基于GPRS的配电自动化监控系统设计
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一、引言
电网是由“发电、输电、变电、配电、用电”五个环节组成，“配电、用电”即是电网的用户端，电能80%是由用户端消耗的。随着我国智能电网的不断建设和社会生产发展的需求，智能的配电网监控管理系统是应运而生。各种不同功能和结构的电力监控系统已经被应用于电网用户侧楼宇、体育场馆、科研设施、机场、交通、医院、电力和石化行业等诸多领域的高/低压变配电系统中，为电力输送、使用的高效安全提供有力的保障。本文根据现有系统存在的问题，充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的最新发展，对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网，通过计算机和通讯网络，将分散的配电所的现场设备连接为一个有机的整体，实现电网运行的远程监控和集中管理。通过智能电力监控系统可大大提高整个变配电系统的管理水平。
配电自动化监控系统是由智能测控装置、网络设备及计算机控制设备等通过各种通信网络，采用了“站控管理层――网络通讯层――现场设备层”的分层分布式设计思想而设计。配电自动化监控系统在站级控制层采用客户机/服务器体系结构， DataServer（数据服务器）是整个系统应用级的服务器，完成通信管理、实时数据采集、数据存储、通信转发等各种重要任务；HMI（人机接口软件）、SysEdit（系统组态软件）、PicEdit（图片组态软件）、 CtlEdit（自动化控制组态软件）是系统应用级的客户机，完成人机界面和各种系统维护功能。这种结构设计使得监控系统具有很强的扩展性，可以将它配置成从单节点到多个节点不同规模的网络系统，即在厂站级构成各工作站之间能共享信息和透明访问的高速局域网，在系统级构成不同地理跨度的广域网络和远程诊断、远程维护系统。 系统在物理结构上主要有多功能量测控制装置构造的子站系统、以GPRS无线通信为主的通信系统、主站监控管理系统，如图1所示。
图1 配电自动化监控系统体系结构
配电自动化监控系统采用分层分布式结构，即站控层，通讯层与间隔层。
间隔设备层主要为：微机保护、多功能电表以及直流屏、温控仪、保护装置、小电流接地选线装置等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在变电所的配电柜内，这些装置均采用RS485通讯接口，通过现场MODBUS总线组网通讯，实现数据现场采集。
网络通讯层主要为：通讯服务器、工业网络交换机，其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集，同时远传至站控层，完成现场层和站控层之间的数据交互。
站控管理层：设有高性能工业计算机、显示器、UPS电源、打印机、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上，集中采集显示现场设备运行状况，以人机交互的形式显示给用户。
以上网络仪表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通讯协议，RS485采用屏蔽线传输，一般都采用二根连线，接线简单方便；通讯接口是半双工通信即通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据，数据最高传输速率为10Mbps。RS485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗噪声干扰能力增强，总线上允许连接多达32个设备，最大传输距离为1.2km。
整个监控系统通过实时的数据采集、预处理、网络上传存储、综合处理从而完成配电网的状态监测、预警以及控制的自动化管理过程。整个系统的数据流向，如下图2所示。
图2 配电自动化监控系统的数据流向
三、配电自动化监控系统的主要功能
配电自动化监控系统功能可以分为操作类和管理类两大类，数据采集、状态监测、设备控制、事件记录等属于操作类功能，而用户管理、安全管理、系统设置、时间同步等属于管理类功能，其中较为重要的功能包括：
（1）数据采集与处理。系统通过前置通信服务器接收来自各通信单元的实时数据。对于实际测点，根据模拟量、状态量、电度量等不同数据类型分别进行预处理；对于计算测点，通过计算引擎和计算规则在线完成计算任务。
（2）状态监测与评估。监控中心能通过显示器对光伏电站主要设备运行参数和运行状态进行监测，通过系统配置图、电气接线图、过程曲线图、统计报表等画面展示系统的各个细节，并评估系统的生产运行状态。
（3）设备操作与控制。监控中心能够对光伏电站主要设备进行远程控制，控制命令通过通信单元下达。使能远程控制功能后，监控中心可以在画面上对逆变器进行起机、停机、限制出力等基本控制，以及对各电压等级断路器、隔离开关等进行遥控操作。
图3. 配电自动化监控系统软件架构
（4）系统报警与诊断。系统报警可分为两种类型，一种是事故报警，另一种是预警报警。前者一般包括逆变器主动上报故障信息，以及非计划性断路器跳闸等；后者包括一般设备变位、采集数据异常、趋势报警等。报警信号以图形、文字、语音等形式发出，并提供辅助诊断信息。
（5）事件记录与追忆。当光伏电站或电网发生事故时，监控系统自动提取故障前后指定时间段内的有关信息以供分析，事故追忆的可通过关键故障条件自动触发，也能够以用户指定的方式启动。
四、配电自动化监控系统软件
配电自动化监控系统采用分层分布的跨平台开放式系统架构，如图3所示。支撑平台系统由消息/服务软总线、系统管理服务、安全防护服务、实时数据服务、历史数据服务、业务运算服务和公共服务构成，其中公共服务包括数据服务、模型服务、文件服务、画面服务、告警服务、权限服务、报表服务、日志服务等组件。SCADA等应用功能在支撑平台系统上运行。
参考文献：
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本文系浙江省科技厅公益性项目：2012C21050支持。