科研生产区配电集中监控系统及其关键通信技术

2017-06-02史翔刘涛崔瑶张祎张淑红

中国新通信 2017年10期

史翔+刘涛+崔瑶+张祎+张淑红

【摘要】对某大型科研生产区配电集中监控系统及其关键技术进行分析与论述，并结合系统对科研生产区配电运行的实际作用验证其应用价值。

【关键词】集中监控系统通信技术配电科研生产区

Power Distribution Monitoring System of Scientific Research and Production Area and its Key Communication Technology Shi Xiang1， Liu Tao1， Cui Yao1， Zhang Yi1， Zhang Shuhong1 （1.Beijing Aero-Top Hi-tech Corporation Ltd， Beijing 100176）

Abstract By analyzing and discussing the power distribution monitoring system of scientific research and production area and its key communication technology， and with combinations of the practical value of this system to verify its potential value.

Key words Centralized Monitoring System， Communication Technology， Power Distribution， Research and Production Area

一、前言

本文研究和論述的对象是某大型国有科研生产单位的配电集中监控系统。该系统建设项目，定位于将科研生产区内不同时期建设的高压配电站设施进行必要的技术改造，建立包含本地监控和调度中心总控的一体化集中监控系统，同时对已有监控后台的配电站进行数据接入，从而实现对现有全部高压配电站的网络化集中监控与调度管理，有效提升科研生产区电力运行调度，以及动力保障工作的自动化、科学化水平。

二、系统总体设计

通过建立一整套科研生产区配电集中监控系统，以及对各配电站内控制电缆、计量仪表、配电柜等进行更新改造，对已有配电站后台系统进行数据接入，满足科研生产区电力运行自动化监控和调度管理的需求。项目的建设范围包括：新建6套高压配电站后台监控系统，分别位于5#站、6#站、7#站、8#站、9#站、10#站；在科研生产区的指挥楼内，新建1套总控中心系统，其中包含1套调度大屏幕显示系统；总控中心通过光纤通讯网络，对各配电站进行远程的数据采集和监控管理，并实现对已有后台监控系统的1#、2#、3#、4#共四个高压各配电站的数据接入。

2.1系统结构

本集中监控系统在结构上，分为总控中心、分控中心、配电站后台监控三个层级（如图1所示）。在5#～10#配电站内设置配电站后台监控系统，监测各种电力数据并通过室外线路上传至总控中心和相应的分控中心，其中6#配电站同时作为分控中心。总控中心可以实时监测、计量各变配电站用参数，用电量情况，日、月、年负荷情况等，并实现对已有的4个配电站（1#～4#）后台系统的数据接入和应用。

2.2系统组成

本系统（如图2所示）主要包括总控中心、分控中心、配电站监控系统、站间通信网络四个部分。

（1）总控中心系统：在总控中心，配置并运行监控应用服务器、历史数据库服务器、操作员站、工程师站、报表打印机，并提供配套所需的操作系统、数据库软件、组态软件、管理软件、服务器机柜、调度操作台、UPS电源、网络交换机、通讯网线等，以及开发满足监控管理需求的各项应用。在总控中心，安装1套拼接式DLP（数字光处理）大屏幕显示系统，并实现对4个已有配电站系统的数据接入和应用。

（2）分控中心系统：在分控中心，配置并运行操作员站、报表打印机，并提供配套所需的操作系统、组态软件、调度操作台、UPS电源、网络交换机、通讯网线等，以及开发满足监控管理需求的各项应用。

（3）配电站监控系统：安装和运行各配电站监控所需的全套设备，包括PLC测控柜（含电能表数据采集装置）、本地工作站及操作台、网络交换机、电缆、网线、桥架等，以及实现集中监控功能所必需的其它元器件。

（4）站间通信网络：通过覆盖各配电站和总控中心、分控中心的光纤通信网络，实现各站点（总控中心、分控中心、各配电站）之间点对点通信和数据传输。

2.3系统功能

（1）配电站后台监控系统：主要负责完成各配电站内进线柜、出线柜、联络柜、PT柜的断路器分合闸状态、手车位置、继电保护器运行状态，以及柜内各路智能网络计量仪表A、B、C相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数，三相总功率参数等信号和数据的实时采集和监控管理。系统接入光纤监控网络，实现控制中心的远程监控功能，以及配电站数据向中心的实时远传。

（2）总控中心：通过光纤网络，总控中心可以实时采集和监控各高压配电站后台监控系统的数据，通过数据库服务器实现数据集中存储、调用、备份和归档；通过应用服务器和监控组态软件，实现数据的采集计算、参数组态，并通过工作站上的人机界面和程序开发，实现工艺流程图、参数趋势图、参数列表、数据报警、信号监控等监控显示和操作功能，以及历史数据按条件查询，数据报表、曲线自动生成和打印等信息管理功能。在总控中心，可以实现对全网电力设施进行实时监、管、控一体化，以及对各配电站监控系统及分控中心的互联互通和数据共享。

（3）分控中心：与总控中心不同点在于，分控中心只需实现对所辖范围电力运行的实时数据监控，从而满足多级调度人员的异地使用。

三、系统的关键通信技术

本系统中，总控中心通过光纤以太网实现对各配电站的实时数据监控与采集，采集的对象主要包括各变电站后台监控系统中的PLC控制器和智能电表。其中，站内各配电柜的断路器分合闸状态、手车位置、继电保护器运行状态等，由本地测控柜内的PLC进行实时监测并将数据集中传输至总控中心。对于用于各路电能计量的智能电表，为了保证数据采集的实时性，没有采用PLC通过RS485总线连接各智能电表进行轮询数据采集的方式，而是通过多串口服务器与各智能电表进行“一口对一表”的连接，并由总控中心的数据采集服务器通过光纤以太网连接各配电站的多串口服务器，实现对各智能电表的并发通信数据采集。

3.1对智能电表进行“一口对一表”连接和并发通信

电力运行参数的瞬变特性，决定了对其的数据监测和采集须具有较高的实时性。对智能电表的数据采集只能通过与其串口进行连接和通信的方式实现，因此本系统通过多串口服务器提供的多路RS485串口，实现与各智能电表的“一口对一表”的物理连接，并在此基础上通过上述并发通信的方式保证数据采集的高实时性。

总控中心的数据采集服务器（如图3所示）通过光纤以太网与配电站的多串口服务器进行以太网连接后，即可在数据采集器上创建出多路与物理串口操作功能相同的虚拟串口，而这些虚拟串口映射的就是多串口服务器上与各智能电表“一口对一表”相连的物理串口，数据采集服务器可以通过操控本机上的各虚拟串口，实现对多串口服务器上与之对应的RS485物理串口的操控，从而对其所连的智能电表进行数据采集，并且对上述的多串口的操控和数据通信是可以并发的。

如果不采用上述“一口对一表”的连接方式，而是由变电站现场PLC通过RS485总线进行“一口对多表”的连接，则无法实现并发通信，而只能是由PLC以轮巡的方式逐个采集各智能电表的数据。该方式下，站内各智能电表的数据采集周期（T）与站内电表数（n）成正比（即电表数量越多，采集周期越长），从而无法满足电力运行监测所需的高实时性。

3.2通过DL/T645电能表通信协议进行数据采集

在采用了上述高实时性数据通信方式的同时，本系统通过“DL/T645-2007多功能电能表通信协议”（中国电力行业推荐标准）实现对智能电表的数据采集。

该协议為主-从结构的半双工通信方式。数据采集服务器为主站，智能电表为从站，每个智能电表都有各自的地址编码，通信链路的建立和解除均由主站发出的信息帧进行控制。每帧由帧起始符、从站地址域、控制码、数据域长度、数据域、帧信息的纵向校验码及帧结束符7个域组成，每部分由若干字节组成。

（1）帧格式

帧是传送信息的基本单元，DL/T645-2007通信协议的帧格式如上表1所示。

（2）传输方式和数据标识

DL/T645-2007通信协议的传输方式如下表2所示。

（3）应用功能

DL/T645-2007通信协议的应用功能如下表3所示。