380V低压配电网络的实时监控系统研究

2014-04-16周兆华

机电信息 2014年12期

周兆华

（广东威恒输变电工程有限公司，广东佛山528200）

0 引言

目前，全世界共同面对的挑战主要包括2个方面，一是环境保护，二是节能减排。全球大发展对能源的需要越来越多，据统计，2050年世界能源需求量将比2007年翻2番，但到2030年对电的需求会先出现翻番现象。工业产业的发达使得全球温室效应越来越严重，全球气候越来越反常，为了还后代一个美丽的家园，我们要尽力降低二氧化碳的排放量。全世界人口急速增长，对能源需求日益增多，各国在每天、每月、每年的用电高峰期均出现了程度不同的断电和限电现象，有的时候还会出现因负荷过重导致大范围停电。该如何分配现在的能源类别以及怎样提高现代能源的综合利用率，是有效解决用电难问题的关键，所以，怎样最高效率利用电能已经成为全世界的共同追求。

由于过去的电力系统损耗严重，利用效率很低，还兼有限电、停电情况严重的缺点，所以，现在很多国家已着手大力构建智能电网系统，以提升电能的利用效率，降低电力传输的损耗。但是，该改进还要配置相应的应用在用户终端的产品和设备，这些器件要具有高效节能的特点。智能电网系统还需配套建立科技含量较高的配电监控系统，使其能够按照用电负荷的变化对配电网络进行相应的控制和调节，从而为节约电能和提高电力能源的利用率提供最有效的帮助。

目前，国内大部分配电系统中仅有一部分实行了自动化监控，这就使得大部分采用人工监控方式的配电系统中存在的故障或隐患无法被监管控制人员及时发现，并迅速加以解决。目前，我国在用的智能380V低压配电网络普遍占地面积广，功能繁多，在实际应用中造成了资源的严重浪费，加大了生产投入和维护费用。另外，这些网络的智能化程度较低，结构繁杂，如需对其进行升级，就得把整个网络重新组织安装，费时费力费钱。并且，升级时难免会给电力用户带来严重的不便，从而影响到电力企业的声誉和诚信度。

面对这些新的问题和市场需求的改变，在现有的配电微自动化网络基础上，设计出既能解决这些问题又能适应未来发展需求的380V低压配电网络实时监控系统是当务之急。

1 监控系统构成

为了实现380V低压配电网络的智能化，并且满足用户的个性化配电要求，我们提供了一种智能化、灵活性高、安全系数高、利用率高的新型实时监控系统。

1.1 硬件构成

智能化380V低压配电网络的实时监控系统主要由硬件和软件2部分构成，并通过模块化的思想进行设计。该系统的实际应用是通过硬件设备的模块化和将软件功能穿插到硬件设备中的重要思路实施的。因为模块化加强了该系统的可拓宽性，使得供电用户可以按照自己的要求进行自主配置，选择更适合自己的软硬件，优化系统构建成本。当然，模块化的设计方法也使得该系统的升级和增加供电用户、扩展网络容量都变得轻而易举，更重要的是，其不会间断对其他老用户的永久供电。

该系统的硬件主要由执行模块、信息采集模块、控制模块、通信模块和数据处理模块5部分组成。执行模块含有断路器、接触器和继电器等在电路中起关键作用的配电设备元件。信息采集模块有2种实现方式：一是独立的信息采集，比如电表计量、人机互动等都可以单独实现；二是将这些功能集合在接触器等执行模块中运行。控制模块是根据监控人员的命令向执行模块发布待执行命令的模块。一般将执行模块和控制模块安装在一起，有助于实现对负载的实时监控和命令的发布，从而高效指导执行模块的工作。通信模块既有执行模块中的内置模块，又有总线中的通信中继、转发和总线转换协议，还包括总线转化成以太网或无线通信网络的设备。数据处理模块主要由监控用主机、数据服务器和管理终端等设备组成，这些模块可以对数据进行系统性的快速处理，更有助于显示、分析、管理和处理这些信息。

以上这些硬件模块可对数据进行简单的处理和分析，并将这些数据进行传送和接收，还能独立监控所用主机或者进行通信的接口管理网络处理通信数据、执行命令。本文所述硬件网络采用分层结构，可分成网络层、站控层和现场层3层。网络层包括提供远程监控，云服务和允许远程接入网络的网关和防火墙等关键设备，还接入了远程或本地的终端设备。系统人员能够借助装有相关管理软件的可移动设备，即使没有电脑也可以随时随地对低压配电网络进行监控和管理，还能够通过供应商的服务远程诊断故障并进行处理。加入了终端设备，可更加便捷高效地监控整个低压配电网络。加入网络层，还使得备份网络中的数据更加方便，从而提高了应用云备份服务的效率。借助建立起的系统将网络数据备份到服务器，能够对多个不同地点的信息更好地进行集中管理并实现远程控制，更能提高信息管理安全性能。远程监控多用于站点较多的配电管理中，与各站点的数据联通通过因特网，网络能确保通信带宽，实时传播所需的数据量。站控层是消息管理的核心层，由通信模块和监控主机组成。通信模块的作用是将现场采集到的数据送到监控主机、服务器和其他设备。该层实现现场层上数据与监控主机间以及监控主机和网络层间的通信数据交换，并帮助实现远程遥控，智能处理常见简易故障。借助分析网络各种参数能够给出最佳配置供用户使用。监控主机完成远程站点的本地处理。现场层还有测量、执行、控制及其他设备，包括多功能仪表、采集模拟信息模块等。另外，Wi－Fi也设置在现场层，以方便管理人员快速进入系统并诊断故障。

1.2 软件构成

该系统还包括智能监管软件，其主要负责实现380V低压配电网络的信息处理和分析，还有集成显示等功能，可以搭配硬件系统实现智能380V低压配电网络的实时监控。

2 监控系统功能

2.1 采集与处理信息

它能实现遥测，包括采集实时数据和分布式数据、处理采集到的数据、动态共享资源等功能，存储容量大、速度快、备用冗余。数据采集是基础，需采集的信息包括设备的电压值、电流值、频率值、功率因数、运行状态等。存储和传送这些数据都是信息采集部分需要完成的任务，这些数据可以存储在给用户提供的云服务器中进行备份，以防外界因素干扰系统对数据的传送。将这些数据送到监控室之后，管理人员可以实时观测到这些数据的变化情况，并采取最合适的方式进行快速处理，以降低故障危害，减少其带来的危险。

2.2 实现人机互动

人机交互就是实现电脑管理界面、可移动终端设备界面还有网络中硬件系统在本地进行的人机交互这3大部分。实时监控系统具有操作简单的交互界面，能保证没有相应知识基础的供电用户能够快速理解并对管理软件进行专业操作。其中，管理人员可凭借远程监控或管理相应模块的主机实现对任意远程站点的智能控制，并使其执行简单命令，包括开合闸等，还可以随时对任意站点任意结构点的对象进行观测和监控。在执行简单的远程操控指令的时候，监控人员应该能将发布的指令传送向各个模块或者从站，以使其执行主机指令，还必须能够完成向监控室进行实时数据发送和存储的任务，从而实现对用户设备的遥控管理。

2.3 安全接入网络

随着适用范围、接入范围、拓展途径和方法的变化，必须大幅提高对该监控系统安全性的设置，才能保障实时数据的安全性，保证企业的利益和供电用户的隐私不被窃取。这就需要我们设置安全性高的入口软件，只有获得了权限才可以进入该系统的数据库，来监控、观测、处理这些用户数据和信息。而且，还要能对非法入侵或者接入进行截断或者阻止，从而促进系统自身安全保护的实现，避免非法入侵或者接入造成巨大损失。而且，在进行软件设计时要对不同级别的监控人员设置不同的权限，因为一些操作不是所有人都可以进行的。我们要尽最大可能地减少因为工作人员操作不当带来的不良危害，这样才能更好地实现该系统的高安全性和可靠性。