基于分层分布式网络结构的智能电网监控系统

吴楚珊++张德刚

摘要：基于分层分布式网络结构的智能电网监控系统，分为管理层、间隔层、通讯层三个部分，根据用户的负荷分布情况，该监控系统制定了合理的硬件控制方案和智能软件监控界面，系统能够在主控室实现对各个变配电站进行遥测、遥信、遥控、遥调，实现“四遥”功能， 对电气设备的各个运行状态进行实时监控，该高、低压供配电微机监控系统具有高效、安全、可靠、经济、可扩展高等特点。

关键词：智能电网；分层分布式；监控系统；组态界面

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）17-0167-02

Smart Grid Monitoring System Based on the Hierarchical and Distributed Network Structure

WU Chu-shan1， ZHANG De-gan2

（1.Guangdong AIB Polytechnic College， Guangzhou 510507， China； 2. Guangzhou Zhonghao Control Technology Co.，Ltd.， Guangzhou 510070， China）

Abstract： The smart grid monitoring system based on the hierarchical and distributed network structure， divided into three parts： management layer， spacer layer and communication layer. According to the load distribution of the user， the monitoring system uses a reasonable hardware control scheme and intelligent software monitoring interface， this system can achieve the main control room of each substation and power distribution station telemetry， achieve the “four remote functions：remote communication， remote control， remote adjustment， can make real-time monitoring of the operation status of the electrical equipment.The high and low voltage power supply and distribution microcomputer monitoring system is efficient， safe， reliable， economical， high expansion.

Key words： Smart grid； layered and distributed； monitoring system； configuration interface

随着计算机、网络、控制、通讯、显示等技术的快速发展和广泛应用，变电站综合自动化系统在广阔的工业技术领域和服务行业中的应用日益增多。事实上，完善的管理已经离不开状态监控和处理系统[1]。在变配电管理的各类变电站中，智能电网监控系统是现代化企业实施电力运行科学管理、减员增效的有力工具，也是企业网络化、信息化建设的重要组成部分[2]。

1 总体结构设计

该智能电网监控系统的设计基于分层分布式网络结构[3]，将变电站自动化系统分为管理层、间隔层、通讯层三个部分[4]，面向车间里的各个电气设备。

1.1管理层

监控主机采用高性能计算机，具有良好的可靠性、实时性及可扩展性，可完成供配电系统智能化运行管理。中心管理层和站级管理层之间的主干通讯网络采用光纤以太网网络结构。该监控系统有严格的密码保护功能，同时还具有严格的权限等级管理功能，不同级别的操作员都有不同的权限限制，当具有遥控操作权限的运行人员输入正确的密码和操作监护指令后，才能对下位机进行操作控制，如控制断路器和开关的合、分闸操作、保护软压板的投入切换、保护信号的远距离复归等，另外系统还能够自动生成操作记录[3]。

同时可通过监控主机由键盘和鼠标对变配电设备进行遥控操作，通过监控主机发出控制命令，系统自动校验操作者的操作权限及口令后，方能实现断路器和开关的合、分闸操作。对于每次遥控操作，系统均对操作人、操作时间及操作类型进行记录，自动生成遥控操作记录，并将记录存盘，如图2所示。

1.2间隔层

由微机综合保护装置、变压器温控装置、直流屏智能监控装置构成。这些装置结成多条总线型链路与站级管理层的主控单元通讯。

1.3通讯层

从供电系统可靠性以及系统的有效保护和快速响应性考虑，同时使其有专用通讯线路通道，该监控系统采用基于TCP/IP协议的光纤网络和RS485双绞线网络[3]。

2 硬件设计

根据负荷分布情况，本项目共有变配电所四座，分别为位于同一层的1#、2#变电所、不同层的3#变电所和4#变电所。本设计在1号变电所设置监控主机，在2号、3号、4号变配电所分别设置智能通信管理器实现通信上传功能。在高压断路器柜及低压进线柜、联络柜以及出线回路设置智能监控装置，对电流、电压、功率因数、有功功率、无功功率等进行监控。

根据用户的需求，本方案的负载自动控制系统将实现外部供电不足时，对指定的三级负荷进行自动减载，具体实现方式如下所述。

1）仅有一路外电供给时，对空调负荷的切除

该保护装置可以进行逻辑编程，非常可靠地实现三电源进线之间的备自投逻辑。当保护装置检测出仅有1路外电供给时，会发出跳闸指令，使T5～T8的变压器出线断路器跳开，从而切除2#变电所的5～8#变压器所有空调负荷。

2）对低压三级负荷的自动减载

切除空调负荷之后，需要检测其他各个变压器的输出功率是否超出了设定的最高定值，以决定是否启动三级负荷减载措施。

本方案采用功率变送器实时监测变压器出线端（亦即该变压器低压进线端）的有功功率，将此信号传送给PLC处理器。PLC程序判断该功率是否超出了设定的变压器保证重要负荷容量。如果超出，则开始控制三级负荷逐个分闸，以保证重要负荷的电力供给。

3）在有消防火警情况下的负荷控制

如果发生火警，为了保证消防系统的供电，控制系统同样实时检测变压器的输出功率，一旦输出功率高于需要保证的功率值，则开始对三级负荷的减载。减载控制原理图如图3所示。

本方案采用PLC直接监测功率、直接控制低压断路器的方式，主要是考虑到PLC的可靠性要远高于计算机，避免了由于计算机的关机或者人为的失误导致系统不能正常运行的情况。

3 软件设计

软件设计方面，该监控主机采用性能可靠、高效的计算机，监控软件平台主要采用专业的组态监控软件，安全、可靠性、实时、同时还具有可扩展性。如图4所示为该智能电网的监控主界面[5]。

该系统具有数据采集及数据处理功能，系统能够对所有的开关量和模拟量进行实时和定时数据采集，为保证测量数据的精度和实时性，所有的模拟量均采用交流采样。另外系统能够在主控室实现对各个变配电站的遥信、遥控、遥测及遥调“四遥”功能， 对电气设备的运行状态进行实时监控，具有电气参数实时监测、事故异常报警、事件记录和打印、统计报表的整理和打印、电能量成本管理和负荷监控等综合功能[6]。

4 结论

该基于分层分布式网络结构的智能高、低压供配电微机监控系统具有高效、安全、可靠、经济、可扩展高等特点，采用面向对象的分层、分布式智能一体化结构，应用计算机控制、网络通讯等多项先进技术，将供配电系统智能型二次设备的各项功能（保护、监测、控制、通信等诸多功能）重新组合优化设计所推出的一种开放性、网络化、单元化、组态化的新一代电力监控管理系统。系统能够在主控室实现对各个变配电站进行遥测、遥信、遥控、遥调，实现“四遥”功能， 对电气设备的各个运行状态进行实时监控。

参考文献：

[1] 李洋. 浅谈智能变配电监控系统[J].电子世界， 2012，9（5）： 56-57.

[2]张文亮.智能电网的研究进展及发展趋势[J]. 电网技术，2009，33（13）：1-10.

[3] 腾林阳.基于CAN总线和VB的电网监控系统设计[J].应用天地，2013，31（6）：67-70.

[4] 施耐德变电站综合自动化监控管理系统方案[EB＼OL].http：//wenku.baidu.com/view/4b41eff9700abb68a982fb4c.html.

[5] 马国华.监控组态软件及其应用[M].北京：清华大学出版社出版，2001：112-166.

[6] 霍海锋.面向智能电网的智能电力设备技术与应用[J].电工技术，2010，8（21）：20-22.