韓朝輝

（湖北省電力公司孝感孝南供電公司，湖北 孝感 432000）

隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，全國各地積極興建大規(guī)模配電站。配電站是實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電配置連接的中轉(zhuǎn)站。配電站內(nèi)部含有大量的電力電氣設(shè)備，這些設(shè)備的穩(wěn)定可靠工作對于配電站安全可靠運(yùn)行具有重要的作用。而對于配電站的管理，目前流行采用數(shù)字化信息化管理方式，即對整個(gè)變電站實(shí)現(xiàn)信息化管理模式。所謂配電站信息管理系統(tǒng)，就是利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，對配電站各個(gè)電力電氣設(shè)備的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制，從而保證配電站的安全穩(wěn)定可靠工作。

本論文結(jié)合當(dāng)前主流信息技術(shù)的優(yōu)勢，對配電站進(jìn)行信息管理系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)底層傳感器至上層電氣設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程控制的目的，以期從中找到合理可靠穩(wěn)定的適用于配電站的信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用，并以此和廣大同行分享。

1 配電站信息管理系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

（1）配電站信息管理系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國最早的配電站信息管理系統(tǒng)的開發(fā)可以追溯到二十世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)國外已經(jīng)掀開數(shù)字化信息化建設(shè)的潮流，我國配電站也開始了面向配電站的信息管理系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用。經(jīng)過幾十年的開發(fā)設(shè)計(jì)應(yīng)用，目前我國絕大多數(shù)配電站都已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信息化管理，進(jìn)而絕大多數(shù)配電站都在一定程度上實(shí)現(xiàn)了信息化管理；另一方面，隨著電子通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，目前配電站數(shù)字信息化管理系統(tǒng)出現(xiàn)了利用網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建一體化管理系統(tǒng)的趨勢，即利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建配電站一體化管理系統(tǒng)，從狀態(tài)監(jiān)測，到數(shù)據(jù)傳輸，到數(shù)據(jù)計(jì)算，到圖形顯示，到遠(yuǎn)程控制等，全部借助于網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，從而提高了配電站自動(dòng)化程度和數(shù)字信息化應(yīng)用水平。

（2）配電站信息管理系統(tǒng)應(yīng)用中的問題與不足

盡管近幾年我國配電站信息管理系統(tǒng)得到了長足的發(fā)展和應(yīng)用，已經(jīng)投入應(yīng)用的配電站信息管理系統(tǒng)仍然存在較多的不足與問題，概括起來主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

① 信息化技術(shù)兼容性較差

目前很多配電站所采用的信息管理系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)對于一些新技術(shù)的兼容性較差，具體所表現(xiàn)出來的特征就是技術(shù)向下兼容容易出現(xiàn)問題，不同配電站系統(tǒng)的信息管理系統(tǒng)版本不一致，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸容易出現(xiàn)不穩(wěn)定和不可靠的情況。因此，對于不同配電站信息管理系統(tǒng)的兼容性必須要加以重視，否則將極大制約配電站信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用。

② 配電站信息化管理范圍較窄

目前很多配電站所實(shí)現(xiàn)的信息化管理，只是在一部分范圍所實(shí)現(xiàn)的，并沒有真正實(shí)現(xiàn)全配電站的一體化信息化管理，而是將比較重要的電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行了聯(lián)網(wǎng)信息化管理，其他配電站安全管理、多媒體監(jiān)控管理等均未納入到信息化管理的范圍，因此目前配電站的信息化管理只是狹隘范圍內(nèi)的信息化管理。

③ 各子系統(tǒng)彼此孤立，無法兼容應(yīng)用

配電站的子系統(tǒng)很多，如安全管理子系統(tǒng)，汽輪機(jī)管理子系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)管理子系統(tǒng)，電網(wǎng)傳輸管理子系統(tǒng)等。不同的子系統(tǒng)先后實(shí)現(xiàn)信息化管理的建設(shè)進(jìn)度也不一致，這就不可避免地出現(xiàn)不同的子系統(tǒng)采用不同商家構(gòu)建信息化管理系統(tǒng)，導(dǎo)致不同的子系統(tǒng)互相無法完全兼容。一旦某一個(gè)子系統(tǒng)出現(xiàn)問題，則必須要聯(lián)系原來的廠家進(jìn)行維修維護(hù)，其他技術(shù)維修廠家無法實(shí)現(xiàn)維護(hù)，除非該管理子系統(tǒng)重做。這導(dǎo)致配電站子系統(tǒng)管理成本過高。

④ 后期維護(hù)復(fù)雜，技術(shù)升級難度大

正是由于配電站各個(gè)子系統(tǒng)相互孤立，無法兼容應(yīng)用，導(dǎo)致了配電站信息化管理系統(tǒng)后期維護(hù)工作量較大且十分復(fù)雜。一旦某個(gè)子系統(tǒng)出現(xiàn)問題，會(huì)牽涉到其他很多子系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。更重要的是，子系統(tǒng)的技術(shù)升級實(shí)現(xiàn)起來比較困難，導(dǎo)致了目前配電站信息化管理系統(tǒng)無法真正實(shí)現(xiàn)運(yùn)營。

2 配電站信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鑒于上述問題，本論文對配電站信息管理系統(tǒng)重新進(jìn)行了開發(fā)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)對配電站信息管理傳輸網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)開發(fā)。

2.1 配電站信息傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

（1）傳輸網(wǎng)絡(luò)的選擇

目前構(gòu)建自動(dòng)化控制系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)很多，比較流行的是現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)能夠結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備的具體通信協(xié)議和接口靈活地進(jìn)行設(shè)計(jì)。但是現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)最大缺點(diǎn)就是每一臺(tái)電氣設(shè)備都需要符合設(shè)備自身的通信協(xié)議和接口，造成了不同電氣設(shè)備之間的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)并不能完全實(shí)現(xiàn)兼容性數(shù)據(jù)交互，這就造成了每一臺(tái)電氣設(shè)備實(shí)際上都是信息孤島，因此對于配電站信息管理系統(tǒng)這樣復(fù)雜龐大的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，電氣設(shè)備十分繁多，不能采用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。

工業(yè)以太網(wǎng)是近年來逐步流行起來的一種控制傳輸網(wǎng)絡(luò)。它具有通信協(xié)議開放、兼容性強(qiáng)、通信實(shí)施安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，尤其是工業(yè)以太網(wǎng)能夠結(jié)合現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具備現(xiàn)場控制器，例如PLC、單片機(jī)等控制終端的通信聯(lián)網(wǎng)，將底層數(shù)據(jù)無失真的傳輸至上位機(jī)信息管理系統(tǒng)。結(jié)合配電站電氣設(shè)備的控制需求，這里采用工業(yè)以太網(wǎng)作為配電站信息管理系統(tǒng)的硬件傳輸網(wǎng)絡(luò)。

（2）配電站信息管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案

圖1是配電站信息管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案結(jié)構(gòu)框架圖，在層次架構(gòu)上，分為信息管理層、中間層和設(shè)備控制層三層，如圖所示。

圖1 配電站信息管理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框架圖

① 信息管理層

信息管理層主要是對數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)管理，包括對數(shù)據(jù)信息按照所期望的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示或者圖形圖像顯示，對數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)、查詢，以及根據(jù)數(shù)據(jù)信息做出超限報(bào)警、遠(yuǎn)程控制指令的下達(dá)等，完成對整個(gè)配電站電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和工作參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制。信息管理層主要由管理終端（安裝了信息管理軟件系統(tǒng)的PC機(jī)）、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及應(yīng)用程序服務(wù)器等構(gòu)成。

②中間層

中間層其實(shí)就是網(wǎng)絡(luò)傳輸層，其骨干網(wǎng)絡(luò)就是工業(yè)以太網(wǎng)，同時(shí)還包含有路由器、數(shù)據(jù)收發(fā)中轉(zhuǎn)站、現(xiàn)場控制站點(diǎn)等。中間層的主要作用是完成對來自底層電氣設(shè)備狀態(tài)參數(shù)及工作參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至上層信息管理層；或者是將來自上層信息管理層的遠(yuǎn)程控制指令傳輸至各電氣設(shè)備的現(xiàn)場控制設(shè)備或者控制節(jié)點(diǎn)，以完成對配電站電氣設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。中間層所選用的網(wǎng)絡(luò)電纜以及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，在很大程度上影響整個(gè)配電站信息管理系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

③ 設(shè)備控制層

設(shè)備控制層主要借助PLC控制器或者單片機(jī)控制器，以及傳感器，實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備工作參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸給PLC控制器或者單片機(jī)控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，進(jìn)而傳輸至上層信息管理層；同時(shí)也負(fù)責(zé)接收來自上層信息管理層的遠(yuǎn)程控制指令，并實(shí)現(xiàn)由PLC控制器或者單片機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備的控制。設(shè)備控制層是整個(gè)配電站信息管理網(wǎng)絡(luò)的最底層，其數(shù)據(jù)監(jiān)測和指令控制的穩(wěn)定性和可靠性在很大程度上將直接決定整個(gè)配電站信息管理系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

2.2 配電站信息管理軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)需求，整個(gè)系統(tǒng)的信息管理軟件系統(tǒng)可以劃分為預(yù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊和人機(jī)交互模塊三大部分，下面逐一分析。

（1）預(yù)處理模塊

預(yù)處理模塊主要是對來自底層的配電站電氣設(shè)備運(yùn)行的一些狀態(tài)參數(shù)和工作參數(shù)進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理主要包括數(shù)據(jù)放大、數(shù)據(jù)濾波、數(shù)據(jù)整形以及數(shù)據(jù)必要的模數(shù)轉(zhuǎn)換處理等操作。數(shù)據(jù)放大主要是針對一些狀態(tài)參數(shù)或者電氣參數(shù)十分微弱而設(shè)計(jì)的處理操作；同時(shí)由于配電網(wǎng)本身不可避免夾雜著大量的噪聲信號(hào)，因此需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波操作；數(shù)據(jù)整形主要是面向一些交流感性設(shè)備或負(fù)載而設(shè)置的預(yù)處理操作；模數(shù)轉(zhuǎn)換則主要用于對電氣參數(shù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，進(jìn)而傳輸給信息管理系統(tǒng)進(jìn)行操作。

（2）數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊主要是對經(jīng)過預(yù)處理之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，量程的自動(dòng)切換，標(biāo)度變換等，以符合人直觀讀書的標(biāo)準(zhǔn)將相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的顯示在信息管理系統(tǒng)的終端屏幕上。結(jié)合到配電站實(shí)際的數(shù)據(jù)處理量較大，單純依靠信息管理系統(tǒng)進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算，會(huì)導(dǎo)致信息管理系統(tǒng)部分內(nèi)存被數(shù)據(jù)運(yùn)算所占用而造成控制指令的延遲。因此為了保證控制指令的優(yōu)先性和實(shí)時(shí)性，必須減小信息管理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)運(yùn)算處理的負(fù)荷。鑒于此，可以在底層電氣設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)和工作參數(shù)采集后加一個(gè)數(shù)據(jù)處理模塊，例如PLC處理模塊或者是單片機(jī)處理模塊，首先對預(yù)處理之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定計(jì)算，轉(zhuǎn)化為相應(yīng)數(shù)字量后直接傳輸給信息管理系統(tǒng)。這樣能夠有效地減少上位機(jī)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)運(yùn)算方面的負(fù)荷，進(jìn)而提高了信息管理系統(tǒng)在信息管理方面的效率。

（3）人機(jī)交互模塊

人機(jī)交互模塊的作用是為了實(shí)現(xiàn)使用者和配電站信息管理系統(tǒng)之間的交互而設(shè)計(jì)的模塊，例如信息管理系統(tǒng)要能夠響應(yīng)使用者設(shè)定的相關(guān)電氣參數(shù)的超限報(bào)警值。再比如，信息管理系統(tǒng)要能夠?qū)崟r(shí)地將使用者發(fā)出的控制指令傳輸至各個(gè)電氣設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制配電站電氣設(shè)備的目的。對于人機(jī)交互模塊的設(shè)計(jì)，結(jié)合具體的數(shù)據(jù)應(yīng)用角度來說，主要可以從兩個(gè)方面入手：

① 數(shù)據(jù)的圖形化顯示設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)運(yùn)算處理好之后，有些數(shù)據(jù)直接以數(shù)字形式顯示沒有意義，需要以連續(xù)變化的圖形曲線的方式進(jìn)行顯示，這樣使用者能夠直觀地了解數(shù)據(jù)的變化趨勢。因此需要對數(shù)據(jù)的圖形化顯示進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)。

② 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和查詢

數(shù)據(jù)要能夠自動(dòng)保存在信息管理系統(tǒng)，因此要對數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)進(jìn)行設(shè)計(jì)，要能夠以使用者所期望的保存格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；另一方面，還要能夠?qū)崿F(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)的自由查詢，同時(shí)要能夠按照不同的數(shù)據(jù)分類和關(guān)鍵詞查找相關(guān)數(shù)據(jù)。

綜上所述，信息管理系統(tǒng)的主要職責(zé)就是完成對下位機(jī)數(shù)據(jù)的采集和實(shí)時(shí)顯示，并能夠?qū)⑹褂谜叩牟僮髦噶顐鬏斨料挛粰C(jī)實(shí)現(xiàn)控制，并完成二者之間的數(shù)據(jù)交互。

3 結(jié) 語

配電站信息化管理系統(tǒng)在很大程度上直接影響著配電站輸變電的效率及效益，依賴于信息化管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)輔助操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的配電站信息化管理系統(tǒng)能夠明顯提升配電站線損管理效益，提高配電站綜合自動(dòng)化管理水平。本論文結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用最為普遍的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，利用工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)建了配電站信息化管理傳輸網(wǎng)絡(luò)，并對管理傳輸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了上、中、下三層技術(shù)開發(fā)和設(shè)計(jì)，給出了具體的設(shè)計(jì)方案，對于進(jìn)一步提高我國配電站綜合自動(dòng)化管理應(yīng)用水平及提高配電站信息化管理水平具有借鑒意義。

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