劉 霞

（河北滄州師范學(xué)院計算機(jī)系，河北滄州 061001）

電力是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的主要能源和動力，是人類現(xiàn)代文明的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。供配電技術(shù)是研究電力供應(yīng)和分配的環(huán)節(jié)。供配電系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠，對于保證企業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要的作用。

供配電監(jiān)控系統(tǒng)是保證電力供應(yīng)的有效手段，它能夠?qū)ψ冸娬緝?nèi)各用電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和管理，是電能質(zhì)量提高的基本保證。而近年來，隨著電力電子技術(shù)的不斷應(yīng)用，各種高精度的設(shè)備也應(yīng)用到了生產(chǎn)實踐當(dāng)中。這些設(shè)備的自動化程度一般較高，因此，這些設(shè)備對電能質(zhì)量和供電可靠性也提出了更高的要求。

變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)是利用計算機(jī)軟硬件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和自動化技術(shù)對在線運(yùn)行的變電站全部設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)視、測量、保護(hù)、控制和管理的自動化系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)的存在，可以對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效地監(jiān)控，以保證運(yùn)行的可靠性和安全性[1]。

1 VPN技術(shù)要點及在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

VPN的英文全稱是“Virtual Private Network”，就是“虛擬專用網(wǎng)絡(luò)”，是一種依靠ISP（Internet服務(wù)提供商）和其它NSP（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商），在公用網(wǎng)絡(luò)中建立專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)。

變電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)具有兩種基本形式：一種是集中監(jiān)控，一種是遠(yuǎn)程監(jiān)控。集中監(jiān)控一般位于變電站比較集中的地方，利用局域網(wǎng)構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，這種方式具有數(shù)據(jù)傳輸速率較高、控制命令執(zhí)行迅速、系統(tǒng)安全性高等優(yōu)點。但是集中監(jiān)控的缺點也比較明顯，一方面是在每一個集中監(jiān)控點都需要有值班人員，無法實現(xiàn)真正意義上的無人值守，另一方面是由于集中監(jiān)控的每一個監(jiān)控點無法了解其它的監(jiān)控點的基本情況，無法協(xié)調(diào)整個區(qū)域內(nèi)的供配電情況；遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以利用通信公網(wǎng)來實現(xiàn)變電站設(shè)備的監(jiān)控，因此具有監(jiān)控范圍廣且可有效實現(xiàn)協(xié)調(diào)等特征。但是由于公網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸速率不高、安全性差等問題，使遠(yuǎn)程監(jiān)控的誤操作率大大增加。針對以上的問題，結(jié)合集中和遠(yuǎn)程兩種方式的優(yōu)點，構(gòu)建基于局部集中，整體遠(yuǎn)程的監(jiān)控方式是一種最優(yōu)的選擇。

局部集中、整體遠(yuǎn)程的變電站監(jiān)控方式需要借助兩種網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)：一種是變電站監(jiān)控局域網(wǎng)，而另一種是通信公網(wǎng)。這兩種網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合不僅帶來了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，還帶來了管理和安全性的問題。因此，利用VPN技術(shù)來實現(xiàn)這兩種網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，可有效地保證數(shù)據(jù)傳送的安全性，也可有效地降低傳輸費(fèi)用。

VPN技術(shù)的核心是“利用IP機(jī)制在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建或仿真出一個私有的廣域網(wǎng)，以形成一條點到點的專線技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信”。這里有兩個基本要點，一個是虛擬；另一個是專用。虛擬是指用戶不真正擁有實際的長途數(shù)據(jù)線路，而是借助于公共的Internet網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行長途數(shù)據(jù)傳輸；而所謂的專用，是指用戶可以利用VPN技術(shù)為自已制定出一個最符合自已需求的網(wǎng)絡(luò)。

目前，VPN技術(shù)主要分兩類，一類是基于MPLS（多協(xié)議標(biāo)記交換）和L2TP（第二層隧道協(xié)議）等標(biāo)準(zhǔn)的VPN技術(shù)；另一種是基于IPSec的VPN技術(shù)。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于第二種方式利用了隧道技術(shù)、加密技術(shù)、認(rèn)證技術(shù)、密鑰技術(shù)等，所以可以簡單、方便地實現(xiàn)企業(yè)點到點安全、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

圖1 基于IPSec的VPN技術(shù)結(jié)構(gòu)圖

2 基于VPN技術(shù)的供配電監(jiān)控系統(tǒng)整體設(shè)計

供配電監(jiān)控系統(tǒng)采用分層形式來實現(xiàn)，整體采用三層結(jié)構(gòu)：第一層為現(xiàn)場控制層；第二層為通訊層；第三層為遠(yuǎn)程監(jiān)控中心層。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

現(xiàn)場控制層的主要功能是變配電站內(nèi)各設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與處理。這一環(huán)節(jié)是對供配電系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備的電氣參數(shù)進(jìn)行實時和定時的采集。所采集的設(shè)備參數(shù)主要有兩種：一種是模擬量，主要是各設(shè)備的電流、電壓、功率、頻率、溫度、環(huán)境等各種參數(shù)；另一種是數(shù)字量，主要有斷路器及各種隔離開關(guān)的位置信號、自動裝置信號、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號等。在這兩種信號中，模擬量信息需要進(jìn)行A/D模式的轉(zhuǎn)換后，與數(shù)字量一起，傳送至現(xiàn)場監(jiān)控主機(jī)[2]。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)場監(jiān)控主機(jī)采用PC機(jī)來完成，PC機(jī)中設(shè)置小型數(shù)據(jù)庫，一方面可以對現(xiàn)場的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性校驗、上下限比較，并為其他自動化系統(tǒng)的相應(yīng)管理功能提供必要的信息支持；另一方面也可以將數(shù)據(jù)處理的一部分功能在這里完成，以減輕中央監(jiān)控中心的負(fù)擔(dān)。

現(xiàn)場監(jiān)控中心與各設(shè)備監(jiān)測點之間的通訊依靠構(gòu)造局域網(wǎng)來完成。目前構(gòu)造工業(yè)監(jiān)控局域網(wǎng)有兩種方式：一種是利用底層RS-485子網(wǎng)，將有關(guān)信息輸送至PC機(jī)監(jiān)控中心來完成數(shù)據(jù)的現(xiàn)場通信。這種方式數(shù)據(jù)傳輸速度快、安全穩(wěn)定性高，但是由于網(wǎng)線一旦布好，修改比較困難，因此對于設(shè)備經(jīng)常有所變化的場合并不適用；第二種方式是根據(jù)設(shè)備的分布構(gòu)建無線傳感網(wǎng)，目前構(gòu)建無線傳感網(wǎng)主要依靠的是ZigBee技術(shù)。該技術(shù)具有近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的基本特點，是一種常用于工業(yè)監(jiān)控體系的雙向無線通訊技術(shù)。對于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸有很好的傳輸效率。

現(xiàn)場控制層是供配電系統(tǒng)監(jiān)視和控制的基礎(chǔ)。本設(shè)計構(gòu)建了以現(xiàn)場監(jiān)控PC機(jī)為中心，以無線局域網(wǎng)為通訊網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)場控制子系統(tǒng)，可以有效地完成現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的目的。

現(xiàn)場監(jiān)控層與中央監(jiān)控中心之間用通訊層來完成數(shù)據(jù)的上行和下達(dá)的通訊任務(wù)。本系統(tǒng)的通信層利用Internet網(wǎng)絡(luò)來完成。系統(tǒng)在每一個監(jiān)控單體上設(shè)置唯一的IP地址，利用這個IP地址可以準(zhǔn)確地標(biāo)識系統(tǒng)上傳數(shù)據(jù)的來源。由于在監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)控單體IP地址是唯一的，同時在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，利用了VPN技術(shù)構(gòu)建了相應(yīng)的數(shù)據(jù)安全通道，因此可以有效地保證數(shù)據(jù)包在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)陌踩院涂煽啃浴?/p>

遠(yuǎn)程中央監(jiān)控中心采用高性能工業(yè)計算機(jī)，可實現(xiàn)整個供配電系統(tǒng)中的各種電氣設(shè)備的遙信、遙測、遙控、遙調(diào)等功能，以實現(xiàn)變配電站無人值守的設(shè)計要求。系統(tǒng)采用專業(yè)電力監(jiān)控組態(tài)軟件來實現(xiàn)，可有效地對所有電氣設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控、電氣參數(shù)實時測量、事故異常報警、事件記錄和打印、電能管理和負(fù)荷控制、電力品質(zhì)分析、統(tǒng)計報表的生成和打印、各種匯總圖表的生成等。系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置大型數(shù)據(jù)庫，接收來自現(xiàn)場監(jiān)控PC機(jī)的數(shù)據(jù)，從而形成有效的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)庫。

3 總結(jié)

隨著國民經(jīng)濟(jì)自動化程度的不斷提高，各種智能化設(shè)備也應(yīng)用到了社會的各個方面。這些智能化設(shè)備的出現(xiàn)，對于電力的供應(yīng)提出了更高的要求。因此，安全、可靠的供配電監(jiān)控系統(tǒng)就成為了保證自動化系統(tǒng)良好運(yùn)行的必要基礎(chǔ)。

本設(shè)計采用三層結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)：現(xiàn)場控制層采用無線傳感網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和匯總；通訊層利用VPN技術(shù)來構(gòu)造公網(wǎng)數(shù)據(jù)安全通道；遠(yuǎn)程監(jiān)控中心采用組態(tài)軟件來實現(xiàn)人機(jī)界面系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)。這種結(jié)構(gòu)符合未來供配電系統(tǒng)的發(fā)展方向，具有一定的推廣價值。

[1]李炯．基于PLC的供配電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J]．機(jī)電工程技術(shù)，2011(40)：43-44.

[2]冀斌．淺析智能供配電監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用[J]．甘肅科技，2012(9)：60-61.