供变电监测与控制系统统一数据接口的研究

朱江

摘要：随着人类社会经济和技术的不断发展，电力在人的生产和生活中的作用日益突出，可靠、安全、高效是電力客户对供电部门的基本需求。为了实现这一目标，电力部门在配电网的调度自动化、电量集抄、负荷控制、配变监测、电能质量电压监测等方面进行了了大规模的信息化和自动化改造，供电水平得到了大幅提升。但是由于各个系统独立运行和使用归属不同的业务部门，不同系统由于设计目标和运行要求的不同，导致系统之间数据无法互联互通，出现信息孤岛，且系统之间接口实现复杂，存在数据存储冗余，造成大量的人、财、物的浪费。按照对配电网信息统一采集、统一存储和统一利用的原则，搭建一个基于实时数据库的中低压配电网统一数据采集与监控系统，是未来配电网信息采集处理的必然方向。

关键词：配电网信息；统一采集；自动计算；智能配电台区

1 实施配电网信息统一数据采集的意义

配电网信息统一数据采集系统对配电网信息资源进行科学、有效的整合，实现了配电信息的全覆盖，配电网运行管理人员可以全面及时地掌握配电网络实时运行信息。配电网信息统一数据采集系统实现了配电台区的信息化、自动化、互动化功能，实现了配电台区全方位监控、全方位管理。配电网信息统一数据采集系统为未来实现台区内用户用电信息实时跟踪分析、满足需求侧响应创造了条件。配电网信息统一数据采集系统符合统一化管理的要求，可以为电力企业节约大量的管理成本。

2研究目标

结合县级调度自动化、配电自动化、智能配电台区监控、用电信息采集等系统的对配电网实时准实时电网数据的需要，按照统一采集、统一存储、统一利用的原则，设计一个符合县局实际情况的统一数据采集实施方案，搭建一个覆盖县域配电网的统一数据采集平台，通过智能采集终端、通信传输网络、数据采集主站组成一套完整的县级配电网信息统一数据采集系统，为各个业务系统提供规范、标准的基础数据。

3 系统架构设计

3.1 系统的建设目标

配电网统一数据采集平台的基本功能即数据的获取。电网运行数据所需要的类型在长期实践中已有了很好的总结，作为配电网企业，需要根据配电网的特点选取必要的、感兴趣的数据作为获取对象，一般来说包括必须采集的数据和可选择采集的数据。必须采集的数据反映了电网的实时运行状况和电力企业的营销情况，应包括电压、电流、有功和尢功功率、功率因数、系统频率、开关分合闹情况、有功和无功电量等；可选择采集的数据包括电力设备的在线监测数据采集和其他数据。对电力设备进行在线监测可以有效提高电网运行可靠性和设备使用寿命。配网设备相比主网设备容量小、结构简单，需要检测的量不是特别多，也有与主网不同的关注点，需要深入研究。采集系统对于获取的数据进行适当的处理和组织，存放于实时数据库中，提供标准接口和一定的安全措施。

3.2 系统功能设计

利用生数据仓库内的第一手数据，可以对系统运行的整体工况有一个全面的了解，相比于之前需要人员亲自到现场查看柱上开关状态，上杆、上户抄表的情况，大大地提高了数据的及时性和准确性，节省了时间成本。对于电源点追踪、接线分析、解合环潮流、区域潮流负荷分析、配电线路设备操作预演等工作有很大帮助。状态检测的信息反应线路和设备的实时工作情况，对其进行进一步分析的结果有利于生产、计划基建等部门对于线路和设备工作状态和寿命作山较准确的评估，为维修、更换、升级等工作打下基础。生产技术管理系统可以直接从生数据仓库内访问所需的数据，如线路、用户无功的变化情况，统计电压、无功合格率。发生停电故障时能够及时记录停电区域，停电范同，停电时间，对电压、频率、有功、尢功的变化情况实时记录。根据设备的在线情况制定检修计划，统计实际线损与理论线损做比较等。统计各公变台区、专变用户负荷情况，统计设备损坏率，发现供电瓶颈环节和电网脆弱环节，改进电网设计，提高设备使用率。市场营销管理系统实时获得各专变、台区用户的用电量情况，分析用电量变化情况，结合用户反映进一步提高供电服务质量，并有利于做好负荷预测的工作。

3.3高级应用

更进一步的，可以对生数据库内的数据进行加工分析，以供高级利用，但应注意数据的处理应是从数据库中拉山后在其他了系统的范围内进行，不应有任何写回、修改的操作。线损分析：在导入售电量信息后，可以周期性地对线路中、台区内的实际线损情况作出全面计算，最小周期由采集单元和通信方式决定，至少应能达到计算出每日线损情况的程度，计算的结果直接生成报表或者与营销子系统进行对接完成信息交换。系统还应具有提高供电可靠性的相应措施，实现的基础是对相关指标进行分析，包括供电可靠率、用户平均停电时间、系统平均停电次数、平均停电用户数、停电平均持续时问等指标。在生数据的基础上自动对这些指标进行分析并生成报表，根据结果对系统的运行方式或网架结构进行调整，在未来的应用中与调配一体化系统进行尢缝对结，实现远方恢复供电区域或者隔离故障区段。利用数据库内的生数据可以进行电能质量的分析，分析指标包括电压偏差、频率偏差、公用电网谐波、功率因数、三相电压不平衡度、电压波动和闪变、暂时过电压和瞬态过电压等，根据现有的数据对这些指标进行计算，生成相应的报表以供查询分析，作为提高供电质量的依据。

3.4系统的设计

配电网统一数据采集平台系统建设按照统一采集、统一存储、统一利用的指导思想，采用先进的标准，以整体性、实用性为主，兼顾可扩充性原则进行设计。标准的先进性：配电网数据统一采集系统实施的最大障碍就是标准不统一，系统最大的亮点就是标准统一，所以一定要使用最先进的标准把不统一的数据按照统一的标准整合到系统中去。整体性：配电网数据统一采集系统设计的面广，从数据采集角度讲，采集了配电网运行过程中的全部数据，从应用角度讲，为所有的电力应用系统提供数据支持，在系统设计过程中务必要整体考虑，全面平衡。实用性：根据各个应用系统需求山发，最大限度满足业务上的各项功能要求，确保实用性。安全性：对系统软件和应用软件方面必须注意系统安全保密工作，设计安全网络结构方式。升放性：系统内部标准，提供接口类型说明。高效性：能保证系统的采集、传输和应用具有快速、有效的运作效率，整个业务流程简单易用。

4 硬件总体描述

4.1配电网线路架构

配電网结构复杂，涉及区域面广，线路中有不同类型、不同厂家的各种监测、控制设备，使用不同的通信方式、不同的通信标准，即使在一个县域范同内全面实施配电网数据统一采集系统也具有极大的困难，本次课题以眉县上王变上公线作为试点，通过添加联络升关、完善线路监测控制卓元，配置对应的通信设备，为配电网数据统一采集系统创造了实施的硬件环境。

4.2项目实施目标

通过建立配电网数据统一采集平台，对配电系统、用户用电系统等不同自动化系统数据进行整合，对智能终端进行采集，实现以下配网各环节的监测、分析、应用，并按信息化管理的要求为管理层各应用了系统提供生产现场的各种基础数据。采集系统需要对配电线路和台区用户的实时数据进行统一的采集，存储和转发，为其他具体应用提供数据支撑。主要包括：实现配网线路的遥测，遥信等数据的采集专变用户的运行、实时监测数据实时采集公用变的运行、实时监测数据采集台区低压用户的电能数据采集线路故障信息数据采集。

4.3平台物理架构

配电网数据统一采集平台主要硬件包括：数据库服务器、数据采集工作站、服务器、维护工作站、打印机和网络设备等。配电网数据统一采集平台主站系统应实现如下功能：采集数据多协议支持，可接入围内主流厂家的产品，完成数据采集系统所有智能终端的数据接入；采集数据原码存储、直接转发功能；遥测、遥信、遥脉数据处理功能；实现柱上升关的遥控功能；变压器在线状态监测与报警功能；历史数据存储功能；基于线路情况查看和设备管理系统；简单的数据显示、查询、报表功能，包括电能质量指标；线损率指标停电情况（统计具体到每一户）电量信息（有功、无功）。

4.4 平台采集数据对象

智能采集终端对配电变压器、柱上开关、故障检测器等电力设备提供数据采集、数据处理和远方通信功能。智能终端对原始数据进行采集并进行初步的处理和分析，智能地选择向主站发送数据和消息，降低主站服务器的需求负担，同时也可以减少各智能终端节点问通信的拥堵状况。智能终端应具有通信功能，包括远程通信和本地通信两部分，远程通信指与变电站主站的通信以及智能终端之间的通信；本地通信指与智能终端配合工作的其他终端设备之间的通信，如集抄器、电能表等，或手持设备现场读取数据。远程通信应支持主动上传和主站召唤上传。通信协议必须满足国家或行业相关标准，不接受企业私有标准协议。通信接口应采用标准化设计，要满足采用不同通信方式的通信模块可互换的要求。

4.5采集通信系统

4.5.1远程通信

低压台区用户的电能表数据通过低压载波传输，南5个集抄器进行集中处理；配变智能终端的数据通过GPR S/CD MA网络进行上传，要求终端内部具有CJPRSICDMA模块；柱上开关智能终端应具有通用的通信接口，根据装设位置，可以进行光纤、中压载波和无线微波通信；主站与县调的数据通过现有的2.4GHz专网进行传输。

4.5.2本地通信

集抄器与公用变智能终端问通过RS-485总线进行数据通信；公用变计量装置和公变智能终端通过RS-485总线进行数据通信。

4.5.3通信协议

通信协议的要求包含了通信标准、通信可靠性的要求。通信协议必须满足国家或行业相关标准，原则上不接受企业私有标准协议。

4.6平台实施方案

4.6.1数据采集方案

数据采集方案按照采集对象进行分类，配备智能终端或其他采集设备，智能终端应具有通信功能。（1）柱上开关包括2条分支线分段开关、1个第二电源联络开关、2个水电站出线开关，统一加装智能终端进行采集。（2）专用变共24台，每台均配备一台不带计量功能的智能终端，一只电能表，电能数据通过RS-48s方式接入智能终端。（3）公用变共5台，每台均配备带有计量功能的智能终端，计量数据用于内部考核。还应配备集抄器，集抄数据通过RS-485方式接入智能终端。初步计划用威胜的配变监测计量终端替换台区总表。（4）故障检测器由生产运行单位根据实际情况在线路上加装故障检测设备，能够及时发现线路的各类故障。每个故障检测设备配备对应功能的智能终端，完成故障信息的远程上传。（5）台区用户信息低压台区客户电能量需要具体到每一户，共安装载波三相表151只、载波单相表154只进行相关信息的采集，通过公变配备的集抄器进行汇总处理，由公变智能终端上传。

4.6.2数据预处理

智能终端在向主站传输数据前应对采集到的数据进行预处理，筛选有用数据进行上传。对于数据的处理应本着真实可信、准确、足量的原则进行，从优先级和可靠性两个方面考虑。对数据按优先级排序如下：（1）开关量信息（当变位时）/故障指示器翻牌，信息开关量变位，意味着线路刀闸开关、变压器分接头等有动作，一般都反映了线路运行方式的较大变化，故障指示器翻牌也表明了线路出现了不正常状况，需要中控室及时了解发生变化的刀闸位置，变位情况，无变位时开关量信息无需即时上传；（2）开关变位后的录波数据（如终端配备相应功能），带有故障录波功能的智能终端有利于事故原因的分析，当录波功能启动后，一方面智能单元应保存完整的录波数据，一方面数据应及时上传到主站，以便中控室第一时间了解故障情况；（3）电气量数据（U，I，P，Q，f），当电压、频率等表征系统运行情况的数据在正常情况允许的范围内波动时无需上传，越限时应及时上传主站，同时智能终端应记录越限时问、越限参数的相关数据，当有过负荷时负荷数据应及时上传；（4）电能数据根据对抄表间隔的要求进行，在一天一次的情况下智能终端应定时或在指定时问范围内选择信道不繁忙的情况进行；（5）弱直流监测信号数据（4-20mA）根据设备的工况做出正常、注意、警告、危险等程度不同的信息，当正常时数据不需要发送，只做记录，当警告或危险时其数据优先级应与（1）变位信息一致。

5 结论

本文在配电网数据采集系统的基础上，设计了采集信通的通信方案，组织实施了线路自动化设备完善、通信系统建设工作，开发了配电网统一数据采集系统主站软件，对配电网统一数据采集系统进行全面的联调。通过项日的实施可以得出以下结论：配电网统一数据采集系统的实施是完全可行的。配电网统一数据采集系统实现了馈路信息、配变信息、负荷信息、电量信息的全面采集，使用了光纤、无线扩频、中压载波、CJPRS等多种通信手段，统一采集了FTU/DTU，TTU、智能电表、集中器的各类信息，并按照IEC61968通信标准建立统一的数据库总线，供其他应用系统使用。建立配电网统一数据采集系统的实施是十分必要的。现有的调度系统、负控系统、配变监测系统、低压集抄系统、电能质量监测系统等应用系统自成体系，数据由于编码、时间坐标的原因等等无法进行有效的互联互通，而智能配电网需要的是一个综合的全面的信息支撑，目前的应用系统都无法满足智能配电网的数据需要，只有配电网统一数据采集系统是按照统一采集、统一存储、统一应用指导思想开发的数据采集系统，可以为智能配电网系统提供全面、准确的数据支持。