電力工程建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，供電監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性對于供電系統(tǒng)的發(fā)展有著重要的作用，智能化配電監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)以及人工智能等多種新型科學(xué)技術(shù)集中一體化發(fā)展，實現(xiàn)電力監(jiān)控領(lǐng)域的創(chuàng)新性改革，增強了電力監(jiān)控系統(tǒng)的實用性，彌補了傳統(tǒng)供電領(lǐng)域的弊端。

智能化的電力監(jiān)控系統(tǒng)有效地提升了供配電系統(tǒng)的自控能力，促進了無人值守變電站發(fā)展的進程，進一步增強了供配電監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，加強了數(shù)據(jù)收集的靈敏度。隨著我國電力工業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展和智能配電監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，進一步促進了我國低壓智能配電監(jiān)控系統(tǒng)的快速發(fā)展，極大地提高了我國供配電系統(tǒng)的智能化進程，進一步促進供配電系統(tǒng)的監(jiān)控功能和模式。

3 供配電設(shè)計中電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 電力監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)選擇

在供配電系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)用的第一個環(huán)節(jié)就是對電網(wǎng)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲架構(gòu)進行選擇。目前，出現(xiàn)頻率比較高的網(wǎng)路拓撲架構(gòu)主要有星狀架構(gòu)、樹型架構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)等三種型式。

星型架構(gòu)是最早期發(fā)現(xiàn)的一類連接方法，它還是現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計中使用范圍較為廣泛的一種架構(gòu)。由于星形網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中中央節(jié)點直接控制著其余的每個節(jié)點，所以其中心節(jié)點就需要聯(lián)系計算機網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點，這樣就必須對線路進行更大規(guī)模的布置，提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)成本。在實際使用星形架構(gòu)的過程中，為使集中連線更為簡單，往往會將交換作為中心節(jié)點。因為星形架構(gòu)的集中性較強，所以它雖然延時小、控制簡單、誤差少，但是中心系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全一定要時時維護，不然將會產(chǎn)生牽一發(fā)而動全身的情況，從而對整體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)產(chǎn)生危害。

樹型架構(gòu)同樣是屬于集中控制型網(wǎng)絡(luò)，但是相比于星狀架構(gòu)它能夠?qū)崿F(xiàn)分層。通常情況下樹型架構(gòu)通信線路的面積較小，這對于網(wǎng)絡(luò)前期建造成本的降低有一些影響，同時在分層的情形下也推動了節(jié)點的擴展。另外，查找路由簡單也是樹型架構(gòu)的最大優(yōu)點之一。但樹型架構(gòu)也具有相應(yīng)的弊端，就是除了通過葉子節(jié)點與之連接的線路，其他節(jié)點線路如生了問題甚至故障就會影響到整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定工作。

由于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的所有節(jié)點都在傳輸線的基座上相互連接，每一節(jié)點間又聯(lián)系著另外的至少二個節(jié)點，所以具備了很大的穩(wěn)定性和可靠性，但其建造成本卻相當(dāng)昂貴。若要建造較高穩(wěn)定性的控制系統(tǒng)，以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為首要選項。另外，由于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也可采用多路徑方式來設(shè)計，這樣減少了沖突和堵塞等問題的出現(xiàn)概率。在局部發(fā)生故障時不至于影響到整體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的正常工作。所以在進行供配電工程設(shè)計時，對其供電及監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲構(gòu)造，通常選用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)方案的設(shè)計思維

網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計是供配電設(shè)計中運用電力監(jiān)控系統(tǒng)的一項相當(dāng)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，由于網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計的科學(xué)合理和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運作效果密切相關(guān)，同時也會在一定程度上影響到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運營的成本[2]。所以，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案設(shè)計的合理性與科學(xué)性都一定要有所保證。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運作的可靠性與安全是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案設(shè)計必須著重考量的因素，在此基礎(chǔ)上再思考怎樣降低成本與提高效率，進而進行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案設(shè)計。例如當(dāng)監(jiān)控設(shè)施數(shù)量過多而導(dǎo)致管理復(fù)雜度增加時，可分路合并現(xiàn)場監(jiān)視層內(nèi)的設(shè)施，將其統(tǒng)一并入總路中，然后將之與監(jiān)視主機相連，由此來完成自動化管理設(shè)備。

3.3 設(shè)置管理權(quán)限保證系統(tǒng)穩(wěn)定

在供配電設(shè)備正常工作的期間，應(yīng)用電力監(jiān)控管理系統(tǒng)就能即時監(jiān)測其工作狀況。而用電監(jiān)測管理系統(tǒng)還須設(shè)有系統(tǒng)管理職責(zé)，由工作人員按照自身授權(quán)來對系統(tǒng)實施管理操作。在這樣可根據(jù)不同工作人員實際需要的基礎(chǔ)上區(qū)分系統(tǒng)的管理職責(zé)為低等級與高等級，而等級越高的管理職責(zé)所掌握權(quán)限就更多，這樣既能夠為合理地分配系統(tǒng)的管理職責(zé)提供了保證，同時又給工作能力強、專業(yè)度高的管理人員帶來了更多的權(quán)利，并由此提高了電力監(jiān)控系統(tǒng)管理的工作效率和服務(wù)質(zhì)量，也提高了系統(tǒng)管理工作的可靠性和穩(wěn)定性。

而且在特定條件下，還能夠通過后臺管理來設(shè)定電力監(jiān)測系統(tǒng)，并由此來及時地發(fā)現(xiàn)了一些常用的故障問題并進行處理，不但便于了供配電設(shè)計管理人員的查看和更改有關(guān)信息，而且也在較大程度上減少了管理系統(tǒng)的運維成本。

3.4 設(shè)計數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)分析收集對供配電電力監(jiān)測系統(tǒng)的工程設(shè)計具有關(guān)鍵的意義，因為數(shù)據(jù)分析是支持起整體監(jiān)測業(yè)務(wù)正常進行的重要基石。而一旦控制系統(tǒng)離開了數(shù)據(jù)管理的基礎(chǔ)，將永遠無法正常運行，同時也會影響到供配電系統(tǒng)的設(shè)備。所以供電監(jiān)控系統(tǒng)必須監(jiān)督和管理整體供配電系統(tǒng)流程，是其產(chǎn)生的原因和目的，而收集有關(guān)數(shù)據(jù)分析又是其管理工作的核心。必須合理地設(shè)計好供電監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析收集模塊，如此才可為數(shù)據(jù)分析收集的高效性和完整性提供保證。

又因為所有從外界收集來的各種數(shù)據(jù)消息都是輸出消息，因此可利用A/D 轉(zhuǎn)化器把輸出消息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，這樣一來在監(jiān)控主機讀出消息時也就比較容易。在選用A/D 轉(zhuǎn)化器時可選用12位A/D轉(zhuǎn)化器，其相對于其他類型價格比最高。

4 結(jié)語

總結(jié)而言，在供配電設(shè)計中合理應(yīng)用電力監(jiān)控系統(tǒng)，對于其穩(wěn)定可靠地運行有著良好的促進作用，并且由于電力監(jiān)控系統(tǒng)具備了多種多樣的功能，因此其應(yīng)用領(lǐng)域也比較廣泛。在實際進行供配電設(shè)計過程中，設(shè)計人員首先要考慮的目標(biāo)就是電力監(jiān)控系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性，同時更加深入地認(rèn)識和了解電力監(jiān)控系統(tǒng)在供配電設(shè)計中的作用，從而做出科學(xué)合理的供配電設(shè)計，以此來為電力事業(yè)的順利穩(wěn)定發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。