吳越嬴，何 新，黃崢嶸，盛沈陽

(南京理工大學 自動化學院，江蘇 南京 210094)

基于C/S架構(gòu)的電力線路監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

吳越嬴，何 新，黃崢嶸，盛沈陽

(南京理工大學 自動化學院，江蘇 南京 210094)

在電力行業(yè)高速發(fā)展、電網(wǎng)規(guī)模日益擴大的今天，電力線路信息的有效監(jiān)控能夠便于掌握電網(wǎng)的實時運行狀況，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，發(fā)生故障時也能盡快地完成故障分析與分類。為此，采用C++ Builder語言進行系統(tǒng)界面設(shè)計，簡要設(shè)計完成了一種電力線路的信息監(jiān)控系統(tǒng)；運用數(shù)據(jù)庫技術(shù)將電力線路數(shù)據(jù)信息進行分類存儲，使得能夠快速有效地顯示實時的線路數(shù)據(jù)，方便查詢歷史信息；采用基于暫態(tài)量的故障選相算法實現(xiàn)了線路故障的分類，便于工作人員分析故障原因、查找故障點。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)線路信息的實時顯示和歷史數(shù)據(jù)的查詢，達到實時監(jiān)控的目的，減輕了工作人員的工作強度，提高了線路信息管理的效率，同時也有效提高了電力系統(tǒng)的自動化水平。

系統(tǒng)設(shè)計；數(shù)據(jù)庫技術(shù)；線路監(jiān)控；故障選相

0 引 言

在科學技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，國內(nèi)電力系統(tǒng)的信息管理水平也在不斷提高，為了保證電力系統(tǒng)線路運行的安全性和穩(wěn)定性，更好地實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的信息管理，滿足人們對生活和生產(chǎn)的電力需求，同時也為了促進自身的經(jīng)濟效益，許多電力企業(yè)都將自動化技術(shù)應(yīng)用到電力線路信息管理當中，加大了對信息管理系統(tǒng)的自動化建設(shè)[1]，從而實現(xiàn)了電力系統(tǒng)信息管理的自動化升級。電力系統(tǒng)信息管理的自動化水平不斷提高，是時代提出的客觀要求，也是保證企業(yè)競爭力的有效手段[2]。

隨著電力行業(yè)的發(fā)展、電網(wǎng)規(guī)模的擴大，電網(wǎng)線路管理的信息量大幅增加，信息處理也變得越來越困難，因此電力線路監(jiān)控信息系統(tǒng)的建設(shè)就成為了一種必然，信息化技術(shù)也得到了相當廣泛的應(yīng)用。這不僅很好地解決了傳統(tǒng)信息化管理過程中存在的相關(guān)問題，提高了整個電力系統(tǒng)的信息管理水平，還有效地推動了國內(nèi)電力行業(yè)的發(fā)展[3]。

但是從當前電力系統(tǒng)線路監(jiān)控信息管理的發(fā)展情況來看，由于地區(qū)發(fā)展不平衡，不同地區(qū)在電力系統(tǒng)線路監(jiān)控管理的水平上存在一些差異[4]，一些西部地區(qū)的管理水平相對比較落后，設(shè)備不夠完善，信息管理系統(tǒng)在開發(fā)和應(yīng)用上都處于欠發(fā)達的狀態(tài)[5]，導致國內(nèi)大部分地區(qū)的電力系統(tǒng)線路信息管理存在一定的問題。還有就是信息管理不規(guī)范，管理方法不能達到電力系統(tǒng)信息化建設(shè)的要求[6]，從而導致一些電力公司的經(jīng)濟效益并不理想，這對電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性也帶來了一定的影響。

為改變電力系統(tǒng)線路監(jiān)控信息管理方面的現(xiàn)狀，適應(yīng)信息化社會對企業(yè)發(fā)展的要求，迫切要求改進當前管理模式，建立綜合各種電力線路監(jiān)控信息的管理系統(tǒng)。針對線路信息數(shù)據(jù)量大的問題,構(gòu)建了合理高效的數(shù)據(jù)庫，對于線路故障問題采用了故障選相算法進行分類識別，而系統(tǒng)界面則選擇了C++ Builder進行設(shè)計調(diào)試，設(shè)計并實現(xiàn)了一個基于C/S架構(gòu)的電力線路監(jiān)控系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)的功能設(shè)計

隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，要處理的信息量也越來越大，電力系統(tǒng)的信息管理主要是對電力線路運行和維護的信息管理。主要針對電力線路監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、具體功能分析、主要窗體界面以及數(shù)據(jù)庫等方面進行了設(shè)計與分析。

1.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

電力線路監(jiān)控管理系統(tǒng)的總體設(shè)計要充分結(jié)合系統(tǒng)的實際情況，在對相關(guān)的日常數(shù)據(jù)進行分析和討論后，做出必要的歸類合并，從而規(guī)劃系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，并根據(jù)功能要求的不同來設(shè)置子模塊[7-8]。然后對系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)進行整理和分類，形成面向數(shù)據(jù)的分析方法，將各項數(shù)據(jù)劃分到對應(yīng)的子模塊中進行存儲。該系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)

1.2具體功能分析

利用計算機技術(shù)實現(xiàn)的管理系統(tǒng)可以分為以下幾個功能模塊，而每個模塊具體實現(xiàn)的功能如下所述：

(1)用戶登錄模塊。

只有數(shù)據(jù)庫中記錄過的用戶ID(工號)和相應(yīng)密碼才能進入系統(tǒng)進行監(jiān)控、查詢等。

(2)線路數(shù)據(jù)顯示模塊。

主要是顯示當前線路的實數(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)，包括各條線路的三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率等。

(3)線路運行管理模塊。

這一模塊可以反映當前時間線路的運行狀態(tài)為正?；蚬收?，記錄電力線路的日常檢查和維修工作，將檢修時線路出現(xiàn)的異常情況記錄下來，包括線路故障分類識別、線路故障處理記錄和線路保護措施等。

(4)歷史查詢模塊。

主要可以根據(jù)用戶設(shè)置的查詢條件查詢到一定時間內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，包括線路的各項參數(shù)以及線路的運行狀態(tài)等，可供相關(guān)人員查閱，也可生成報表。

1.3故障分類算法分析

在線路運行管理模塊中，若是線路出現(xiàn)故障，則需進行故障分類識別。故障分類識別主要是指對線路發(fā)生故障后的若干種故障類型進行識別[9]，通過對收集的大量故障數(shù)據(jù)進行分析處理和故障類型分類辨別，以掌握電網(wǎng)的運行狀況[10]，便于對經(jīng)常發(fā)生故障的設(shè)備以及線路采取合理的維護措施，且故障分類的結(jié)果對于工作人員分析故障原因、查找故障點也有指導作用。

輸電線路上發(fā)生不同類型的故障，其三相故障電流中必然攜帶有故障相別方面的不同信息，需要通過故障的邊界條件和實際線路三相間的耦合關(guān)系進行判斷[11]。假設(shè)三相電流分別為iA、iB、iC，單相接地故障表示為Ag、Bg、Cg，兩相接地故障表示為ABg、BCg、ACg，兩相相間故障表示為AB、BC、AC，三相短路故障表示ABC。

這幾類故障的故障特征可分析歸納如下：

(1)當零模i0≠0且數(shù)值很大時，一般為接地故障；而當i0很小，幾乎等于零時，為非接地故障[12]。

(2)接地故障中，單相接地短路(如Ag)時，iA最大，iB次之，iB/iC<2.5(一般在1.5附近)；兩相接地短路(如ABg)時，iC最小，min(iA,iB)≥2.5iC。

(3)非接地故障中，兩相相間短路(如AB)時，iC最小，|iA|-|iB|=0；三相短路(即ABC)時，若iA最小，則|iC|-|iB|≠0。

由上述可知，不同類型的故障，其故障相與非故障相之間差異顯著，將這些差異提取并表征，即可構(gòu)成故障選相的實用判據(jù)[13]。

由于小波分析很適用于故障突變這樣的非平穩(wěn)信號的處理，因此決定采用小波工具提取暫態(tài)信號的能量，然后用基于暫態(tài)量的故障選相算法進行故障分類，也就是通過比較三相電流暫態(tài)能量的相對大小選出故障相別。

信號y(t)的離散樣本為c0(n)，經(jīng)小波變換后得到的第j尺度上的逼近系數(shù)cj(n)和小波系數(shù)dj(n)分別為：

(1)

(2)

其中，h(n)、g(n)分別為低通、帶通濾波器。

由Parseval定理可得，在正交小波變換下，信號y(t)的能量可用小波變換系數(shù)表示為[14]：

(3)

故障選相算法流程如圖2所示。其中，四個門檻值ε0、ε1、ε2、ε3的用途分別是：ε0判別故障是否接地，ε1區(qū)分三相、兩相間短路，ε2判別故障是否單相接地短路，ε3區(qū)分單相、兩相接地短路。

1.4數(shù)據(jù)庫的選擇和設(shè)計

數(shù)據(jù)庫用來存儲電力系統(tǒng)各類線路數(shù)據(jù)信息，是系統(tǒng)正常運行的前提和保障。構(gòu)建合理高效的數(shù)據(jù)庫，將數(shù)據(jù)分類儲存，使得系統(tǒng)能夠快速有效地顯示實時信息，也能夠方便歷史數(shù)據(jù)的處理[15]。在選取數(shù)據(jù)庫時，要結(jié)合線路運行的實際情況，在保證系統(tǒng)安全和穩(wěn)定運行的情況下，數(shù)據(jù)庫還應(yīng)具備系統(tǒng)兼容性[16]。其次，數(shù)據(jù)庫的容量要與線路的實際運行和投入的經(jīng)費相適應(yīng)，在滿足當前運行的條件下，也要給系統(tǒng)以后的擴充預(yù)留一定的空間。

所涉及到的部分數(shù)據(jù)表如下：

(1)用戶身份信息表：記錄了所有員工的身份信息以及登錄密碼，其中身份信息包括工號、姓名以及部門等。

(2)各不同電壓等級線路的各項參數(shù)數(shù)據(jù)表：記錄了不同電壓等級線路每次采樣的采樣時間、電流、電壓、有功功率和無功功率，如表1所示。

表1 線路參數(shù)數(shù)據(jù)表

(3)線路運行狀態(tài)表：記錄當前時間各等級線路是否運行正常。

(4)線路的檢修記錄表：記錄了每次線路檢修的時間、檢修時各不同電壓等級線路的運行狀態(tài)(正常或故障)、故障原因以及故障處理的結(jié)果。

線路檢修記錄表如表2所示。

表2 線路檢修記錄表

2 系統(tǒng)的界面設(shè)計與實現(xiàn)

在明確了系統(tǒng)所需實現(xiàn)的功能模塊后，接下來就要對電力系統(tǒng)線路信息系統(tǒng)的界面進行設(shè)計與實現(xiàn)。在進行設(shè)計時，要遵循以下幾個原則：

(1)人機友好的建設(shè)原則，實現(xiàn)信息的交互性和通用性[17]；

(2)在保證系統(tǒng)運行速度的前提下，要對界面的功能和布局進行合理的設(shè)計，使界面盡可能美觀；

(3)要盡量多地顯示重要的信息，便于用戶操作，讓操作人員在最短的時間內(nèi)獲取線路電力輸送的各種信息，確保信息資源實現(xiàn)優(yōu)化配置[18]。

經(jīng)過了一定的調(diào)試運行后，系統(tǒng)的基本功能均得到了實現(xiàn)：數(shù)據(jù)庫中采集到的線路數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r顯示在系統(tǒng)中，歷史數(shù)據(jù)也能夠做到快速有效地查詢；線路發(fā)生故障也可基本做到分類識別，有助于進行故障的分析定位。以下是系統(tǒng)調(diào)試與運行后的兩個主要界面：線路運行管理界面和歷史查詢界面。

(1)線路運行管理界面。

顯示各線路當前運行狀態(tài)以及檢修記錄，如圖3所示。

圖3 線路運行管理界面

(2)歷史查詢界面。

主要完成各種歷史數(shù)據(jù)的查詢，如圖4所示。

圖4 歷史查詢界面

3 結(jié)束語

針對電力系統(tǒng)規(guī)模大、線路數(shù)據(jù)信息量大導致的線路實時監(jiān)控管理不理想的問題，采用了SQL Server來搭建合理高效的數(shù)據(jù)庫，根據(jù)不同類型的信息分類構(gòu)建不同功能的數(shù)據(jù)表，從而提高監(jiān)控系統(tǒng)運行效率。對于如何判斷線路是否出現(xiàn)故障的問題，由于不同類型的故障其故障相與非故障相之間都存在顯著差異，因此用故障選相算法進行檢測辨識。調(diào)試運行后，系統(tǒng)實現(xiàn)了電力線路的信息管理基本功能，達到了對電力線路實時監(jiān)控的目的。該系統(tǒng)一定程度上減輕了管理人員的工作強度，提高了工作效率，但仍需對客戶進行進一步的需求分析，根據(jù)需求進行系統(tǒng)改進和完善。

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Design of Power Lines Monitoring System with C/S Structure

WU Yue-ying，HE Xin，HUANG Zheng-rong，SHENG Shen-yang

(School of Automation,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing 210094,China)

With the rapid development of the power industry and the increasing scale of the power grid,it is convenient for effective monitoring of information of power lines to grasp the real-time operation of the power grid,guarantee the safe and stable operation of the power system and complete the fault analysis and classification as soon as possible when a fault occurs.Therefore,the language of C++ Builder is adopted to design system interface,and an information monitoring system of the power lines is designed and implemented briefly.The database technology is employed to classify and store the data of power lines,which makes that the real-time data can be displayed quickly and effectively and the historical information can be queried conveniently.The fault phase selection algorithm based on transient is adopted to classify the line faults so that the staff can analyze the cause of fault and find the point of faults.The experimental results indicate that the real-time display of the line information and the query of historical data could be realized to achieve the goal of real-time monitoring,reduction of workload of staff,improvement of the management efficiency of line information and raising the level of automation effectively.

system design;database technology;lines monitoring;fault phase selection

2016-07-26

：2016-10-27 < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時間

時間：2017-07-05

國家自然科學基金資助項目(61473152)

吳越嬴(1992-)，女，碩士研究生，研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化；何 新，碩士生導師，研究方向為智能信息處理、音頻信息處理。

http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20170705.1650.034.html

TP302

:A

:1673-629X(2017)09-0187-04

10.3969/j.issn.1673-629X.2017.09.041