韓朝輝

（湖北省電力公司孝感孝南供電公司，湖北 孝感 432000）

隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，全國各地積極興建大規(guī)模配電站。配電站是實現(xiàn)對電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電配置連接的中轉(zhuǎn)站。配電站內(nèi)部含有大量的電力電氣設備，這些設備的穩(wěn)定可靠工作對于配電站安全可靠運行具有重要的作用。而對于配電站的管理，目前流行采用數(shù)字化信息化管理方式，即對整個變電站實現(xiàn)信息化管理模式。所謂配電站信息管理系統(tǒng)，就是利用計算機和網(wǎng)絡通信技術，對配電站各個電力電氣設備的工作狀態(tài)實時監(jiān)控，并能夠?qū)崿F(xiàn)遠程控制，從而保證配電站的安全穩(wěn)定可靠工作。

本論文結(jié)合當前主流信息技術的優(yōu)勢，對配電站進行信息管理系統(tǒng)的開發(fā)設計，從而實現(xiàn)底層傳感器至上層電氣設備實時監(jiān)控和遠程控制的目的，以期從中找到合理可靠穩(wěn)定的適用于配電站的信息管理系統(tǒng)設計應用，并以此和廣大同行分享。

1 配電站信息管理系統(tǒng)開發(fā)應用現(xiàn)狀分析

（1）配電站信息管理系統(tǒng)開發(fā)應用現(xiàn)狀

我國最早的配電站信息管理系統(tǒng)的開發(fā)可以追溯到二十世紀80年代，當時國外已經(jīng)掀開數(shù)字化信息化建設的潮流，我國配電站也開始了面向配電站的信息管理系統(tǒng)的開發(fā)應用。經(jīng)過幾十年的開發(fā)設計應用，目前我國絕大多數(shù)配電站都已經(jīng)基本實現(xiàn)了數(shù)字信息化管理，進而絕大多數(shù)配電站都在一定程度上實現(xiàn)了信息化管理；另一方面，隨著電子通信技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展，目前配電站數(shù)字信息化管理系統(tǒng)出現(xiàn)了利用網(wǎng)絡構建一體化管理系統(tǒng)的趨勢，即利用網(wǎng)絡技術構建配電站一體化管理系統(tǒng)，從狀態(tài)監(jiān)測，到數(shù)據(jù)傳輸，到數(shù)據(jù)計算，到圖形顯示，到遠程控制等，全部借助于網(wǎng)絡實現(xiàn)，從而提高了配電站自動化程度和數(shù)字信息化應用水平。

（2）配電站信息管理系統(tǒng)應用中的問題與不足

盡管近幾年我國配電站信息管理系統(tǒng)得到了長足的發(fā)展和應用，已經(jīng)投入應用的配電站信息管理系統(tǒng)仍然存在較多的不足與問題，概括起來主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

① 信息化技術兼容性較差

目前很多配電站所采用的信息管理系統(tǒng)開發(fā)技術對于一些新技術的兼容性較差，具體所表現(xiàn)出來的特征就是技術向下兼容容易出現(xiàn)問題，不同配電站系統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)版本不一致，導致數(shù)據(jù)傳輸容易出現(xiàn)不穩(wěn)定和不可靠的情況。因此，對于不同配電站信息管理系統(tǒng)的兼容性必須要加以重視，否則將極大制約配電站信息管理系統(tǒng)的應用。

② 配電站信息化管理范圍較窄

目前很多配電站所實現(xiàn)的信息化管理，只是在一部分范圍所實現(xiàn)的，并沒有真正實現(xiàn)全配電站的一體化信息化管理，而是將比較重要的電氣設備狀態(tài)監(jiān)測及電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸進行了聯(lián)網(wǎng)信息化管理，其他配電站安全管理、多媒體監(jiān)控管理等均未納入到信息化管理的范圍，因此目前配電站的信息化管理只是狹隘范圍內(nèi)的信息化管理。

③ 各子系統(tǒng)彼此孤立，無法兼容應用

配電站的子系統(tǒng)很多，如安全管理子系統(tǒng)，汽輪機管理子系統(tǒng)，發(fā)電機管理子系統(tǒng)，電網(wǎng)傳輸管理子系統(tǒng)等。不同的子系統(tǒng)先后實現(xiàn)信息化管理的建設進度也不一致，這就不可避免地出現(xiàn)不同的子系統(tǒng)采用不同商家構建信息化管理系統(tǒng)，導致不同的子系統(tǒng)互相無法完全兼容。一旦某一個子系統(tǒng)出現(xiàn)問題，則必須要聯(lián)系原來的廠家進行維修維護，其他技術維修廠家無法實現(xiàn)維護，除非該管理子系統(tǒng)重做。這導致配電站子系統(tǒng)管理成本過高。

④ 后期維護復雜，技術升級難度大

正是由于配電站各個子系統(tǒng)相互孤立，無法兼容應用，導致了配電站信息化管理系統(tǒng)后期維護工作量較大且十分復雜。一旦某個子系統(tǒng)出現(xiàn)問題，會牽涉到其他很多子系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運行。更重要的是，子系統(tǒng)的技術升級實現(xiàn)起來比較困難，導致了目前配電站信息化管理系統(tǒng)無法真正實現(xiàn)運營。

2 配電站信息管理系統(tǒng)設計

鑒于上述問題，本論文對配電站信息管理系統(tǒng)重新進行了開發(fā)設計，重點是實現(xiàn)對配電站信息管理傳輸網(wǎng)絡的設計開發(fā)。

2.1 配電站信息傳輸網(wǎng)絡構建

（1）傳輸網(wǎng)絡的選擇

目前構建自動化控制系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡很多，比較流行的是現(xiàn)場總線網(wǎng)絡?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡能夠結(jié)合現(xiàn)場設備的具體通信協(xié)議和接口靈活地進行設計。但是現(xiàn)場總線網(wǎng)絡最大缺點就是每一臺電氣設備都需要符合設備自身的通信協(xié)議和接口，造成了不同電氣設備之間的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡并不能完全實現(xiàn)兼容性數(shù)據(jù)交互，這就造成了每一臺電氣設備實際上都是信息孤島，因此對于配電站信息管理系統(tǒng)這樣復雜龐大的自動化控制系統(tǒng)，電氣設備十分繁多，不能采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。

工業(yè)以太網(wǎng)是近年來逐步流行起來的一種控制傳輸網(wǎng)絡。它具有通信協(xié)議開放、兼容性強、通信實施安裝方便等優(yōu)點，尤其是工業(yè)以太網(wǎng)能夠結(jié)合現(xiàn)場總線網(wǎng)絡的優(yōu)點，同時具備現(xiàn)場控制器，例如PLC、單片機等控制終端的通信聯(lián)網(wǎng)，將底層數(shù)據(jù)無失真的傳輸至上位機信息管理系統(tǒng)。結(jié)合配電站電氣設備的控制需求，這里采用工業(yè)以太網(wǎng)作為配電站信息管理系統(tǒng)的硬件傳輸網(wǎng)絡。

（2）配電站信息管理網(wǎng)絡設計方案

圖1是配電站信息管理網(wǎng)絡設計方案結(jié)構框架圖，在層次架構上，分為信息管理層、中間層和設備控制層三層，如圖所示。

圖1 配電站信息管理網(wǎng)絡結(jié)構框架圖

① 信息管理層

信息管理層主要是對數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)管理，包括對數(shù)據(jù)信息按照所期望的方式進行數(shù)據(jù)顯示或者圖形圖像顯示，對數(shù)據(jù)信息的存儲、查詢，以及根據(jù)數(shù)據(jù)信息做出超限報警、遠程控制指令的下達等，完成對整個配電站電氣設備的運行狀態(tài)和工作參數(shù)的實時監(jiān)測和遠程控制。信息管理層主要由管理終端（安裝了信息管理軟件系統(tǒng)的PC機）、數(shù)據(jù)庫服務器及應用程序服務器等構成。

②中間層

中間層其實就是網(wǎng)絡傳輸層，其骨干網(wǎng)絡就是工業(yè)以太網(wǎng)，同時還包含有路由器、數(shù)據(jù)收發(fā)中轉(zhuǎn)站、現(xiàn)場控制站點等。中間層的主要作用是完成對來自底層電氣設備狀態(tài)參數(shù)及工作參數(shù)的網(wǎng)絡傳輸，將相關數(shù)據(jù)傳輸至上層信息管理層；或者是將來自上層信息管理層的遠程控制指令傳輸至各電氣設備的現(xiàn)場控制設備或者控制節(jié)點，以完成對配電站電氣設備的遠程控制。中間層所選用的網(wǎng)絡電纜以及網(wǎng)絡通信設備的可靠性和穩(wěn)定性，在很大程度上影響整個配電站信息管理系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。

③ 設備控制層

設備控制層主要借助PLC控制器或者單片機控制器，以及傳感器，實現(xiàn)對電氣設備工作參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)的實時監(jiān)測，并將相關數(shù)據(jù)傳輸給PLC控制器或者單片機控制器進行數(shù)據(jù)預處理，進而傳輸至上層信息管理層；同時也負責接收來自上層信息管理層的遠程控制指令，并實現(xiàn)由PLC控制器或者單片機控制器實現(xiàn)對電氣設備的控制。設備控制層是整個配電站信息管理網(wǎng)絡的最底層，其數(shù)據(jù)監(jiān)測和指令控制的穩(wěn)定性和可靠性在很大程度上將直接決定整個配電站信息管理系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和可靠性。

2.2 配電站信息管理軟件系統(tǒng)設計

根據(jù)需求，整個系統(tǒng)的信息管理軟件系統(tǒng)可以劃分為預處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊和人機交互模塊三大部分，下面逐一分析。

（1）預處理模塊

預處理模塊主要是對來自底層的配電站電氣設備運行的一些狀態(tài)參數(shù)和工作參數(shù)進行預處理。預處理主要包括數(shù)據(jù)放大、數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)整形以及數(shù)據(jù)必要的模數(shù)轉(zhuǎn)換處理等操作。數(shù)據(jù)放大主要是針對一些狀態(tài)參數(shù)或者電氣參數(shù)十分微弱而設計的處理操作；同時由于配電網(wǎng)本身不可避免夾雜著大量的噪聲信號，因此需要對數(shù)據(jù)進行濾波操作；數(shù)據(jù)整形主要是面向一些交流感性設備或負載而設置的預處理操作；模數(shù)轉(zhuǎn)換則主要用于對電氣參數(shù)進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，進而傳輸給信息管理系統(tǒng)進行操作。

（2）數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊主要是對經(jīng)過預處理之后的數(shù)據(jù)進行標定，量程的自動切換，標度變換等，以符合人直觀讀書的標準將相關數(shù)據(jù)實時的顯示在信息管理系統(tǒng)的終端屏幕上。結(jié)合到配電站實際的數(shù)據(jù)處理量較大，單純依靠信息管理系統(tǒng)進行大量的數(shù)據(jù)運算，會導致信息管理系統(tǒng)部分內(nèi)存被數(shù)據(jù)運算所占用而造成控制指令的延遲。因此為了保證控制指令的優(yōu)先性和實時性，必須減小信息管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)運算處理的負荷。鑒于此，可以在底層電氣設備的狀態(tài)參數(shù)和工作參數(shù)采集后加一個數(shù)據(jù)處理模塊，例如PLC處理模塊或者是單片機處理模塊，首先對預處理之后的數(shù)據(jù)進行標定計算，轉(zhuǎn)化為相應數(shù)字量后直接傳輸給信息管理系統(tǒng)。這樣能夠有效地減少上位機系統(tǒng)在數(shù)據(jù)運算方面的負荷，進而提高了信息管理系統(tǒng)在信息管理方面的效率。

（3）人機交互模塊

人機交互模塊的作用是為了實現(xiàn)使用者和配電站信息管理系統(tǒng)之間的交互而設計的模塊，例如信息管理系統(tǒng)要能夠響應使用者設定的相關電氣參數(shù)的超限報警值。再比如，信息管理系統(tǒng)要能夠?qū)崟r地將使用者發(fā)出的控制指令傳輸至各個電氣設備，以實現(xiàn)遠程控制配電站電氣設備的目的。對于人機交互模塊的設計，結(jié)合具體的數(shù)據(jù)應用角度來說，主要可以從兩個方面入手：

① 數(shù)據(jù)的圖形化顯示設計

數(shù)據(jù)運算處理好之后，有些數(shù)據(jù)直接以數(shù)字形式顯示沒有意義，需要以連續(xù)變化的圖形曲線的方式進行顯示，這樣使用者能夠直觀地了解數(shù)據(jù)的變化趨勢。因此需要對數(shù)據(jù)的圖形化顯示進行開發(fā)設計。

② 數(shù)據(jù)的存儲和查詢

數(shù)據(jù)要能夠自動保存在信息管理系統(tǒng)，因此要對數(shù)據(jù)的存儲進行設計，要能夠以使用者所期望的保存格式進行數(shù)據(jù)的存儲；另一方面，還要能夠?qū)崿F(xiàn)對相關數(shù)據(jù)的自由查詢，同時要能夠按照不同的數(shù)據(jù)分類和關鍵詞查找相關數(shù)據(jù)。

綜上所述，信息管理系統(tǒng)的主要職責就是完成對下位機數(shù)據(jù)的采集和實時顯示，并能夠?qū)⑹褂谜叩牟僮髦噶顐鬏斨料挛粰C實現(xiàn)控制，并完成二者之間的數(shù)據(jù)交互。

3 結(jié) 語

配電站信息化管理系統(tǒng)在很大程度上直接影響著配電站輸變電的效率及效益，依賴于信息化管理系統(tǒng)和計算機輔助操作系統(tǒng)實現(xiàn)的配電站信息化管理系統(tǒng)能夠明顯提升配電站線損管理效益，提高配電站綜合自動化管理水平。本論文結(jié)合當前應用最為普遍的工業(yè)以太網(wǎng)技術，利用工業(yè)以太網(wǎng)構建了配電站信息化管理傳輸網(wǎng)絡，并對管理傳輸網(wǎng)絡進行了上、中、下三層技術開發(fā)和設計，給出了具體的設計方案，對于進一步提高我國配電站綜合自動化管理應用水平及提高配電站信息化管理水平具有借鑒意義。

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