劉龍

同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司 上海 200092

隨著當(dāng)前社會生產(chǎn)力以及科技發(fā)展水平的不斷提升，電力運營挑戰(zhàn)也逐步增加，而為了進(jìn)一步打造穩(wěn)定可靠的供配電網(wǎng)絡(luò)，還需要利用信息技術(shù)對供配電系統(tǒng)進(jìn)行全程監(jiān)管，因此構(gòu)建電力監(jiān)控體系已經(jīng)成為社會多方關(guān)注的重點。本文便是以技術(shù)分析法以及案例分析法為主要方式，結(jié)合供配電設(shè)計中的電力監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建細(xì)節(jié)展開分析，確保能夠打造智能化的電力監(jiān)控場景，滿足供配電網(wǎng)絡(luò)安全運行的需求。

1 電力監(jiān)控系統(tǒng)的核心功能分析

首先從理論角度上來講，電力監(jiān)控系統(tǒng)是利用現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)以及自動控制技術(shù)，針對供配電系統(tǒng)的各項運行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測以及調(diào)控。建立在遙測、遙信、遙控、遙調(diào)、電能質(zhì)量監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)整合等多項功能的基礎(chǔ)上，打造透明化的電力運行體系，能夠全面分析電力系統(tǒng)的運行安全性以及經(jīng)濟(jì)性[1]。而從核心功能的層面來講，其主要涵蓋以下幾方面的功能。

能夠進(jìn)行電力運行體系的數(shù)據(jù)采集，分析電能計量情況，實現(xiàn)開關(guān)量數(shù)據(jù)的分析；比如可以及時分析系統(tǒng)中各線路的運行情況，了解線路的電流電壓是否正確及時的進(jìn)行有功功率的檢測，定位功率因素以及頻率等動態(tài)性因素，也可以綜合系統(tǒng)運行的流程，分析其中各項事件發(fā)生的順序，并且將其記錄在案，比如斷路器的合閘操作以及，保護(hù)動作發(fā)生的順序等等。

監(jiān)控系統(tǒng)每天會按照電力運行體系的各項環(huán)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，有著龐大的數(shù)據(jù)庫，能夠及時記錄事件發(fā)生的時間以及各項參數(shù)。確保事件信息不丟失、不混亂。

能夠進(jìn)行故障分析以及故障記錄。在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以結(jié)合前期的電流量以及母線電壓快速定位故障發(fā)生點，及時記錄保護(hù)動作的發(fā)生時間，記錄的周期往往結(jié)合保護(hù)動作開始之前，以及保護(hù)動作啟動之后的2~10個周期進(jìn)行監(jiān)測[2]。

可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作，當(dāng)前的電力配電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模較大，涉及了極多的細(xì)節(jié)，因此常規(guī)的人員操作必須要依托信息技術(shù)來完成。智能化監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控，比如工作人員可以結(jié)合系統(tǒng)運行狀態(tài)遠(yuǎn)程遙控斷路器進(jìn)行開啟和關(guān)閉。能夠就地進(jìn)行遠(yuǎn)程操作實現(xiàn)斷路器的相互閉鎖，避免出現(xiàn)干擾，在這個過程中還設(shè)置了命令執(zhí)行分步功能，確保操作具有正確性。

圖1 電力監(jiān)控系統(tǒng)核心結(jié)構(gòu)

能夠進(jìn)行安全監(jiān)視。監(jiān)控系統(tǒng)可以針對配電網(wǎng)運行的電流以及電壓進(jìn)行全方位監(jiān)視，若出現(xiàn)超出標(biāo)準(zhǔn)限制的問題會及時地發(fā)出警報；若出現(xiàn)電力設(shè)備故障以及電流電壓動態(tài)擾動等電力問題，會及時地進(jìn)行區(qū)域隔離，避免故障擴(kuò)散。

2 配電網(wǎng)設(shè)計中的電力監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建

本文建立在當(dāng)前常規(guī)的配電網(wǎng)設(shè)計體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合電力監(jiān)控系統(tǒng)的具體構(gòu)建細(xì)節(jié)以及不同層次進(jìn)行分析。從層次上來講，電力監(jiān)控系統(tǒng)主要分為系統(tǒng)管理層、通信接口層、現(xiàn)場監(jiān)控層這三個組成部分。

2.1 組態(tài)軟件的設(shè)計

組態(tài)軟件主要是提供數(shù)據(jù)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集功能的系統(tǒng)性軟件，可以結(jié)合系統(tǒng)運行的目標(biāo)生成相關(guān)執(zhí)行任務(wù)，選擇具有適配性的軟件和系統(tǒng)來完成任務(wù)。通過監(jiān)控組態(tài)軟件，能夠提升人員操作的便捷性以及直觀性，可以直接對系統(tǒng)下達(dá)命令，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程實時操控以及監(jiān)控的目的。

從功能角度上來講，組態(tài)軟件的功能本身具有較強(qiáng)多樣性，可以結(jié)合實際系統(tǒng)運轉(zhuǎn)需求提供繪圖、編輯、身份校驗等常規(guī)服務(wù)，也可以及時的記錄實時/歷史數(shù)據(jù)并且形成曲線，及時輸出報表，也可以提供系統(tǒng)報警。

2.2 常規(guī)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案

電力監(jiān)控系統(tǒng)本身需要負(fù)責(zé)整體配電網(wǎng)的質(zhì)量監(jiān)測，因此系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性以及完整性必須要進(jìn)行精密掌控，當(dāng)前較為常見的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方案有以下幾種，可以結(jié)合實際運行情況進(jìn)行針對性調(diào)整和選擇；但是需要注意的是網(wǎng)絡(luò)運行架構(gòu)方案必須要滿足分散控制、集中管理的需求，能夠依托總線延伸出多個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，及時對接智能設(shè)備以及軟件系統(tǒng)，從而快速地進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)控反應(yīng)。

2.2.1 小系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

塑料配電網(wǎng)規(guī)模以及不同企業(yè)的實際應(yīng)用需求，小系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠有效解決電力監(jiān)控的問題，其中大量的智能監(jiān)控設(shè)備統(tǒng)一連接在一條主線上，通過接口轉(zhuǎn)換器和監(jiān)控主機(jī)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其具體結(jié)構(gòu)見圖3。這種結(jié)構(gòu)較為簡單，主要適用于小型的配電網(wǎng)中，或者大規(guī)模配電網(wǎng)的分支系統(tǒng)也可以采用該種結(jié)構(gòu)。

圖3 小系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.2.2 大系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

部分配電網(wǎng)的規(guī)模較大，其中各項內(nèi)容較為分散，因此需要打造大系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組成架構(gòu)，其主要模式為將現(xiàn)場的智能監(jiān)控設(shè)備直接接入現(xiàn)場總線，然后再把多條總線分別和網(wǎng)關(guān)進(jìn)行對接[3]，其具體架構(gòu)見圖4。這種模式能夠有效應(yīng)對大型配電網(wǎng)的電力監(jiān)控需求，不會對監(jiān)控體系自身造成影響。

圖4 大系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.2.3 多系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

多系統(tǒng)電力監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要應(yīng)用在擁有多個子變電站的配電網(wǎng)中。為了全面提升配電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性以及安全性，每一個子站都可以設(shè)置監(jiān)控主機(jī)，然后監(jiān)控主機(jī)，負(fù)責(zé)本站的智能設(shè)備監(jiān)控以及電力監(jiān)控。監(jiān)控主機(jī)能夠?qū)⒆罱K得出的數(shù)據(jù)結(jié)果傳送到中心，監(jiān)控中心總機(jī)自身也具備授權(quán)的能力，可以查詢或者監(jiān)控每一個子站監(jiān)控主機(jī)的運行狀態(tài)，這樣能夠?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)場分工。其具體架構(gòu)見圖5。

圖5 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.3 智能監(jiān)控設(shè)備功能分析

由于配電網(wǎng)的運行內(nèi)容較為復(fù)雜，在進(jìn)行電力監(jiān)控的過程中，需要依托大量的智能化設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控，而這些智能監(jiān)控設(shè)備自身的功能必須要具備穩(wěn)定性，同時能夠滿足電力系統(tǒng)監(jiān)控的實際需求。首先每一個監(jiān)控現(xiàn)場的設(shè)備，必須要相對獨立，能夠完成獨立的數(shù)據(jù)采集以及傳輸；可以及時執(zhí)行監(jiān)控主機(jī)以及中心監(jiān)控主機(jī)發(fā)布的操作命令；針對配電網(wǎng)的各項系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)測，并且快速地進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄；可以不依賴監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)獨立運行，即使在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，監(jiān)控主機(jī)在自身局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上依舊能夠正常運行。

目前市場上的智能監(jiān)控設(shè)備類型多樣，在電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的過程中，可以綜合實際影響因素、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷等級、用戶需求、配電網(wǎng)規(guī)模等多種因素進(jìn)行針對性選擇[4]，確保智能設(shè)備的選用具備經(jīng)濟(jì)性和合理性。

3 電力監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建的案例分析

本文依托具體案例闡述了電力監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建的各項配置以及實際方案，以此來為當(dāng)前的相關(guān)工程提供參考依據(jù)。某電力企業(yè)選擇的監(jiān)控系統(tǒng)中心為PowerLogic產(chǎn)品，詳細(xì)信息如下。

3.1 系統(tǒng)配置

建立在監(jiān)控系統(tǒng)中心的基礎(chǔ)上，結(jié)合配電網(wǎng)的實際規(guī)模構(gòu)建了多系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實際分層結(jié)構(gòu)見圖6。

圖6 電力監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 監(jiān)控要求分析

電力監(jiān)控系統(tǒng)本身需要結(jié)合配電網(wǎng)的運行進(jìn)行多元化監(jiān)控，其中還需要遵循標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控要求。

主中壓線進(jìn)線回路以及其他的低壓進(jìn)線回路，必須要滿足以下幾點監(jiān)控需求，首先要了解遠(yuǎn)程操控的各項細(xì)節(jié)，及時的控制系統(tǒng)的有功功率以及無功功率，同時能夠進(jìn)行三相電壓檢測以及電流檢測，這其中檢測的精準(zhǔn)度必須嚴(yán)格控制在0.2%左右[5]，同時進(jìn)行遠(yuǎn)程遙感傳輸，了解系統(tǒng)各個開關(guān)的運行狀態(tài)以及故障情況，可以通過遠(yuǎn)程遙控來指揮系統(tǒng)進(jìn)行自動啟停；針對部分故障信息快速地給出告警信息；就地顯示配電網(wǎng)的運行狀態(tài)；通信接口必須要符合通信規(guī)約；及時進(jìn)行電能質(zhì)量的遠(yuǎn)程監(jiān)測，在分析諧波的過程中，需要將次數(shù)控制在63次以上；了解電壓驟升以及驟降等狀態(tài)，結(jié)合設(shè)備的實際配置情況分析運行壓力以及運行故障。

在以上檢測要求的基礎(chǔ)上，還需要綜合低壓進(jìn)線回路以及重要出線回路、一般出線回路進(jìn)行全方位監(jiān)測。

4 結(jié)束語

在當(dāng)前的配電網(wǎng)運行過程中，打造智能化的電力監(jiān)測體系，能夠有效滿足配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的需求，需要注意的是電力監(jiān)控體系的組態(tài)，軟件選擇必須要具備多元化功能，這樣才可以清晰直觀地展現(xiàn)配料系統(tǒng)的運行狀態(tài)。電力監(jiān)控設(shè)備的選擇要結(jié)合不同的組網(wǎng)需求以及檢測需求進(jìn)行針對性分析，要全面提升監(jiān)控設(shè)備的性能和質(zhì)量。常規(guī)電力監(jiān)控系統(tǒng)中，智能設(shè)備應(yīng)具有遙信、遙測及遙控功能。部分高端用戶對電能質(zhì)量監(jiān)控提出更高要求，因此，在后續(xù)優(yōu)化的過程中，需選擇更高端的智能設(shè)備，以滿足企業(yè)需求。