【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 RS等）傳輸，送主站計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)與控制，它集故障管理、作業(yè)管理、維護(hù)管理及設(shè)備設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)為一體，具有可擴(kuò)展、參數(shù)化、模塊化、一體化等特點(diǎn)。為配電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、保證電能質(zhì)量、故障定位和故障排除、完善設(shè)備管理及提高工作效益提供了現(xiàn)代化的工具，為電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行和信息化管理提供了完整的解決方案。電能量管理與監(jiān)控一體化系統(tǒng)項(xiàng)目由以下三部分組成：l 主站計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和軟件。l 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備：包括若干臺(tái)饋線自動(dòng)化終端單元（FTU），變壓器終端單元（TTU），多功能電表等。l 通訊和通道設(shè)備： 光纖通訊或電力線載波設(shè)備或無(wú)線GPRS設(shè)備。如圖31所示：圖31. 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖整個(gè)主站系統(tǒng)由關(guān)系庫(kù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集工作站＋數(shù)據(jù)處理工作站、調(diào)度員工作站、報(bào)表工作站＋Web服務(wù)器、終端服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)部件等組成。主站系統(tǒng)(EMS)軟件主要由數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制(SCADA)模塊、用戶側(cè)管理系統(tǒng)(DMS)模塊及高級(jí)應(yīng)用軟件等功能模塊組成。技術(shù)原理1)、主站系統(tǒng)軟件技術(shù)原理KDJC2100_EMS系統(tǒng)在整體軟件設(shè)計(jì)上遵循按平臺(tái)分層的思想，在整體上分為三個(gè)層次（見(jiàn)圖32）：分布式支撐平臺(tái)，實(shí)時(shí)應(yīng)用處理平臺(tái)，用戶表現(xiàn)層。圖32：平臺(tái)分層結(jié)構(gòu)其中處于最底層的分布式支撐平臺(tái)GalloPlat用于處理操作系統(tǒng)、硬件設(shè)備、數(shù)據(jù)庫(kù)之間的差異；GalloPlat主要組成部分如圖33所示：圖33：分布式支撐平臺(tái)處于中間層的實(shí)時(shí)應(yīng)用處理平臺(tái)SCADAPlat專注于數(shù)據(jù)采集與處理，它歸納了自動(dòng)化采集系統(tǒng)的特點(diǎn)；建立在GalloPlat上的SCADAPlat由以下部分組成：圖34：實(shí)時(shí)應(yīng)用處理平臺(tái)建立在GalloPlat和SCADAPlat基礎(chǔ)上的用戶表現(xiàn)層主要由以下模塊組成。根據(jù)用戶選用的功能不同，用戶表現(xiàn)模塊不盡相同。圖3用戶表現(xiàn)層主站能量管理系統(tǒng)(EMS)主要由數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制(SCADA)、用戶側(cè)管理系統(tǒng)(DMS)及高級(jí)應(yīng)用軟件等功能模塊組成。SCADA系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)中最基本也是最重要的部分,是調(diào)度員了解配網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行監(jiān)控的主要手段； 而配電地理信息系統(tǒng)（GIS）是建設(shè)DMS的基礎(chǔ)，通過(guò)GIS軟件技術(shù)對(duì)電力系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)管理，把DMS中實(shí)時(shí)控制和離線應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，形成一個(gè)具有空間概念（地理環(huán)境信息）和基礎(chǔ)信息(電網(wǎng)信息及用戶信息)的分層管理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，既能方便地進(jìn)行查詢和管理,又為電力系統(tǒng)運(yùn)行管理提供一個(gè)有效的、具有地理信息的網(wǎng)絡(luò)模型，并為DMS提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，支持系統(tǒng)許多應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)和其它功能的實(shí)現(xiàn)。能夠在地形圖的基礎(chǔ)上管理配電網(wǎng)資料和非圖形參數(shù)，真實(shí)反映電網(wǎng)線路的實(shí)際走向、各種電力設(shè)備的地理位置,對(duì)所屬電力用戶的供電方式等各種信息。通過(guò)采集線路的電壓、電流、有功、無(wú)功、功率因數(shù)等參數(shù)，來(lái)進(jìn)行用戶用電質(zhì)量監(jiān)測(cè)和變壓器運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)，線路故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)。通過(guò)TTU完成監(jiān)測(cè)配電電壓越界情況、配電電流變化情況；線路功率因數(shù)變化情況、監(jiān)測(cè)線路的有功功率及無(wú)功功率變化情況；同時(shí)還監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)頻率變化情況和三相供電平衡情況等，通過(guò)FTU完成線路狀態(tài)監(jiān)測(cè)，故障判斷和收集工作。利用輻射形配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算和采用硬件上的二變比較法，按照時(shí)間范圍、設(shè)備所屬線路、所在位置等方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，反映出各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的硬遙信事件和軟遙信事件，作為用電管理部門的決策依據(jù)，對(duì)十六種檢測(cè)差值的異常情況進(jìn)行邏輯計(jì)算,判定竊電時(shí)進(jìn)行報(bào)警。 2）、配變監(jiān)測(cè)終端TTU的技術(shù)原理其組成和基本原理如圖337： 圖36 TTU 組成原理圖圖37 . TTU軟件模塊圖TTU由主控板和接口板組成。接口板主要由二次PT,CT，電源，運(yùn)放信號(hào)處理等組成。 主控板是整個(gè)系統(tǒng)的核心,它采用TI公司生產(chǎn)的MSP430F449 CPU芯片,系統(tǒng)程序存儲(chǔ)在其片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器內(nèi)、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在一片1024K的EEPROM芯片中，采用軟、硬件WATCH DOG。交流采樣采用12位并行A/D轉(zhuǎn)換器，確保采樣精度。通過(guò)采集三相電壓，三相電流，使用快速傅立葉算法計(jì)算三相電壓，三相電流，零序電流，三相有功功率，三相無(wú)功功率，有功電量，無(wú)功電量，功率因數(shù)等，并統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行情況如計(jì)算三相電壓，三相電流，三相有功功率的最大最小值及出現(xiàn)時(shí)間，電壓越上下限時(shí)間，線路停電時(shí)間，電壓合格率，三相不平衡率等。還具有頻率、油溫測(cè)量，遙信遙脈采集功能。軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言為主， 軟件采用結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計(jì)方法，主調(diào)度模塊采用基于消息的程序調(diào)度機(jī)制。 3）、饋線自動(dòng)化終端FTU的技術(shù)原理其組成和基本程序模塊組成如圖339所示：圖38 FTU組成框圖FTU 由DSP 組成，DSP 選用TI公司的TMS320 F2812 , 它為32位定點(diǎn)DSP, 主頻(150HMz)，片內(nèi)128K16位FLASH，18KSRAM,包括非常豐富的外圍設(shè)備：12位 16通道ADC, 雙通道異步串口，CAN總線和SPI同步串口， 12路PWM等。利用F2812自帶的16通道12位AD進(jìn)行交流采用，通過(guò)互感器采集電壓、電流。開(kāi)關(guān)量輸入輸出由DSP通用端口完成。串行通訊口和CAN總線都由DSP自帶。 外部擴(kuò)展RAM 完成故障錄波功能； 通過(guò)DSP的SPI總線擴(kuò)展時(shí)鐘芯片和EEPROM存儲(chǔ)器；EEPROM存儲(chǔ)器保存系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)、配置參數(shù)。圖39 FTU程序模塊組成圖軟件采用結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計(jì)方法，主調(diào)度模塊采用基于消息的程序調(diào)度機(jī)制。系統(tǒng)功能及主要技術(shù)性能指標(biāo)：A、系統(tǒng)功能主站系統(tǒng)功能：主站系統(tǒng)包括主站監(jiān)控系統(tǒng)、配電網(wǎng)管理信息系統(tǒng)。主站系統(tǒng)基于Autop ，它與配調(diào)變電站監(jiān)控系統(tǒng)、戶外終端設(shè)備和通訊系統(tǒng)配合完成配電網(wǎng)的監(jiān)控功能(SCADA)；故障監(jiān)測(cè)、定位、隔離和供電恢復(fù)功能；利用地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)完成配電設(shè)備及設(shè)施管理功能（AM/FM），此外還包括配電的基本應(yīng)用軟件功能。 配電變電站監(jiān)控系統(tǒng)功能：變電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式體系結(jié)構(gòu)，分布式RTU作為采集單元，并且設(shè)置工控機(jī)實(shí)現(xiàn)管理和當(dāng)?shù)乇O(jiān)控功能。 數(shù)據(jù)采集功能 ：由帶故障監(jiān)測(cè)功能的RTU以一定的通訊方式與站內(nèi)TCR連接，通過(guò)CPU實(shí)現(xiàn)終端設(shè)備的遙測(cè)功能，從而采集到終端設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)。 數(shù)據(jù)中繼功能： 配電子站監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)配置通訊端口，在配電主站和子站之間進(jìn)行數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳和主站操作控制信號(hào)的下達(dá)，完成中繼功能。 很強(qiáng)的兼容性 具有豐富的通訊規(guī)約，支持目前最流行的所有規(guī)約，如：IEC870510CDT、SC1801等，從而保證了子站和主站之間，子站和RTU之間數(shù)據(jù)的一致傳輸，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)極大的兼容性。終端設(shè)備監(jiān)控功能： 監(jiān)控系統(tǒng)能夠根據(jù)接收的遙信、遙測(cè)量來(lái)進(jìn)行故障診斷、故障隔離和故障恢復(fù)。竊電報(bào)警功能：對(duì)十六種檢測(cè)差值的異常情況進(jìn)行邏輯計(jì)算,判定竊電行為并及時(shí)報(bào)警。B、系統(tǒng)主要技術(shù)性能指標(biāo)1）、模擬量遙測(cè)總誤差：≤%。 2）、中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障判斷準(zhǔn)確率：可測(cè)量零序電壓，用無(wú)功方向判斷， 準(zhǔn)確率≥ 95%。電流比較法判斷， 準(zhǔn)確率≥ 85%。相間短路故障判斷正確率 ≥ 98%。故障定位處理、隔離，非故障區(qū)段恢復(fù)供電時(shí)間（通訊速率9600 bit/s和FTU數(shù)量為30臺(tái)， TTU數(shù)量為30臺(tái)，以下同） ≤15s。3）、事件順序記錄站間事件分辨率：≤20ms。4）、數(shù)據(jù)通道傳輸速率：600，1200，2400，4800，9600bit/s。 5）、通道工作方式：半雙工、全雙工，有主備用通道時(shí)，可自動(dòng)切換通道(包括手動(dòng))。 6）比特差錯(cuò)率：≤1106。 7）、模擬屏控制器接口：串行方式或并行方式。8）、遠(yuǎn)動(dòng)終端遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)的容量可以組合。 事件順序記錄站內(nèi)事件分辨率：≤10ms。 模數(shù)轉(zhuǎn)換總誤差：≤%。 9）、系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間接地故障發(fā)生傳輸?shù)街髡緯r(shí)間：≤10s。遙信變位傳輸?shù)街髡緯r(shí)間：≤10s。 遙測(cè)量超越定值變化(越死區(qū))傳輸?shù)街髡径藭r(shí)間，重要遙測(cè)量更新時(shí)間：≤10s。 遙控命令選擇，執(zhí)行或撤銷傳輸時(shí)間：≤3s。 有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的畫(huà)面整幅調(diào)出響應(yīng)時(shí)間： 畫(huà)面總數(shù)的85%：≤3s； 其余畫(huà)面：≤5s。 畫(huà)面數(shù)據(jù)刷新周期：5～10s。 雙機(jī)自動(dòng)切換時(shí)間：≤20s。 10）、主站計(jì)算機(jī)與遠(yuǎn)動(dòng)終端通信總速率：≥9600bit/s。 11）、系統(tǒng)可靠性：①系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間（MTBF）≥10000小時(shí)；②系統(tǒng)年可用率≥%。③計(jì)算機(jī)雙機(jī)月平均運(yùn)行率≥%。④SCADA功能年可用率≥%。⑤全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)CPU平均負(fù)載≤30%。⑥雙機(jī)故障切換時(shí)間(自動(dòng)) ≤25s。⑦主備用節(jié)點(diǎn)切換時(shí)間(人工) ≤5s。⑧系統(tǒng)時(shí)鐘精度:穩(wěn)定性＜177。%。時(shí)間基準(zhǔn)＜1毫秒⑨采集數(shù)據(jù)誤碼率≤%。⑩遙測(cè)合格率≥98%. 二、項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)及總體評(píng)價(jià) 項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)為： ①具有先進(jìn)算法的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)電能量的短期負(fù)荷預(yù)測(cè)系統(tǒng)采用了多種預(yù)測(cè)模型算法，選用相應(yīng)的修正系數(shù)，并針對(duì)多種預(yù)測(cè)方法所得預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，提供相對(duì)誤差、平均絕對(duì)誤差、均方誤差、均方根誤差等誤差分析結(jié)果。對(duì)于線損率的計(jì)算，本項(xiàng)目采用方均根電流法、等值電阻法等算法，實(shí)現(xiàn)全方位線損的自動(dòng)生成、監(jiān)視和分析，實(shí)現(xiàn)線損的單值、多值比對(duì)分析，提供分級(jí)、分壓、分線、分區(qū)線損統(tǒng)計(jì)報(bào)表，為實(shí)現(xiàn)“增供降損”提供有力依據(jù)，實(shí)現(xiàn)更精確的理論計(jì)算和統(tǒng)計(jì)線損與理論線損的比對(duì)。 本項(xiàng)目利用輻射形配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算方法來(lái)計(jì)算配電網(wǎng)絡(luò)的潮流分布，即直接應(yīng)用克?；舴螂妷汉碗娏鞫?，首先計(jì)算節(jié)點(diǎn)注入電流，再求解支路電流，最后求解節(jié)點(diǎn)電壓，并以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處的功率誤差值作為收斂判據(jù)。如逐支路算法、電壓／電流迭代法、少網(wǎng)孔配電網(wǎng)潮流算法和直接法、回路分析法等。這一方法著重解決了10 KV及以下電壓等級(jí)的配電網(wǎng)絡(luò)實(shí)際計(jì)算中出現(xiàn)的難點(diǎn)。② 簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的竊電行為識(shí)別系統(tǒng)能夠?qū)χT如計(jì)量箱開(kāi)啟、電能表斷相、TTU斷相、TTU缺相、電能表缺相、停電、CT斷路、CT接地、CT短路、CT旁路、雙表對(duì)照監(jiān)測(cè)用電異常等狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別，進(jìn)而有效判斷是否竊電行為所致。此原理簡(jiǎn)單，卻判斷準(zhǔn)確，在電力如此緊張的今天，極具實(shí)用價(jià)值。③ 采用了配網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊載波技術(shù) 配網(wǎng)通信的特點(diǎn)是：終端節(jié)點(diǎn)數(shù)多、通信節(jié)點(diǎn)分布極其分散、通信距離長(zhǎng)、單個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信數(shù)據(jù)量小、饋線自動(dòng)化FTU監(jiān)控對(duì)象是大量的線路開(kāi)關(guān)，通信數(shù)據(jù)量較少。而配電自動(dòng)化對(duì)通信系統(tǒng)的要求則是：滿足數(shù)據(jù)傳輸需要、傳輸速率應(yīng)滿足事故處理時(shí)通信的要求、每一級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)盡可能選用單一信道通信、信道維護(hù)量少、擴(kuò)容方便、可靠、造價(jià)低、盡可能利用已有的通信和信道資源。根據(jù)國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，通訊的發(fā)展方向應(yīng)是載波和光纖的混合使用，因它對(duì)網(wǎng)絡(luò)具有天然的適應(yīng)性,隨著技術(shù)發(fā)展它無(wú)疑將是配電層通信的主流。但配電網(wǎng)載波確實(shí)有很多難點(diǎn), 尤其是在保證高可靠性方面,對(duì)于國(guó)內(nèi)大多數(shù)企業(yè)來(lái)說(shuō)是可望而不可及的。本項(xiàng)目在配網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊采用電力載波技術(shù)方面開(kāi)創(chuàng)了先河，其特有的分群和并行多通道技術(shù),有效解決傳輸?shù)膸捚款i，使該系統(tǒng)的整體水平達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。④ TTU和FTU的基于復(fù)數(shù)的電參數(shù)計(jì)算為了滿足電能質(zhì)量分析的需要，在FTU、TTU的交流采樣電參數(shù)計(jì)算，一般采用FFT方式計(jì)算電壓、電流各次諧波的有效值；但現(xiàn)有系統(tǒng)一次FFT完成一個(gè)量（電壓或電流）的計(jì)算，我們采取了復(fù)數(shù)FFT的計(jì)算方式，即將兩個(gè)采集量（電壓或電流）構(gòu)成一個(gè)復(fù)數(shù)，作為該復(fù)數(shù)的實(shí)部和虛部；送FFT模塊，運(yùn)算完成以后再分離出兩個(gè)量的實(shí)部和虛部；從而將FFT的計(jì)算次數(shù)減少了一半。提高了運(yùn)算速度。⑤ 采用了C/S與B/S相結(jié)合的軟件系統(tǒng)構(gòu)造技術(shù)B/S結(jié)構(gòu)，即Browser/Server(瀏覽器/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)，是對(duì)C/S結(jié)構(gòu)的改進(jìn)結(jié)構(gòu)。本項(xiàng)目利用不斷成熟的WWW瀏覽器技術(shù)，結(jié)合瀏覽器的多種Script語(yǔ)言(VBScript、JavaScript…)和ActiveX技術(shù)，采用C/S和B/S相結(jié)合的軟件系統(tǒng)構(gòu)造技術(shù)，使用戶界面完全通過(guò)WWW瀏覽器實(shí)現(xiàn)，一部分事務(wù)邏輯在前端實(shí)現(xiàn)，但是主要事務(wù)邏輯又在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，形成所謂3tier結(jié)構(gòu)。從而實(shí)現(xiàn)了原來(lái)需要復(fù)雜專用軟件才能實(shí)現(xiàn)的強(qiáng)大功能，并節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本，是一種全新的軟件系統(tǒng)構(gòu)造技術(shù)。它可以隨著Windows 98/Windows 2000將瀏覽器技術(shù)植入操作系統(tǒng)內(nèi)部，采用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建立企業(yè)內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)或利用Internet虛擬專網(wǎng)（VPN），整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用TCP/IP協(xié)議，具有安全、快捷、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，同時(shí)還具有節(jié)省投資、跨地域廣的優(yōu)點(diǎn)。另外本軟件還采用軟插件和中間件技術(shù)，并使用硬件防火墻或硬件隔離器，這樣系統(tǒng)容易升級(jí)、擴(kuò)展性強(qiáng)，軟件上增加了多權(quán)限、多角色管理、系統(tǒng)的安全性比較高。⑥ TTU低成本高可靠性的硬件設(shè)計(jì)， 采用16位單片機(jī)MSP430內(nèi)部的8通道12位AD完成交流采用，使用內(nèi)部的60K閃存存儲(chǔ)程序，內(nèi)部2KRAM 進(jìn)行計(jì)算數(shù)據(jù)和變量存儲(chǔ)，并實(shí)現(xiàn)了復(fù)數(shù)FFT計(jì)算電參數(shù)，單片機(jī)自帶LCD驅(qū)動(dòng)器。采用I2C技術(shù)擴(kuò)展存儲(chǔ)器和時(shí)鐘芯片，擴(kuò)充存儲(chǔ)容量不修改硬件線路。功能全面完善：如諧波計(jì)算，歷史數(shù)據(jù)（整點(diǎn)電參數(shù)）和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（極值和停電記錄）存儲(chǔ)容量大。有當(dāng)?shù)仫@示和2通道通信接口。遙信、遙控和遙脈功能。軟件基于C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)：功能強(qiáng)，維護(hù)和移植能力強(qiáng)。有諧波計(jì)算和處理功能, 支持遠(yuǎn)程在線維護(hù)和通訊功能合一， 支持國(guó)標(biāo)IEC8701015通訊協(xié)議, 能錄取各電壓、電流1個(gè)周波的波形，以利于主站進(jìn)一步分析電能質(zhì)量和負(fù)載特性，諧波含量。⑦ 基于32位DSP（TMS320F2812）的FTU的硬件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，利用SPI總線技術(shù)擴(kuò)展DSP的外圍設(shè)備,CAN總線實(shí)現(xiàn)多DSP之間的網(wǎng)絡(luò)通訊。獨(dú)有的零序電流檢測(cè)和故障判別技術(shù)：在難以安裝零序電流互感器的場(chǎng)合，使用運(yùn)算放大器的虛短（正、負(fù)