電力系統(tǒng)是關(guān)系到國家、民生的重要因素，由于電力系統(tǒng)的重要性決定了電力系統(tǒng)要盡可能地保證穩(wěn)定和安全運(yùn)行，在遇到系統(tǒng)事故的時(shí)候要盡可能準(zhǔn)確、迅速地解決問題，因此電力系統(tǒng)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一是未來電力系統(tǒng)發(fā)展的大趨勢，在電力資源監(jiān)控方面，電力監(jiān)控系統(tǒng)可靠、準(zhǔn)確、高效地運(yùn)行是達(dá)到這一目標(biāo)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。但是，現(xiàn)在在我國絕大多數(shù)的企業(yè)在建設(shè)電力監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，所用的已有電力儀器與設(shè)備的生產(chǎn)廠家與型號各不相同，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的傳輸方式、采集頻率、通信協(xié)議、類型格式等各不相同，給電力系統(tǒng)的建設(shè)帶來很大的困難。如果簡單地更換統(tǒng)一基礎(chǔ)電力設(shè)備，成本將會十分高昂，且很難覆蓋所有需要監(jiān)測的電力設(shè)備，也會對我國許多電力企業(yè)正常的生產(chǎn)經(jīng)營造成很大的影響。

      為解決以上問題，本文通過運(yùn)用多協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)融合處理等技術(shù)，設(shè)計(jì)一種支持多協(xié)議的電力監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測、異常報(bào)警、數(shù)據(jù)分析處理、報(bào)表展示等功能，并在外高橋某港區(qū)中成功進(jìn)行了應(yīng)用。應(yīng)用實(shí)施過程中，涉及到智能電表、保護(hù)裝置、溫控器、直流屏等儀器設(shè)備，包含了施耐德、ABB、威勝等多個(gè)品牌，近10種不同型號，系統(tǒng)運(yùn)行一年多功能穩(wěn)定，運(yùn)行良好。

1關(guān)鍵技術(shù)研究

1.1數(shù)據(jù)融合處理

      隨著目前電網(wǎng)的規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電力數(shù)據(jù)也越來越多，通過傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集處理不能非常高效地解決電力數(shù)據(jù)處理的問題。另外，現(xiàn)在的電力設(shè)備都是采集自不同的國家和不同的廠商，型號都是不相同的，所以在采集數(shù)據(jù)和處理數(shù)據(jù)時(shí)，對數(shù)據(jù)需要先進(jìn)行二次處理，這樣就會給電力數(shù)據(jù)處理模塊帶來困難。

      本文研究一種直接基于電力對象(變壓器、斷路器、母線、負(fù)荷回路等)進(jìn)行電力數(shù)據(jù)融合處理的方法，制定出了一套電力一次對象數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。首先建立電力元數(shù)據(jù)模型，以電力設(shè)備為基本單元，針對所采集的不同信息源，從元模型庫中調(diào)用相應(yīng)的元模型，進(jìn)行統(tǒng)一變化、歸類與聚合，實(shí)現(xiàn)對電力對象信息(實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù))的加工轉(zhuǎn)換，成為一個(gè)電力對象綜合信息節(jié)點(diǎn)。然后，根據(jù)對象之間的關(guān)系處理為對象信息樹，并進(jìn)行按需訪問的控制與管理不同的電力數(shù)據(jù)。這樣對電力的處理進(jìn)行統(tǒng)一地處理和讀取，后期會大大提升電力數(shù)據(jù)的處理效率。

1.2數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換

       目前，由于不同廠商設(shè)計(jì)出不同類型的電力設(shè)備，它們之間的通信協(xié)議都不相同，電力數(shù)據(jù)的格式和電力數(shù)據(jù)的含義也都不同，并且隨著電力數(shù)據(jù)規(guī)模的不斷擴(kuò)展，電力產(chǎn)品的不斷更新替換，這給電力公司的管理和維護(hù)帶來很大的不便。所以電力系統(tǒng)需要對電力數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換來解決這些不統(tǒng)一的設(shè)備問題。通過對不同協(xié)議進(jìn)行分類，再根據(jù)通信包中數(shù)據(jù)格式的重新定義和解析，將各種不同設(shè)備的協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成規(guī)定好的統(tǒng)一格式的協(xié)議進(jìn)行傳輸，可以根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展，兼容現(xiàn)有設(shè)備或加入更新設(shè)備。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1系統(tǒng)架構(gòu)

      本系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)采用站控層、通信層和間隔層三層架構(gòu)。在間隔層以485總線方式采集各種智能儀表與設(shè)備運(yùn)行中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，經(jīng)通信層的串口服務(wù)器、交換機(jī)等設(shè)備通過以太網(wǎng)傳輸?shù)秸究貙拥姆?wù)器與監(jiān)控終端，系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖1所示。系統(tǒng)總體架構(gòu)中站控層主要負(fù)責(zé)服務(wù)器、監(jiān)控終端和一些硬件設(shè)備例如打印機(jī)設(shè)備。通信層主要是負(fù)責(zé)系統(tǒng)中的總體通信服務(wù)，包括交換機(jī)和一些串口服務(wù)器。間隔層主要是負(fù)責(zé)系統(tǒng)中的智能儀表與設(shè)備的管理。

圖1電力監(jiān)控系統(tǒng)圖

2.2協(xié)議轉(zhuǎn)化與數(shù)據(jù)融合

      多種采集設(shè)備與裝置協(xié)議解析轉(zhuǎn)換和異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一融合，是多協(xié)議電力系統(tǒng)平臺數(shù)據(jù)采集處理的難點(diǎn)。本系統(tǒng)采用一種可擴(kuò)展的協(xié)議庫方式來解決這一問題，為每個(gè)不同協(xié)議的設(shè)備，編寫一套協(xié)議解析方法，以DLL文件的形式存放在協(xié)議庫中，使用時(shí)選擇調(diào)用對應(yīng)設(shè)備的協(xié)議解析DLL，可方便地進(jìn)行添加和維護(hù)。經(jīng)過協(xié)議解析后的數(shù)據(jù)，根據(jù)建立的元數(shù)據(jù)模型，加工為結(jié)構(gòu)規(guī)范、含義明確的數(shù)據(jù)供系統(tǒng)使用。圖2為協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換融合圖。

圖2協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換融合圖

2.3系統(tǒng)功能

     多協(xié)議電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)χ匾O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)以及用能消耗過程進(jìn)行集中監(jiān)視、管理和控制。系統(tǒng)總體框架包括實(shí)時(shí)監(jiān)測、統(tǒng) 計(jì)分析、異常報(bào)警、系統(tǒng)管理、實(shí)時(shí)采集、設(shè)備傳感網(wǎng)和能源信息七大部分，系統(tǒng)功能總體框架圖如圖3所示。

圖3系統(tǒng)功能框架圖

      多協(xié)議電力監(jiān)控系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)監(jiān)測模塊主要就是實(shí)時(shí)監(jiān)測電力設(shè)備的電參量(電壓、電流、有功／無功功率、功率因素等)和運(yùn)行開關(guān)量狀態(tài)等數(shù)據(jù)。以配電一次接線圖的形式直觀顯示各回路的實(shí)時(shí)電參量(電流／電壓)；當(dāng)日24小時(shí)內(nèi)的電壓、電流、有功／無功功率曲線圖；各線路合、分閘狀態(tài)，設(shè)備開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。另外，對實(shí)時(shí)監(jiān)測的數(shù)據(jù)都會及時(shí)地記錄和保存，供報(bào)表模塊和今后查詢數(shù)據(jù)使用。多協(xié)議電力監(jiān)控系統(tǒng)中的報(bào)表統(tǒng)計(jì)模塊是對企業(yè)能源監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)對比分析，實(shí)現(xiàn)企業(yè)用電力監(jiān)測數(shù)據(jù)的匯總與統(tǒng)計(jì)，按需生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表，并提供報(bào)表打印和文件導(dǎo)出功能，文件包括．xls、．xlsx和．txt等格式。另外，針對電參量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)還需要進(jìn)行分析：提供回路的單一電參數(shù)、多參數(shù)的查詢、統(tǒng)計(jì)和對比分析(同／環(huán)比)。同時(shí)對于異常數(shù)據(jù)事件還需要進(jìn)行另外的異常數(shù)據(jù)分析，具有對異常數(shù)據(jù)事件的需要及時(shí)地保存和備份，可以隨時(shí)進(jìn)行異常數(shù)據(jù)查詢、回顧和打印異常數(shù)據(jù)事件。異常數(shù)據(jù)還需要對不同的時(shí)間段進(jìn)行匯總和分析，防止有類似的事件發(fā)生。

3多協(xié)議電力監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

      本系統(tǒng)在外高橋某港區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用，自2017年正式投入運(yùn)行以來，已順利運(yùn)行1年多。系統(tǒng)實(shí)施過程中，涉及到智能電表、保護(hù)裝置、溫控器、直流屏等儀器設(shè)備，包含了施耐德、ABB、威勝等多個(gè)品牌，近10種不同型號，滿足了港區(qū)供配電系統(tǒng)的能源監(jiān)控管理需求，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、異常預(yù)警和統(tǒng)計(jì)分析等功能，確保港區(qū)供配電系統(tǒng)安全、經(jīng)濟(jì)、合理運(yùn)行，得到了業(yè)主及運(yùn)營單位的好評。電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。

圖4電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際的結(jié)構(gòu)圖

       本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)，考慮到不同變電模塊之間的配電處理都是獨(dú)立的模塊，一旦出現(xiàn)模塊異常，不能及時(shí)處理異常會對系統(tǒng)的總體運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響。所以為了保障電力模塊處于正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，就需要設(shè)計(jì)總的控制室對所有的變電模塊進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)某一個(gè)變電模塊出現(xiàn)問題時(shí)，總的控制室就需要通知相對應(yīng)的維護(hù)部門去對有問題的變電模塊進(jìn)行維修，保障電力系統(tǒng)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。具體的電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際的結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5電力監(jiān)控系統(tǒng)控制模塊圖

        本系統(tǒng)在處理不同模塊之間數(shù)據(jù)時(shí)，是基于多個(gè)不同模塊來操作運(yùn)行的，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)總體的控制處理模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。系統(tǒng)總體的控制模塊就是分為四個(gè)模塊來處理數(shù)據(jù)，分別是現(xiàn)場參數(shù)傳遞子模塊、現(xiàn)場狀態(tài)判斷子模塊、顯示和控制參數(shù)接受子模塊和現(xiàn)場報(bào)警驅(qū)動(dòng)子模塊。現(xiàn)場狀態(tài)判斷子模塊主要根據(jù)電力參數(shù)判斷當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)、調(diào)動(dòng)模塊，并且把數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和保存。系統(tǒng)報(bào)警驅(qū)動(dòng)子模塊主要負(fù)責(zé)與報(bào)警裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，對異常的數(shù)據(jù)信息需要及時(shí)地通過系統(tǒng)報(bào)警驅(qū)動(dòng)子模塊進(jìn)行異常報(bào)警。這樣總控室可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)異常報(bào)警信息，并且維護(hù)部門也可以通過報(bào)警驅(qū)動(dòng)子模塊及時(shí)地發(fā)現(xiàn)哪一個(gè)變電模塊發(fā)現(xiàn)異常，去對應(yīng)的變電模塊核查并解決異常，保證電力系統(tǒng)正常可靠的進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。

      系統(tǒng)實(shí)施過程中，涉及到智能電表、保護(hù)裝置、溫控器、直流屏等儀器設(shè)備，包含了施耐德、ABB、威勝等多個(gè)品牌，近10種不同型號，圖6為部分現(xiàn)場設(shè)備。

圖6現(xiàn)場設(shè)備

      表1列舉了項(xiàng)目中涉及的所有設(shè)備型號與安裝分布位置。

      表1采集設(shè)備分布表

      現(xiàn)場儀器設(shè)備通過485、以太網(wǎng)等通信方式，集中安放在各個(gè)變／配電站的通信集中器上，通過光纖將采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)浇K端服務(wù)器上進(jìn)行處理，圖7為分站通信設(shè)備，圖8為終端通信處理設(shè)備。

圖7分站通信設(shè)備

圖8終端通信處理設(shè)備

      1)一次系統(tǒng)圖展示。2個(gè)總配電站和10個(gè)分配電站的一次回路系統(tǒng)，如圖9所示。每個(gè)回路顯示測控該回路設(shè)備的在線／離線狀態(tài)，以及斷路器開關(guān)的閉合狀態(tài)與每個(gè)回路的實(shí)時(shí)電參數(shù)(電壓、電流等)。

圖9一次系統(tǒng)界面顯示圖

      2)實(shí)時(shí)／歷史數(shù)據(jù)與曲線。從一次系統(tǒng)圖上點(diǎn)擊相應(yīng)的回路，可進(jìn)入具體回路信息界面，該界面可以查看各項(xiàng)實(shí)時(shí)／歷史電參數(shù)(三相電壓、三相電流、功率、頻率、功率因數(shù)、電能等)、該回路繼保設(shè)備上測控的運(yùn)行狀態(tài)與報(bào)警信號以及顯示一段時(shí)間內(nèi)的線電壓／電流／功率的曲線圖，如圖10所示。

圖10實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與曲線圖

      3)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)與狀態(tài)顯示。從一次系統(tǒng)圖上點(diǎn)擊相應(yīng)的設(shè)備名稱后，進(jìn)入設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)與狀態(tài)顯示界面，如圖11所示。該界面可以查看關(guān)鍵設(shè)備，如直流屏、變壓器等的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)(各類電參數(shù)、環(huán)境溫度等)、工作狀態(tài)與異常報(bào)警信息。

圖11設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)與狀態(tài)顯示界面

      4)能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。進(jìn)入回路信息界面后，可選擇查看該回路的能耗統(tǒng)計(jì)報(bào)表，如圖12所示。對企業(yè)能源監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)與對比分析，提供回路的單一電參數(shù)、多參數(shù)的查詢、統(tǒng)計(jì)和對比分析(同／環(huán)比)。實(shí)現(xiàn)企業(yè)用能數(shù)據(jù)的匯總與統(tǒng)計(jì)，按需生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表，并提供報(bào)表打印和文件導(dǎo)出功能(．xls、．xlsx或．txt等格式)。

圖12能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表

      5)告警查詢。在回路信息界面，可根據(jù)告警類型、起始結(jié)束時(shí)間等條件，選擇查看該回路相關(guān)的告警統(tǒng)計(jì)信息，如圖13所示，并提供報(bào)表打印和文件導(dǎo)出功能(．xls、．xlsx或．txt等格式)。

圖13告警查詢報(bào)表

4安科瑞電力監(jiān)控解決方案

4.1概述

      針對用戶變電站（一般為35kV及以下電壓等級），通過微機(jī)保護(hù)裝置、開關(guān)柜綜合測控裝置、電氣接點(diǎn)無線測溫產(chǎn)品、電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置、配電室環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、弧光保護(hù)裝置等設(shè)備組成綜合自動(dòng)化的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了變電、配電、用電的安全運(yùn)行和全面管理。監(jiān)控范圍包括用戶變電站、開閉所、變電所及配電室等。

      Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)是安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)電力系統(tǒng)自動(dòng)化及無人值守的要求，針對35kV及以下電壓等級研發(fā)出的一套分層分布式變電站監(jiān)控管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是應(yīng)用電力自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息傳輸技術(shù)，集保護(hù)、監(jiān)測、控制、通信等功能于一體的開放式、網(wǎng)絡(luò)化、單元化、組態(tài)化的系統(tǒng)，適用于35kV及以下電壓等級的城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)變電站和用戶變電站，可實(shí)現(xiàn)對變電站的控制和管理，滿足變電站無人或少人值守的需求，為變電站安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了堅(jiān)實(shí)的保障。

4.2應(yīng)用場所

      適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

4.3系統(tǒng)架構(gòu)

      Acrel-2000Z電力監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式設(shè)計(jì)，可分為三層：站控管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和現(xiàn)場設(shè)備層，組網(wǎng)方式可為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)用戶用電規(guī)模、用電設(shè)備分布和占地面積等多方面的信息綜合考慮組網(wǎng)方式。

4.4系統(tǒng)功能

      （1）實(shí)時(shí)監(jiān)測：直觀顯示配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測各回路電參數(shù)信息，動(dòng)態(tài)監(jiān)視各配電回路有關(guān)故障、告警等信號。

      （2）電參量查詢：在配電一次圖中，可以直接查看該回路詳細(xì)電參量。

      （3）曲線查詢：可以直接查看各電參量曲線。

      （4）運(yùn)行報(bào)表：查詢各回路或設(shè)備時(shí)間的運(yùn)行參數(shù)。

      （5）實(shí)時(shí)告警：具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娀芈愤b信變位，保護(hù)動(dòng)作、事故跳閘等事件發(fā)出告警。

      （6）歷史事件查詢：對事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和報(bào)警進(jìn)行歷史追溯，查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。

      （7）電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表：系統(tǒng)具備定時(shí)抄表匯總統(tǒng)計(jì)功能，用戶可以自由查詢自系統(tǒng)正常運(yùn)行以來任意時(shí)間段內(nèi)各配電節(jié)點(diǎn)的用電情況。

      （8）用戶權(quán)限管理：設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

      （9）網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D：支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

      （10）電能質(zhì)量監(jiān)測：可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的電能質(zhì)量和電能可靠性狀況進(jìn)行持續(xù)性的監(jiān)測。

      （11）遙控功能：可以對整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

      （12）故障錄波：可在系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)準(zhǔn)確地記錄故障前、后過程的各種電氣量的變化情況。

      （13）事故追憶：可自動(dòng)記錄事故時(shí)刻前后一段時(shí)間的所有實(shí)時(shí)穩(wěn)態(tài)信息。

      （14）Web訪問：展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點(diǎn)位數(shù)量等概況信息，設(shè)備通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。

      （15）APP訪問：設(shè)備數(shù)據(jù)頁面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)以及曲線。

4.5系統(tǒng)硬件配置

5結(jié)束語

       本文設(shè)計(jì)的基于多協(xié)議的電力監(jiān)控系統(tǒng)，通過數(shù) 據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)，解決了不同設(shè)備間 多協(xié)議數(shù)據(jù)的采集與處理問題，具有較高的實(shí)用性可擴(kuò)展性，同時(shí)避免了更換設(shè)備的費(fèi)用，減少了系統(tǒng)維護(hù)成本，滿足經(jīng)濟(jì)性和易維護(hù)性的要求。該系統(tǒng)已在某 港區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用，且經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行驗(yàn)證，證明了系統(tǒng)的可靠性。