謝本建 徐 平 林海英 宋志堅(jiān) 宋禹飛

（1. 深圳藝樸露科技有限公司，廣東 深圳 518100；2. 海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司海口供電局，海口 571000）

電力通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究

謝本建1徐 平1林海英2宋志堅(jiān)2宋禹飛2

（1. 深圳藝樸露科技有限公司，廣東 深圳 518100；2. 海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司?？诠╇娋郑？?571000）

電力系統(tǒng)通信是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的強(qiáng)有力的技術(shù)支持，特別是對(duì)于智能電網(wǎng)的發(fā)展來說，電力通信更是不可或缺的載體。而通信電源是電力通信的心臟，是保證通信系統(tǒng)安全穩(wěn)定的關(guān)鍵。電力通信電源有著諸多運(yùn)行方案，本文列舉了幾種典型的應(yīng)用設(shè)計(jì)方案，引入以智能 IPDU為核心的架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)電力通信機(jī)房微環(huán)境的監(jiān)控，并以某地區(qū)變電站為例，詳細(xì)介紹了該變電站的通信電源監(jiān)控系統(tǒng)。

通信電源監(jiān)控；微環(huán)境；通信系統(tǒng)

隨著電力行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行始終作為電力系統(tǒng)運(yùn)行首要任務(wù)。對(duì)于智能電網(wǎng)來說，電力通信系統(tǒng)是保障電力系統(tǒng)技術(shù)和功能運(yùn)行的最有力的支撐和傳輸媒體。通信系統(tǒng)的運(yùn)行離不開通信電源為其提供能量支持，通信電源是通信系統(tǒng)的心臟，沒有通信電源的動(dòng)力保障，通信系統(tǒng)中任何模塊都無法正常運(yùn)行，穩(wěn)定可靠的通信電源是通信系統(tǒng)也是電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。通信電源產(chǎn)品種類繁多，發(fā)展速度也比較快，其組成主要有高頻開關(guān)電源設(shè)備、半導(dǎo)體整流設(shè)備、AC-DC模塊電源、DC-DC模塊電源、逆變電源、UPS電源、交流穩(wěn)壓電源、發(fā)電機(jī)組及電源監(jiān)控系統(tǒng)等。

1 典型電力通信電源方案

通過近幾年電力通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，電力主網(wǎng)通信電源的設(shè)計(jì)和建設(shè)都已日漸成熟，形成了一套較為完整的方案，對(duì)于220kV變電站，采用的是雙套通信電源分4個(gè)機(jī)柜安裝的配套通信電源，不僅安全可靠性高，而且便于維護(hù)管理。4個(gè)機(jī)柜主要包括：交流電源配電屏1面，高頻開關(guān)電源柜2面，直流配電屏1面。其中，直流配電屏安裝2條配出母排，2套開關(guān)電源共配備 4組免維護(hù)的鉛酸蓄電池，每套開關(guān)電源2組，且蓄電池單獨(dú)配電屏安裝，采用架式架構(gòu)，安放在單獨(dú)的蓄電池室，通信電源配電屏結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 某變電站通信電源結(jié)構(gòu)示意圖

交流配電屏電源來自2路不同配電系統(tǒng)配出的380V交流電源，且配備一定數(shù)量的配出空開為其他配電屏備用電源，2面開關(guān)電源屏交流電源引自交流配電屏的不同配電系統(tǒng)的交流電源，且應(yīng)配備自互投裝置，為開關(guān)電源屏內(nèi)整流裝置提供可靠的電源輸入。當(dāng)通信電源配出沒有特殊負(fù)荷要求時(shí)，整流模塊容量一般選擇6×30A，原理示意圖如圖2所示。兩面高頻開關(guān)電源屏分別為直流電源屏兩個(gè)母排提供直流電源，直流分配母排間用大容量的手動(dòng)開關(guān)連接起來，正常運(yùn)行時(shí)在斷開狀態(tài)，故障狀態(tài)時(shí)可根據(jù)負(fù)荷情況選擇其運(yùn)行狀態(tài)。

圖2 高頻開關(guān)電源原理圖

在電力系統(tǒng)的二級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過程中，特別是對(duì)于110kV、35kV變電站，其通信設(shè)備數(shù)量相對(duì)較少，容量也相對(duì)較小，按照電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)原則，一般配備1套通信電源。其結(jié)構(gòu)也比一級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)的電源簡(jiǎn)單些，通常將電源系統(tǒng)和蓄電池系統(tǒng)安裝在同一面配電屏中，對(duì)蓄電池不再單獨(dú)設(shè)立蓄電池室。高頻開關(guān)電源容量按3×30A選擇。

2 電源監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)

除了提高通信電源的穩(wěn)定性之外，對(duì)電源系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控也非常重要。通信電源監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)多級(jí)分布式的計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，一般可分為監(jiān)控中心（SC）、監(jiān)控站（SS）和監(jiān)控單元（SU）。其組成示意圖如圖3所示。

圖3 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

監(jiān)控電源與被控設(shè)備相連，并周期性對(duì)采集到的被控設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，向監(jiān)控站發(fā)送，監(jiān)控單元也可接收監(jiān)控中心下達(dá)的監(jiān)控命令，如通信發(fā)生中斷，監(jiān)控單元將保存主要告警數(shù)據(jù)，等待通信恢復(fù)后將中斷期間數(shù)據(jù)上報(bào)。

可見，監(jiān)控站的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理的重要環(huán)節(jié)，監(jiān)控站向下與各監(jiān)控單元相連接，接收監(jiān)控單元采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后在傳送給上一級(jí)。

而監(jiān)控中心是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中級(jí)別最高的設(shè)備，不僅具有與各監(jiān)控站通信及實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能，還具有設(shè)置告警等級(jí)，用戶權(quán)限及監(jiān)控點(diǎn)性能門限值等參數(shù)的權(quán)限。

在傳統(tǒng)的通信機(jī)房中，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜，機(jī)柜中設(shè)備運(yùn)行情況不均衡，難以監(jiān)測(cè)，為通信系統(tǒng)及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了巨大隱患。目前，針對(duì)通信機(jī)房監(jiān)測(cè)中的薄弱環(huán)節(jié)，提出了建立機(jī)房設(shè)備微環(huán)境的概念。設(shè)備微環(huán)境是指機(jī)柜中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，包括溫度、濕度電力及監(jiān)控等相關(guān)參數(shù)和運(yùn)行情況。在傳統(tǒng)的運(yùn)行模式中，溫度的控制通過空冷設(shè)備將機(jī)房室內(nèi)溫度降低，從而達(dá)到設(shè)備冷卻的目的，而沒有考慮過機(jī)柜和機(jī)架等環(huán)節(jié)。微環(huán)境的引入就是將過去機(jī)房大環(huán)境參數(shù)正常但網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所處微環(huán)境參數(shù)不正常的弊端解決了，以降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備重啟、死機(jī)等故障的概率。

現(xiàn)如今對(duì)機(jī)柜內(nèi)機(jī)架上設(shè)備的微環(huán)境監(jiān)測(cè)已經(jīng)被各界重視起來，一種基于多傳感自校正技術(shù)、傳感網(wǎng)絡(luò)信息預(yù)測(cè)技術(shù)的智能電源分配單元（intelligent power distribution unit, IPDU）已作為設(shè)備微環(huán)境智能檢測(cè)的模型被業(yè)界列為研究的重點(diǎn)。IPDU也可被稱為遠(yuǎn)程電源管理器，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)柜內(nèi)電力的電壓、電流、功率，用電量等參數(shù)，同時(shí)也監(jiān)測(cè)其分路或每個(gè)設(shè)備端口的電力參數(shù)，當(dāng)電力參數(shù)出現(xiàn)過壓、欠壓、過流或分路斷路等情況時(shí)，能夠第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警，從而提高設(shè)備運(yùn)行的安全性。

TEDS格式的引擎校正方式可以將不同接口模式的傳感器引入實(shí)現(xiàn)多信息的自校正。而信息的同步問題則可以通過預(yù)測(cè)補(bǔ)償算法修正模型來完成。根據(jù)目前智能傳感器的技術(shù)發(fā)展情況，還需要對(duì)傳感器進(jìn)行自校正，從而提高測(cè)算精度，這就要采用基于特定TEDS格式的引擎校正方式，主要包括：最后校正日期周期和所涉及的校正參數(shù)等。而新架構(gòu)下的自校正引擎在 IPDU上而不是在傳統(tǒng)構(gòu)架中的監(jiān)控主機(jī)內(nèi)，采用TEDU的校正系數(shù)，利用分段線性插值函數(shù)進(jìn)行多參數(shù)傳感數(shù)據(jù)的自校準(zhǔn)，K通道傳感模型矯正式為

3 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例

某地區(qū)變電站將遠(yuǎn)程控制單元、站端視頻處理單元等站端控制設(shè)備通過環(huán)境設(shè)備管理層的信息處理，將不同類型的監(jiān)控模塊及通信模塊采用的不同類型的通信協(xié)議采集的各種遙信遙測(cè)數(shù)據(jù)，統(tǒng)一為數(shù)據(jù)量，解決了與主站平臺(tái)之間的通信問題。通過協(xié)議封裝，將環(huán)境變量和門禁系統(tǒng)等模塊接入到系統(tǒng)中來，統(tǒng)稱為RPU，組成變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)視頻、環(huán)境等信息的實(shí)時(shí)處理功能。

通過RPU的連接將通信電源的相關(guān)供電系統(tǒng)，溫度等參數(shù)虛擬為一個(gè)環(huán)境信息量，相當(dāng)于將遙信數(shù)據(jù)虛擬成遙信設(shè)備，遙測(cè)數(shù)據(jù)虛擬為遙測(cè)設(shè)備后，將數(shù)據(jù)上傳或平臺(tái)主動(dòng)獲取資源列表,定時(shí)與監(jiān)測(cè)模塊通信，讀取模塊數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳至平臺(tái)，自定義閥值。此外，通過RPU的本地存儲(chǔ)功能，還可將采集的數(shù)據(jù)以歷史記錄的形式保存至本地以供查詢。通信電源監(jiān)控模塊監(jiān)控的內(nèi)容見表1。遙信數(shù)據(jù)見表2。

表1 監(jiān)控的遙測(cè)數(shù)據(jù)

表2 監(jiān)控的遙信數(shù)據(jù)

該地區(qū)通信電源監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 某地區(qū)變電站通信電源監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該監(jiān)控系統(tǒng)中各通信電源監(jiān)控模塊都支持前端智能設(shè)備協(xié)議，其他模塊系統(tǒng)滿足 Modbus協(xié)議類型。結(jié)合該監(jiān)控系統(tǒng)的個(gè)監(jiān)控摸塊的特點(diǎn)，將監(jiān)控模塊的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為多種總線類型并存的方式，根據(jù)通信距離可采用 RS-232C總新接口或RS-485/RS-422總線接口，其中RS-232C總線接口主要用在15m距離內(nèi)的可靠通信系統(tǒng)中，而 RS-485/RS-422接口采用的是差分信息傳輸，距離范圍可達(dá)1500m，使用與距離較遠(yuǎn)監(jiān)控模塊的連接。此外，當(dāng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)不大、而擴(kuò)展更高一級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，可采用MODEM接口，通過主板上的接口撥碼開關(guān)，選擇接口方式，可以通過該接口，公用現(xiàn)有的公用電話網(wǎng)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信。

可根據(jù)該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)總結(jié)出該系統(tǒng)的如下特點(diǎn)：①該系統(tǒng)兼容性強(qiáng)，將視頻監(jiān)控，電源監(jiān)控集中在同一套系統(tǒng)中，提高了平臺(tái)的使用效率；②將通信電源數(shù)據(jù)統(tǒng)一虛擬成環(huán)境變量，使通信電源的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與其他環(huán)境變量數(shù)據(jù)相同，平臺(tái)不需要重新投入資金開發(fā)，實(shí)現(xiàn)無縫集成；③實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，發(fā)生異常，短時(shí)就能接到報(bào)警數(shù)據(jù)，降低了相應(yīng)時(shí)間；④操作簡(jiǎn)單，不需要重新培訓(xùn)就能使操作人員上手操作。

4 結(jié)論

通信電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通信設(shè)備及電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的保障，提高了各個(gè)站點(diǎn)通信電源運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，降低了維護(hù)成本，是通信電源維護(hù)管理從靠人力模式向自動(dòng)化集中監(jiān)控管理模式邁進(jìn)的重要標(biāo)志。基于 IPDU的設(shè)備微環(huán)境監(jiān)測(cè)構(gòu)架，可對(duì)遠(yuǎn)程管理電源系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及服務(wù)器微環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，利用TEDS校正引擎實(shí)現(xiàn)多傳感器的自校正。對(duì)于傳輸同步的問題，可通過補(bǔ)償預(yù)測(cè)算法的廣義預(yù)測(cè)模型、分析數(shù)據(jù)延時(shí)的原因得以解決。通過實(shí)例，更直觀地感受到了電源監(jiān)控系統(tǒng)能有效輔助電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，為電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)日后的改進(jìn)提供了參考。

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Design and Research of Power Communication Power Monitoring System

Xie Benjian1Xu Ping1Lin Haiying2Song Zhijian2Song Yufei2
(1. Shenzhen EPLU SCI-EECH Co., Ltd, Shenzhen, Guangdong 518100;2. Hainan Power Grid Corporation Limited Haikou Power Supply Bureau, Haikou 571000)

Power system communication is a powerful technical support for the safe and stable operation of power system. Especially for the development of smart grid, power communication is an indispensable carrier. The communication power is the heart of power communication, is the key to ensure the stability and stability of communication system. Power communication power supply has a lot of operational programs, this paper lists several typical application design, the introduction of intelligent IPDU as the core architecture to achieve the power of the computer room micro-environment monitoring.And a regional substation, for example, a detailed description of the substation communication power monitoring system.

communication power monitoring; micro environment; communication system

謝本建（1981-），男，四川省廣漢市人，漢族，本科，高級(jí)工程師，主要從事企業(yè)高低壓配電運(yùn)行管理工作。