趙斌

 

上海安科瑞電氣股份有限公司   嘉定   201801

 

摘  要：本文以Acrel-2000智能電力監控係統的三層網絡拓撲結構為核心，分析了網絡拓撲結構的選型，以及智能電力監控係統功能和性能指標。

關鍵詞：電網用戶側　Acrel-2000智能電力監控係統拓撲結構　設計

 

　　智能電力監控係統是數字化和信息化時代應運而生的產物，已經被廣泛應用於電網用戶側樓宇
、體育場館、科研設施、機場
、交通、醫院
、電力和石化行業等諸多領域的高/低壓變配電係統中。例如
，隨著信息技術的發展，智能建築已成為城市現代化、信息化的重要標誌。智能建築的組成通常有三個要素，即建築物自動化係統（BAS）
、通訊自動化係統（CAS）和辦公自動化係統（OAS）。BAS是對整個係統進行綜合控製管理的統一體，它以計算機局域網絡為通信基礎，用於設備運行管理、數據采集和過程控製。智能電力監控係統便是BAS中的一個重要組成部分
，通過智能電力監控係統可大大提高整個變配電係統的管理水平,方便地與其它BAS聯網,構成完整的樓宇自動化管理係統。因此，智能電力監控係統是智能建築必不可少的組成部分,可以說沒有智能電力監控的建築稱不上是智能建築。

智能電力監控係統對高壓開關櫃、低壓開關櫃
、應急發電機組、電力變壓器和EPS/UPS/ATS 等的工作狀態進行監控。通過實時記錄單相/三相電壓、單相/三相電流、功率、功率因數、電度
、頻率和電流開關狀態等各項參數實現監測，當參數值超出允許的範圍時便產生預警、報警，並對相關設備進行控製。它以較少的投資，極大地提高了供配電係統的可靠性、安全性和自動化水平。

 

　　智能電力監控係統是由智能測控裝置、網絡設備及計算機設備等互聯布局而成。係統因項目規模不同
、功能性能不同、重要程度不同、用戶投資水平不同，可采取不同的拓撲結構。但是無論采取何種拓撲結構都是采用了“站控管理層――網絡通訊層――現場設備層”的de分fen層ceng分fen布bu式shi設she計ji思si想xiang。這zhe種zhong分fen層ceng設she計ji，符fu合he當dang前qian通tong訊xun體ti係xi設she計ji實shi現xian的de標biao準zhun
，在zai每mei層ceng都dou能neng相xiang對dui地di完wan成cheng監jian視shi控kong製zhi功gong能neng，即ji可ke以yi實shi現xian遠yuan方fang的de監jian視shi控kong製zhi

，也ye能neng夠gou在zai上shang層ceng故gu障zhang時shi不bu影ying響xiang本ben層ceng和he下xia一yi層ceng的de功gong能neng。Acrel-2000智能電力監控係統網絡拓撲結構如圖1所示。

圖1 係統網絡拓撲圖

　　各個結構層的具體形式如下：

　　（1）主站層（站控管理層）

　　位於監控室內，具體包括：anzhuangyouzhinengdianlijiankongxitongdehoutaizhujidengxiangguanwaishe。fuzejiangtongxunjiangecengshangchuandeshujujiebao，jinxingjizhongguanlihefenxi，zhixingxiangguancaozuo，fuzezhenggebianpeidianxitongdezhengtijiankong。zhinengdianlijiankongxitongtigongzhuanyongdetongxungongnengmokuai，tongguozhuanyongdeyitaiwangyingjiantongxunjiekou，yiOPC方式或其它通訊協議向上一級係統（如：BAS 

、DCS 或調度係統）發送相關的數據和信息，實現係統的集成。

　　（2）通訊間隔層（網絡通訊層）

　　采用通訊管理機，負責與現場設備層的各類裝置進行通訊，采集各類裝置的數據、參數，進行處理後集中打包傳輸到主站層
，同時作為中轉單元，接受主站層下發的指令，轉發給現場設備層各類裝置。

　　（3）現場設備層

　　位於中低壓變配電現場，具體包括：微機保護裝置、多功能儀表、直流屏、溫濕控製器
、diandongjibaohuqideng。fuzecaijidianlixianchangdegeleishujuhexinxizhuangtai
，fasonggeitongxunjiangeceng，tongshiyezuoweizhixingdanyuan，zhixingtongxunjiangecengxiafadegeleizhiling。

 

　　在智能變配電係統設計時，需要準確判斷網絡拓撲結構，對網絡設備正確選擇。係統的可靠性
、穩定性、實時性等方麵的性能與網絡拓撲結構有著密切的關係。

　　智(zhi)能(neng)電(dian)力(li)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)的(de)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)雖(sui)然(ran)可(ke)以(yi)統(tong)一(yi)為(wei)三(san)層(ceng)結(jie)構(gou)
，但(dan)是(shi)對(dui)整(zheng)體(ti)網(wang)絡(luo)結(jie)構(gou)及(ji)分(fen)層(ceng)細(xi)節(jie)設(she)計(ji)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)

，設(she)計(ji)選(xuan)型(xing)過(guo)程(cheng)會(hui)受(shou)到(dao)諸(zhu)多(duo)因(yin)素(su)的(de)製(zhi)約(yue)。因(yin)此(ci)，網(wang)絡(luo)結(jie)構(gou)選(xuan)型(xing)是(shi)設(she)計(ji)院(yuan)、用戶及係統集成商進行決策的重點環節，將對項目的整體報價與係統性能產生很大的影響。

網絡結構選型需要考慮係統功能、項目規模等因素。

 

3.1.1係統功能的要求

　　智能變配電係統按功能可劃分為以下幾種：

　　（1）監視型

　　隻監視不控製。隻對係統的運行、故障狀態和運行參數進行集中實時監測和自動采集、記錄，不具備遠程操作等控製功能。

　　（2）控製型
　　包括監視型的全部功能，同時可以人工對設備進行遠程控製、參數設置。

　　（3）自動型

　　包括控製型的全部功能，同時可以進行設備節能運行控製、邏輯控製、順序控製等。

　　（4）複合型
　　上述功能與用戶特殊需求的組合。係統功能的複雜性越高，對網絡結構與係統處理能力的要求越高，主要體現在對拓撲結構的冗餘設計

、設備數量、設備型號、現場總線的選擇上。

3.1.2項目規模的要求

　　在zai不bu考kao慮lv其qi它ta因yin素su的de前qian提ti下xia，項xiang目mu規gui模mo往wang往wang是shi確que定ding網wang絡luo拓tuo撲pu結jie構gou的de首shou要yao因yin素su。智zhi能neng電dian力li監jian控kong係xi統tong首shou先xian要yao滿man足zu係xi統tong的de基ji本ben運yun行xing要yao求qiu
，還hai需xu滿man足zu係xi統tong的de可ke擴kuo展zhan性xing
，但dan是shi應ying避bi免mian設she計ji餘yu量liang過guo大da
，造zao成cheng項xiang目mu投tou資zi過guo大da，帶dai來lai不bu必bi要yao的de浪lang費fei。設she計ji前qian對dui項xiang目mu進jin行xing深shen入ru的de了le解jie，考kao察cha項xiang目mu的de一yi次ci設she備bei分fen布bu、julijiangeyushebeishuliang。yicishebeifenbujijulijiangeshiquedingtongxunjiangecengtongxunzizhanshuliangdeyiju，yigeziquyudeshebeishuliangshiquedingtongxunzizhanleixingjitongxunjiekoudeyiju。xiangmuzhengtishebeishuliangyuzizhanshuliangshiquedingzhuzhancengjiegoudeyiju。dianxingdexitongjiegouyoujizhongjiankongxitongmoshi，quyugongdianjizhongjiankongxitongmoshiyijiguangxianziyuhuanwangjizhongjiankongmoshi。rutu2是區域供電集中監控係統模式的示意圖。

 

圖2 電力智能監控係統的區域供電集中監控模式

　　智(zhi)能(neng)電(dian)力(li)監(jian)控(kong)係(xi)統(tong)的(de)主(zhu)站(zhan)用(yong)於(yu)運(yun)行(xing)專(zhuan)業(ye)化(hua)的(de)電(dian)力(li)監(jian)控(kong)軟(ruan)件(jian)
，擁(yong)有(you)強(qiang)大(da)且(qie)性(xing)能(neng)優(you)越(yue)的(de)實(shi)時(shi)數(shu)據(ju)庫(ku)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)。網(wang)絡(luo)結(jie)構(gou)設(she)計(ji)的(de)目(mu)的(de)是(shi)滿(man)足(zu)用(yong)戶(hu)運(yun)行(xing)維(wei)護(hu)的(de)需(xu)求(qiu)
，保(bao)證(zheng)係(xi)統(tong)穩(wen)定(ding)性(xing)高(gao)
、可靠性好
、實時性強。對拓撲結構的設計方法主要有：冗餘設計、計算機設備數量的選擇、設備型號的選配。

　　電力監控軟件多采用C/S 結構

，係統功能可根據需要集中布局或分布布局
，主站層網絡可采用雙以太網、雙主機、雙通訊機等冗餘技術。這些技術對係統的性能影響較大

，同時對係統的造價也產生很大的影響。

冗餘技術包括網絡冗餘
、數據庫冗餘
、通tong訊xun冗rong餘yu等deng。冗rong餘yu設she計ji的de目mu的de在zai於yu提ti高gao係xi統tong的de可ke靠kao性xing，從cong而er提ti高gao係xi統tong的de性xing能neng。冗rong餘yu設she計ji首shou先xian需xu要yao監jian控kong軟ruan件jian支zhi持chi冗rong餘yu運yun行xing及ji動dong態tai快kuai速su切qie換huan
，還hai需xu要yao計ji算suan機ji設she備bei或huo網wang絡luo設she備bei的de支zhi持chi。主zhu站zhan層ceng的de配pei置zhi方fang式shi有you：單主機、單通訊機、雙主機、shuangtongxunjijigongnengdezuhe。duiyushangshurongyufangshi
，duipeizhiliangtaijiyishangjisuanjidexiangmukeyiyinruwangluorongyu，yitigaowangluodekekaoxing
，meitaijisuanjixuyaopeizhishuangwangka，xupeizhiliangtaiyitaiwangjiaohuanji。

 

　　通tong訊xun間jian隔ge層ceng處chu於yu通tong訊xun樞shu紐niu的de地di位wei，向xiang上shang連lian接jie主zhu站zhan層ceng，向xiang下xia貫guan通tong現xian場chang設she備bei層ceng
，是shi影ying響xiang整zheng體ti拓tuo撲pu結jie構gou的de關guan鍵jian環huan節jie
，是shi智zhi能neng配pei電dian係xi統tong運yun行xing的de紐niu帶dai。智zhi能neng監jian控kong設she備bei的de信xin息xi通tong過guo通tong訊xun總zong線xian送song到dao通tong訊xun間jian隔ge層ceng通tong訊xun子zi站zhan
，然ran後hou將jiang采cai集ji的de所suo有you運yun行xing/guzhangzhuangtaixinhaoheyunxingcanshudengxinxitongguotongxunwangluoshangchuanzhizhuzhan，getongxunzizhanjieshoulaizizhuzhandeyuanchengkongzhiminglingduigaibianpeidianzhanxiangyingdepeidianshebeijinxingkongzhi。

目(mu)前(qian)通(tong)訊(xun)間(jian)隔(ge)層(ceng)的(de)上(shang)行(xing)網(wang)絡(luo)極(ji)大(da)多(duo)數(shu)采(cai)用(yong)以(yi)太(tai)網(wang)方(fang)式(shi)，極(ji)特(te)殊(shu)情(qing)況(kuang)下(xia)受(shou)通(tong)訊(xun)條(tiao)件(jian)的(de)限(xian)製(zhi)采(cai)用(yong)串(chuan)行(xing)通(tong)訊(xun)方(fang)式(shi)，在(zai)有(you)特(te)殊(shu)設(she)備(bei)要(yao)求(qiu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)采(cai)用(yong)PROFIBUS 網絡（如采用SIEMENS 的PLC 作為通訊子站）。

通訊間隔層的下行網絡目前極大多數采用現場總線方式，智能配電係統常用的現場總線有RS232 
、RS422 

、RS485 、CANBUS 、MODBUS 、PROFIBUS deng
，xianchangzongxianfangshiyouxuanzedexianchangzhinengyibiaohuodisanfangzhinengshebeiqueding。yitaiwangfangshishiweilaidefazhanqushi，danshizhichidexianchangzhinengshebeitaishao
，muqianzhiyingyongyu110kV 及以上電壓等級的高壓變電站內。

通訊間隔層通訊子站的數量與監控的一次設備地理分布密切相關
，一般采取就近監控的原則，還需考慮子站的通訊容量、用yong戶hu投tou資zi成cheng本ben來lai綜zong合he確que定ding。通tong訊xun間jian隔ge層ceng的de通tong訊xun子zi站zhan是shi該gai層ceng的de關guan鍵jian設she備bei，根gen據ju項xiang目mu的de不bu同tong要yao求qiu可ke采cai取qu不bu同tong的de設she備bei類lei型xing
，目mu前qian

，比bi較jiao流liu行xing的de方fang式shi：工控機、HMI
、PLC 、串口服務器等。

 

　　現場設備層位於中低壓變配電現場
，具體包括：中壓繼電保護裝置、現場I/O 、智能電力儀表、PLC

、溫控儀

、UPS 、EPS
、ATS 
、直流屏、fadianjidengzhinengjiankongshebei。fuzecaijidianlixianchangdegeleishujuhexinxizhuangtai，fasonggeitongxunjiangeceng
，tongshiyezuoweizhixingdanyuan
，zhixingtongxunjiangecengxiafadegeleizhiling。

 

　　智zhi能neng電dian力li監jian控kong係xi統tong應ying具ju有you完wan善shan的de網wang絡luo管guan理li功gong能neng，網wang絡luo的de拓tuo撲pu結jie構gou自zi上shang而er下xia呈cheng金jin字zi塔ta結jie構gou，越yue向xiang下xia網wang絡luo結jie構gou越yue複fu雜za，設she備bei種zhong類lei越yue多duo，設she備bei數shu量liang越yue大da，越yue難nan於yu管guan理li與yu維wei護hu。安an科ke瑞rui（Acrel）公司開發的Acrel-2000電力監控係統具有強大、先進的網絡管理子係統，把供配電係統的運行設備和運行狀態置於毫秒級、周波級的連續精確的監視控製中。

　　a、友好的人機交互界麵（HMI）

　　標準的變配電係統具有CAD一次單線圖顯示中、低壓配電網絡的接線情況
；龐大的係統具有多畫麵切換及畫麵導航的功能；分散的配電係統具有空間地理平麵的係統主畫麵。主畫麵可直觀顯示各回路的運行狀態

，並具有回路帶電、非帶電及故障著色的功能。主要電參量直接顯示於人機交互界麵並實時刷新。

　　b
、用戶管理

　　本軟件可對不同級別的用戶賦予不同權限
，從而保證係統在運行過程中的安全性和可靠性。如對某重要回路的合/分閘操作
，需操作員級用戶輸入操作口令外，還需工程師級用戶輸入確認口令後方可完成該操作。

　　c、數據采集處理

　　Acrel-2000型電力監控係統可實時和定時采集現場設備的各電參量及開關量狀態（包括三相電壓
、電流、功率、功率因數、頻率、電能、溫度
、開關位置、設備運行狀態等），將采集到的數據或直接顯示、或通過統計計算生成新的直觀的數據信息再顯示（總係統功率
、負荷最大值、功率因數上下限等）
，並對重要的信息量進行數據庫存儲。

　　d、趨勢曲線分析

　　xitongtigongleshishiquxianhelishiqushiliangzhongquxianfenxijiemian
，tongguotiaoyongxiangguanhuilushishiquxianjiemianfenxigaihuiludangqiandefuheyunxingzhuangkuang。rutongguotiaoyongmoupeichuhuiludeshishiquxiankefenxigaihuiludedianqishebeisuoyinqidexinhaobodongqingkuang。xitongdelishiqushijixitongduisuoyouyicunchushujujunkezhakanqilishiqushi，fangbiangongchengrenyuanduijiancedepeidianwangluojinxingzhiliangfenxi。

　　e、報表管理

　　係統具有標準的電能報表格式並可根據用戶需求設計符合其需要的報表格式，係統可自動統計。可自動生成各種類型的實時運行報表、曆史報表、事件故障及告警記錄報表、操作記錄報表等
，可以查詢和打印係統記錄的所有數據值，自動生成電能的日、月、季、年度報表
，根據複費率的時段及費率的設定值生成電能的費率報表，查詢打印的起點、間隔等參數可自行設置
；係統設計還可根據用戶需求量身定製滿足不同要求的報表輸出功能。

　　f
、事件記錄和故障報警

　　係統對所有用戶操作
、開關變位
、參(can)量(liang)越(yue)限(xian)及(ji)其(qi)它(ta)用(yong)戶(hu)實(shi)際(ji)需(xu)求(qiu)的(de)事(shi)件(jian)均(jun)具(ju)有(you)詳(xiang)細(xi)的(de)記(ji)錄(lu)功(gong)能(neng)，包(bao)括(kuo)事(shi)件(jian)發(fa)生(sheng)的(de)時(shi)間(jian)位(wei)置(zhi)
，當(dang)前(qian)值(zhi)班(ban)人(ren)員(yuan)事(shi)件(jian)是(shi)否(fou)確(que)認(ren)等(deng)信(xin)息(xi)，對(dui)開(kai)關(guan)變(bian)位(wei)、參量越限等信息還具有聲音報警功能，同時自動對運行設備發送控製指令或提示值班人員迅速排除故障。

　　g
、五遙功能

　　Acrel-2000型電力監控係統不僅能實現常規的“遙信”、“遙控”、“遙測”
、“遙調”功能
，還可以實現“遙設”功能。

　　遙信：實時對開關運行狀態
、保護工作等開關量進行監視。計算機實時顯示和自動報警。

　　遙控：通過計算機屏幕選擇相應的站號
、開關號、合/分閘等信息，並在屏幕上將選擇的開關狀態反饋出來，確認後執行
，實時記錄操作時間、類型、合開關號等。

　　遙測：通過計算機實時對係統電壓、電流
、有功功率、無功功率
、功率因數
、超限報警
、頻率進行不斷地采集、分析、處理、記錄、顯示曲線、棒圖，自動生成報表。

　　遙調：用於有載變壓器的調壓升/降。

　　遙設：用於遠方修改分散繼電保護裝置的定值、控製字；以及調整各種儀表的工作狀態。

 

序號	內   容	指標	序號	內   容	指標
1	事件記錄正確率	≥99.9%	8	事故時遙信變位傳送時間	≤1s
2	遙信正確率	100%	9	事故推畫麵時間	＜2s
3	遙控正確率	100%	10	遙信變位	＜1s
4	遙調正確率	100%	11	遙控過程完成	＜3s
5	遙測正確率	≥99.9%	12	模擬量測量綜合誤差	＜0.5%
6	重要遙測更新周期	＜2s	13	電網頻率測量誤差	＜0.01Hz
7	一般遙測更新周期	＜3s

 

　　本文以Acrel-2000智能電力監控係統的三層網絡拓撲結構為核心
，分析了網絡拓撲結構的選型，以及Acrel-2000電力監控係統的功能和性能指標。在電力監控係統中，配置網絡電力儀表具有實施簡明、touzishaodengxianzhuyoudian，keyifangbianheshishidijiankongpeidianxitongdeyunxingzhuangtai
，duixianchangdeyongdianshebeijinxingtongyiguanli，mianqugongzuorenyuandaoxianchangjiludefansuogongzuo，xitongduigezhongyongdianshebeidelishiyunxingshujuhezhuangtaijinxingguanlifenxi，bianyuweihurenyuanmingqueshebeizhuangkuang
，zhidingxiangxideshebeiweihujihua，jianshaogongzuorenyuan，tigaoxiaolv。tongshi，genjujianlidediannengjiliangtixi，keyilejie
、分析建築總體能耗
，提出降耗計劃
，采取節能降耗措施，逐步提高用電效率。

 

[1]上海安科瑞電氣股份有限公司產品手冊.2010.08版.

[2]上海浦元自動化科技有限公司產品手冊.

[3]《智能建築設計標準》GB/T50314-2000 2

作者簡介：
趙斌

，男
，本科，上海安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電力監控與電能管理係統，Email: 手機：