冮若嘉，張立穎，何健寧，趙婉旭，劉婕妤

(1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司計(jì)量中心，遼寧 沈陽(yáng) 110168； 2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006)

近年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全國(guó)用電量急速增長(zhǎng)，電力供求愈發(fā)緊張[1-3]，因此對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的有效監(jiān)測(cè)是保證電網(wǎng)安全和實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域、不同用電部門有序用電的重要保障，隨著自動(dòng)化水平的不斷提高，相繼開發(fā)了負(fù)荷控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)和故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但由于電網(wǎng)系統(tǒng)錯(cuò)綜復(fù)雜，傳統(tǒng)的電量監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)受到數(shù)據(jù)采集、信號(hào)傳輸以及數(shù)據(jù)分析處理等多個(gè)環(huán)節(jié)的問(wèn)題制約，造成系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，可靠性不高[4-5]。

線損率是衡量電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與布局合理性、衡量供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的重要標(biāo)準(zhǔn)，不同區(qū)域變壓器端與變電站端的電能數(shù)據(jù)提取是分析線損率和實(shí)現(xiàn)不同線路故障識(shí)別的重要前提，傳統(tǒng)的通過(guò)人工抄表獲取電量信息的方法容易造成數(shù)據(jù)的錯(cuò)記和漏記[6-7]，而現(xiàn)有的關(guān)口表數(shù)據(jù)采集雖然實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，但其傳輸方式仍采用有線傳輸、層層統(tǒng)計(jì)匯集的方法，大量的中間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)層大大影響了信號(hào)傳輸和獲取的可靠性和精度，因此需要采用一種更為有效的關(guān)口表電量數(shù)據(jù)采集方法，從而實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域電網(wǎng)線損以及線路故障的有效監(jiān)測(cè)。

1 關(guān)口表數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為了準(zhǔn)確測(cè)試和提取安裝在變壓器端及變電站端關(guān)口表的電量數(shù)據(jù)，結(jié)合無(wú)線信號(hào)傳輸方法，建立集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集層、信號(hào)無(wú)線傳輸層和上位機(jī)數(shù)據(jù)分析與處理層的關(guān)口表數(shù)據(jù)、線損及線路故障綜合監(jiān)測(cè)的智能系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。每個(gè)變壓器的關(guān)口表端安裝電量數(shù)據(jù)采集單元，電量采集單元通過(guò)串口通信與無(wú)線發(fā)射模塊連接，每個(gè)無(wú)線發(fā)射模塊作為電量數(shù)據(jù)采集與發(fā)射子站，每個(gè)用戶端區(qū)域多個(gè)變壓器關(guān)口表的電量數(shù)據(jù)信息通過(guò)發(fā)射模塊與采集終端的無(wú)線收發(fā)方式進(jìn)行傳輸，變電站端的電量數(shù)據(jù)采集方式和傳輸方式與用戶端相同，無(wú)線采集終端通過(guò)網(wǎng)口傳輸方式與以太環(huán)網(wǎng)相連，上位機(jī)采用組態(tài)軟件構(gòu)建關(guān)口表數(shù)據(jù)、線損和線路故障監(jiān)測(cè)及預(yù)警平臺(tái)，PC機(jī)通過(guò)以太環(huán)網(wǎng)和Web界面發(fā)布功能將電量數(shù)據(jù)信息共享給其它遠(yuǎn)程客戶端[8-9]，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)區(qū)域?qū)崟r(shí)電量信息、不同線路線損及故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和存儲(chǔ)。

2 關(guān)口表數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)傳輸

2.1 關(guān)口表數(shù)據(jù)采集

新型關(guān)口表普遍帶有數(shù)據(jù)通信與交互功能，可通過(guò)RS485串口通信將信號(hào)傳輸給帶有無(wú)線發(fā)射模塊的數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)采集單元通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊將數(shù)據(jù)傳輸至無(wú)線采集終端[10]，由于部分關(guān)口表數(shù)據(jù)采集模塊的無(wú)線發(fā)射模塊與無(wú)線采集終端的信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)，在不增加路由節(jié)點(diǎn)的前提，在無(wú)線發(fā)射模塊中增加功率放大器(PA)和低噪聲放大器(LNA)，從而增加了無(wú)線模塊的發(fā)射功率，或者提高了模塊的接收靈敏度。遠(yuǎn)距離無(wú)線模塊系統(tǒng)框圖如圖2所示。

2.2 關(guān)口表數(shù)據(jù)傳輸

為了實(shí)現(xiàn)電量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線采集與監(jiān)測(cè)，分別對(duì)電量采集模塊、無(wú)線發(fā)射模塊與匯聚節(jié)點(diǎn)的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)和開發(fā)，數(shù)據(jù)的傳輸通過(guò)構(gòu)建Zigbee協(xié)議棧，該協(xié)議棧具有強(qiáng)大的縮減功能。設(shè)備的采樣時(shí)間設(shè)定為每15 s采樣1次，并將單次的采樣結(jié)果無(wú)線發(fā)送給采集終端。電量采集與數(shù)據(jù)傳輸流程圖如圖3所示。電量采集模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)485總線上的數(shù)據(jù)采集指令，當(dāng)485總線上有采集指令下發(fā)時(shí)，通過(guò)命令解析執(zhí)行相關(guān)采集操作，并通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊進(jìn)行電量數(shù)據(jù)的傳輸，采集終端一側(cè)利用UART0串口的中斷實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的實(shí)時(shí)接收，設(shè)備上電后，Zigbee無(wú)線接收模塊開始對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連續(xù)不間斷的監(jiān)聽，實(shí)時(shí)接收Z(yǔ)igbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，當(dāng)接收到數(shù)據(jù)包后，先要驗(yàn)證數(shù)據(jù)包的可通過(guò)性，其方式是根據(jù)數(shù)據(jù)包的編號(hào)，根據(jù)不重復(fù)接收、重復(fù)丟棄的原則，數(shù)據(jù)包接收完成后還要進(jìn)行CRC校驗(yàn)，之后系統(tǒng)將校驗(yàn)通過(guò)的數(shù)據(jù)包傳輸至UART0串口，在此過(guò)程中對(duì)接收串口的終端狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，確保所有數(shù)據(jù)全部發(fā)送和接收。

圖1 基于無(wú)線傳輸?shù)年P(guān)口表數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)總體結(jié)構(gòu)

圖2 遠(yuǎn)距離無(wú)線模塊系統(tǒng)框圖

圖3 電量采集與數(shù)據(jù)傳輸流程圖

2.3 線損計(jì)算及故障分析

電力網(wǎng)絡(luò)中損耗的電能(線路損失負(fù)荷)與向電力網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)電能(供電負(fù)荷)的百分?jǐn)?shù);線損率用來(lái)考核電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，線損率的計(jì)算方法可表示為

ΔP=[(Ps-Pe)/Ps]×100%

(1)

式中：ΔP為線損率；Ps為變電站端變壓器關(guān)口表電量；Pe為用戶端變壓器關(guān)口表電量。

電力網(wǎng)絡(luò)中，一旦某一線路的線損突然增加，說(shuō)明該線路出現(xiàn)故障，需要對(duì)該線路進(jìn)行重點(diǎn)排查和維護(hù)，因此通過(guò)監(jiān)測(cè)變電站端和用戶端的關(guān)口表電量，可實(shí)時(shí)對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)中不同線路的線損和故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3 上位機(jī)電量線損監(jiān)測(cè)平臺(tái)

3.1 數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面開發(fā)

上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域電量數(shù)據(jù)及線損率集中監(jiān)測(cè)的核心樞紐，本系統(tǒng)采用亞控組態(tài)軟件以及ODBC數(shù)據(jù)庫(kù)聯(lián)合構(gòu)建關(guān)口表、線損及故障的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同區(qū)域各節(jié)點(diǎn)的變壓器端、變電站端的電量以及線損率，利用組態(tài)軟件的畫面設(shè)計(jì)功能構(gòu)建數(shù)據(jù)查詢界面、曲線查詢界面、數(shù)據(jù)報(bào)表、節(jié)點(diǎn)分布圖等多個(gè)功能，為上位機(jī)人員提供全面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，保證工作人員對(duì)不同區(qū)域各節(jié)點(diǎn)的電量數(shù)據(jù)信息、線損信息及故障信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能可實(shí)現(xiàn)對(duì)電量數(shù)據(jù)信息、故障信息的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)和調(diào)用，關(guān)口表數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)組態(tài)界面如圖4所示。

圖4 關(guān)口表數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)組態(tài)界面

3.2 Web界面全局發(fā)布

組態(tài)王軟件內(nèi)置有Web界面全局發(fā)布功能[11-12]，能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)到的電量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)、同步的在線全局共享和網(wǎng)絡(luò)共享?；陉P(guān)口表節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的電量線損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的Web界面發(fā)布全局共享結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Web界面共享網(wǎng)絡(luò)圖

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的Web界面全局共享網(wǎng)絡(luò)采用B/S框架結(jié)構(gòu)，以構(gòu)建的基于關(guān)口表節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的電量線損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為核心，利用Internet網(wǎng)絡(luò)或局域網(wǎng)絡(luò)將系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)界面共享給其它技術(shù)人員及部門，不同部門和技術(shù)人員根據(jù)自身的權(quán)限等級(jí)可獲悉不同程度和范圍的系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，對(duì)于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)科室，設(shè)定權(quán)限較低，主要權(quán)限為對(duì)數(shù)據(jù)、曲線的監(jiān)測(cè)和歷史信息的查詢；對(duì)于安全部門，權(quán)限等級(jí)為中級(jí)，除了基本數(shù)據(jù)查詢權(quán)限外，還可以對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；而對(duì)于技術(shù)管理部門，權(quán)限等級(jí)為高級(jí)，可通過(guò)Web界面對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的限值等參數(shù)進(jìn)行修改設(shè)定[13-14]。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)Web界面發(fā)布的實(shí)現(xiàn)提高了數(shù)據(jù)信息的全局共享能力和可視化程度，進(jìn)一步完善了電網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)控布局。

4 結(jié)束語(yǔ)

提出了一種基于關(guān)口表節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的電量線損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)電量監(jiān)測(cè)裝置對(duì)各節(jié)點(diǎn)關(guān)口表電量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和提取，通過(guò)無(wú)線傳輸裝置匯集到采集終端，在遠(yuǎn)傳給上位機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，上位機(jī)通過(guò)數(shù)值分析計(jì)算得到不同供電區(qū)域的線損量，進(jìn)而間接分析不同線路的線損率和故障特征，同時(shí)采用Web界面發(fā)布功能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和故障狀態(tài)的實(shí)時(shí)全局共享，系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)性能良好，實(shí)現(xiàn)了不同供電區(qū)域線損量及線路故障的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，可對(duì)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)的無(wú)人化監(jiān)測(cè)、提高故障檢測(cè)精度、準(zhǔn)確計(jì)算線損率提供參考。