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详细介绍

电力监控软件的可扩展性设计 安科瑞鲍静君

摘要:本文根据安科瑞电力监控系统软件的设计过程,论述了电力监控系统高扩展性的设计思路和方法,对于电力监控组态软件与电力平台方案的研究有一定的参考价值。

关键字:安科瑞电力监控软件、组态、内存数据库、规约、自动报表、自定义报表

  

   随着电力行业的不断发展,电力监控系统逐渐成为供电配电系统中的重要组成部分。所谓电力监控系统,是在计算机上对系统中各设备的实时运行情况、工作状态、运行历史数据信息、阶段运行后报表信息展示等各方面进行实时监控及信息处理的一套信息管理系统。

   电力监控系统实现了设备数据的实时采集、处理和实时数据储存、历史数据汇总等,图形化展示各设备实时工作情况、设备数据,对设备数据异常提供实时告警等功能。通过在供电配电设计中使用电力监控系统,极大的提高了系统的工作效率与系统稳定性、设备异常反应的实时性等。

   认真研究电力监控系统,有助于我们更加完善供电配电技术,将电力监控系统应用到各个行业中去,能有效地提高供电配电技术水平。安科瑞电力监控软件是为用户提供智能电力监控而研发出的一套完整的供电配电系统解决方案,在本文中,介绍电力监控系统的基本功能,主要从应用的角度介绍可扩展性电力监控系统的设计实现

1 电力监控系统

   电力监控系统是基于采集与监视数据的软件控制系统(scada,其全称是:supervisory control and data acquisition)发展起来的,运用计算机技术,在电力系统运行过程中进行调度与控制,对设备进行数据采集与设备控制等行为的一种抽象描述,所以控制系统本身技术上可以应用于所有工业控制领域的各种场景。

2 电力监控软件要求

   电力监控系统运行的典型场景模型如图1所示,这种监控系统可以根据实际情况的不同作相应改变。

图1 典型场景模型

2.1 系统可用性

   a.系统能够可扩展支持新的设备类型接入与新的协议,设备数据接入是系统核心。

   b.工程人员根据电力设计图纸与现场终端设备拓扑,进行电力监控项目开发,在此过程中,要求配置过程相对简单,方便工程调试和修改,以及设备的更换等。

   c.界面组态开发人员能够快速对应电力监控系统图形界面的画面布局、图形层次与信息表达等内容。

   d.用户共性的自动化报表以外的个性化支持与扩展,以报表模板的方式支持用户扩展生成多样化的报表,并且与电力监控系统对接,通过系统数据结合模板生成终报表。

2.2 高实时性与可靠性

   采用实时数据库技术,对数据进行处理与展示,保证系统的实时性要求。

3 电力监控软件主要功能

   电力监控软件的核心是以应用为导向,终以图形和报表的形式,展示当前各终端设备数据给用户,显示当前系统状态和为用户决策行为提供数据支持,图2为系统功能模块与框架说明。

图2 系统功能模块与框架说明

 

3.1 对电力设备进行数据采集与处理

   电力监控软件实时采集各终端设备的遥信、遥测、遥脉等数据,提供实时数据库高实时性的数据访问与处理,确保系统中各设备数据实时更新,图形化动态展示及监控系统实时提醒非正常运行的供电设备。

3.2 对电力设备进行控制

   系统调度或监控发出命令以实现远程操作。利用电力监控软件主动发出信号给远程终端设备实施控制操作,远程终端设备接受并执行相应命令实现远程控制。电力监控系统对操作进行流程化与规范化,对整个电力监控系统的运行过程进行控制规范化,减少人工控制带来的误操作风险。

3.3 设备阶段数据监视

   电力监控系统实时动态图形化展示设备阶段时间内运行的设备数据情况,系统管理者可根据设备阶段运行动态情况决策分析出当前设备运行情况与系统内可能出现的问题,并做趋势判断以确保系统的正常运行。

3.4 报表处理

   在电力监控系统中提供电子报表系统,可对接电力监控系统中的历史数据、实时数据,根据报表模板、运算公式生成结果并载入,形成自定义与自动生成的具有图文并貌特征的数据信息报表,直观清晰反映出阶段内系统中终端数据统计情况。

4.可扩展电力监控软件的接入方式与场景需求变化应对

   当前数据终端设备通讯方式、协议多样,应用场景多变,因此需要设计出高可扩展性电力监控软件,以快速对应各项目应用,提高软件的适用性与项目开发的效率,提高软件的生命力,实现软件设计过程中的数据接入与转发、系统图形、内存库动态调配大小、报表等方面的动态扩展性。

4.1数据处理

   数据接入和转发:提供系统本地数据转发给第三方平台或者系统作为对称的结点存在于大系统中。

   通讯方式: 目前电力系统主要为有线通讯,其中包括串口,网口,光口。分布式光伏有时还会用到无线通讯。

   通讯协议: modbus/rtu、iec 103、iec 101、dl/t645、cdt、disa(cdt规约升级版)规约等。

   各协议的驱动由单独模块实现,规约驱动管理模块通过规范化模块接口,系统根据规约驱动模块名称,执行指定规范接口,加载规约驱动。图3对系统驱动可扩展设计交互流程说明。

图3 对系统驱动可扩展设计交互流程说明

 

4.2系统图形组态

   电力管理系统中的各智能终端设备的状态与数据,需要图形化直观的以拓扑图、电力一次图、二次图等方式展示给系统的使用者,显示当前系统各设备状态,其中涉及较多图元、图形、图表等绘图元素,且组态时各部分支持用户图形自行扩展,以适应不断增加的电力设备类型与用户需求展现形式多样性。

   图元:系统默认提供常用设备图元,用户也可自定义绘制

   图形:图形高度组态,系统拓扑图、一次图、二次图用户可自由绘制、绑定数据,直观反映

   图表:曲线图形提供实时与历史曲线结合,展示多点的所有历史和当前运行情况,为决策提供直观数据

4.3报表系统

   报表系统作为电力管理系统中重要的组成部分,将整个系统阶段运营情况作汇总。报表的用途多样,可作为能耗分析、电能管理等方面决策的数据支撑。根据电力管理的特点,系统支持自动化报表、自定义报表,满足用户多样化需求及电力管理系统的报表可扩展性需求。

   自动报表:电参量报表、电能报表能够自动生成,直接反映系统中各终端设备真实数据。

   用户自定义报表:用户提供报表模板与计算公式,采用脚本方式获取系统数据进行填充,报表数据是进行分析的结果,提供更具体直观的报表,符合系统使用方多样化需求。

4.4内存数据库管理系统

   电力监控系统软件采用内存数据库与数据库相结合,主要是因为电力监控管理软件对数据实时性要求高,需要时间反映设备运行状态,且系统与终端设备进行数据交互频繁,数据不断变化且大多是中间临时数据,所以采用高速内存存储实时数据信息,通过计算引擎把有意义的数据或者用户关心的信息数据进行转储到数据库,即保证了系统的实时性与数据保存的持久。

   使用内存库保存数据时,数据量大,多个系统需要共享数据,从多个角度展示给不同的系统用户,实现形式上采用文件内存映射的方式,组织形式上在设计内存数据库时与数据库管理相似,便于各程序对设备数据进行查找与读写操作,索引过程可根据数据量大小建立直接索引与hash索引,管理形式上由实际数据量决定文件全量映射或者分页式管理文件映射(lru换页),各表在内存数据库大小可调配,由接入设备与数据点数量决定,从而支持系统可扩展,减少大开小用的浪费情形。

5 总结

   电力监控系统作为电力系统的一个重要组成部分,在电力系统的不断发展过程中,要求电力监控系统能够适应不断发展的电力终端设备与电力技术。以上从数据接入转发、系统图形组态、报表系统和数据库系统等四个系统的核心方面,在技术实现角度对可扩展性电力监控软件的设计进行说明,可扩展设计保证了软件的对于行业不断发展适用性。

   文章来源:《自动化博览》2017年2期。


电力监控与电能管理系统在苏州大型商业楼宇的应用 安科瑞鲍静君

摘要:介绍苏州吴中商务中心电力监控与电能管理系统,采用智能电力仪表和微机保护装置采集配电现场的各种电参量和开关信号。系统采用现场就地组网的方式,组网后通过现场总线通讯并远传至后台,通过acrel-2000型电力监控系统实现变电所的实时电力监控及acrel-3000型电能管理系统实现建筑电力能耗的自动管理,为楼宇电能统计数据,为节能提供决策依据。

关键词:商业楼宇;苏州吴中商务中心;变电所;智能电力仪表;acrel-2000/3000型;电力监控系统;电能管理系统;建筑节能

0  概述

      目前我国大多数多功能办公大楼、写字楼、商场等商业建筑都设有集中空调系统为用户提供健康和舒适的工作环境。这类建筑占大型公共建筑的比例越来越大,在我国建筑节能尤其是大型公共建筑节能中,多功能商业建筑的节能应是重点。

      苏州吴中商务中心项目是苏州吴裕资产经营有限公司投资兴建的一项商业楼宇工程,项目总投资约1.3亿元,总建筑面积为124440平方米,分两幢22层高办公楼,两层地下停车场。

      本项目为苏州吴中商务中心地下变电所电力监控与电能管理系统。根据配电系统管理的要求,需要对苏州吴中商务中心两个地下变电所内的高压柜、低压配出线进行电力监控,以保证用电的安全、可靠和高效。

      acrel-2000/3000型低压智能配电系统,充分利用了现代电子技术、计算机技术、网络技术和现场总线技术的新发展,对变配电系统进行分散数据采集和集中监控管理。对配电系统的二次设备进行组网,通过计算机和通讯网络,将分散的配电所的现场设备连接为一个有机的整体,实现电网运行的远程监控和集中管理,管理人员可以实时监控建筑物各项能源的消耗,发现能源使用过程中的浪费现象,以便采取可控的能源消费方式,减少能源消耗量,实现建筑物的节能管理。

1  系统结构描述

      本监控系统主要实现吴中商务中心两个地下变电所(东区变电所和西区变电所)的10/0.4kv配电系统进行用电监控与电能管理;监控范围为东区变电所的t1、t2、t3、t4变压器的低压进线柜、联络柜、馈线柜及高压侧仪表和西区变电所的t5、t6、t7、t8变压器的低压进线柜、联络柜、馈线柜仪表进行远程实时监控和电能管理。该系统总计有219只仪表(其中包括187只acr网络智能电力仪表,10只abb综合保护装置,14只高压开关状态指示仪,8只温控仪),分13条总线,其中东区变电所8条总线,西区变电所5条总线,两变电所之间距离较远,采用光纤组网连接,后通过网线拉至电工值班室连接到监控主机实现总线上仪表与监控主机的数据连通。

      本监控系统采用分层分布式结构,即站控层,通讯层与间隔层;如图(1)所示:


       间隔设备层主要为:多功能网络电力仪表、开关量、模拟量采集模块和智能断路器等。这些装置分别对应相应的一次设备安装在电气柜内,这些装置均采用rs485通讯接口,通过现场modbus总线组网通讯,实现数据现场采集。

       网络通讯层主要为:通讯服务器,其主要功能为把分散在现场采集装置集中采集,同时远传至站控层,完成现场层和站控层之间的数据交互。

       站控管理层:设有高性能工业计算机、显示器、ups电源、打印机、报警蜂鸣器等设备。监控系统安装在计算机上,集中采集显示现场设备运行状况,以人机交互的形式显示给用户。

以上网络仪表均采用rs485接口和modbus-

      通信的双方都可以接收、发送数据但是在同一时刻只能发送或接收数据,数据高传输速率为10mbps。

      rs485接口是采用平衡驱动器和差分的组合,抗噪声干扰能力增强,总线上允许连接多达32个设备,大传输距离为1.2km。


2  电力监控系统主要功能

2.1  数据采集与处理

       数据采集是配电监控的基础,数据采集主要由底层多功能网络仪表采集完成,实现远程数据的本地实时显示。需要完成采集的信号包括:三相电压u、三相电流i、频率hz、功率p、功率因数cosφ、电度epi、远程设备运行状态等数据。

       数据处理主要是把按要求采集到的电参量实时准确的显示给用户,达到配电监控的自动化化和智能化要求,同时把采集到的数据存入数据库供用户查询。

2.2  人机交互

      系统提供简单、易用、良好的用户使用界面。采用全中文界面,cad图形显示低压配电系统电气一次主接线图,显示配电系统设备状态及相应实时运行参数,画面定时轮巡切换;画面实时动态刷新;模拟量显示;开关量显示;连续记录显示等。

2.3  历时事件

      历时事件查看界面主要为用户查看曾经发生过的故障记录、信号记录、操作记录、越限记录提供方便友好的人机交互,通过历史事件查看平台,您可以根据自己的要求和查询条件方便定位您所要查看的历史事件,为您把握整个系统的运行情况提供了良好的软件支持。

2.4  数据库建立与查询

       主要完成遥测量和遥信量定时采集,并且建立数据库,定期生成报表,以供用户查询打印。

2.5  用户权限管理

      针对不同级别的用户,设置不同的权限组,防止因人为误操作给生产,生活带来的损失,实现配电系统的安全,可靠运行。可以通过用户管理进行用户登录、用户注销、修改密码、添加删除等操作,方便用户对账号和权限的修改。

2.6  运行负荷曲线

      负荷趋势曲线功能主要负责定时采集进线及重要回路电流和功率负荷参量,自动生成运行负荷趋势曲线的,方便用户及时了解设备的运行负荷状况。点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换;可以查看实时趋势曲线或历史趋势线;对所选曲线可以进行平移、缩放、量程变换等操作,帮助用户进线趋势分析和故障追忆,为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持。

2.7  远程报表查询

      报表管理程序的主要功能是根据用户的需要设计报表样式,把系统中处理的数据经过筛选、组合和统计生成用户需要的报表数据。本程序还可以根据用户的需要对报表文件采用定时保存、打印或者召唤保存、打印模式。同时本程序还向用户提供了对生成的报表文件管理功能。

     报表具有自由设置查询时间实现日、月、年的电能统计,数据导出和报表打印等功能。


3  案例分析

      苏州吴中商务中心电力监控与电能管理系统分两个变电所(东区变电所和西区变电所),本项目针对这两个变电所的10/0.4kv配电系统进行用电监控与电能管理;监控范围为东区变电所的t1、t2、t3、t4变压器的低压进线柜、联络柜、馈线柜及高压侧仪表和西区变电所的t5、t6、t7、t8变压器的低压进线柜、联络柜、馈线柜仪表进行远程实时监控和电能管理。

      进线回路采用acr330elh多功能谐波仪表,其是针对电力系统、工矿企业、公共设施、智能大厦的电力监控需求而设计的网络电力仪表,它能测量所有常规电力参数,如:三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度、并可监测电压、电流的2-31次谐波分量等多种电参量。并且本仪表带有4路光电隔离开关量输入接点和2路继电器控制输出接点,这些接点可以配合智能断路器实现断路器的遥信、遥控操作。该系列网络电力仪表主要应用于变电站自动化、配电网自动化、小区电力监控、工业自动化、能源管理系统及智能建筑等领域。

       重要配出回路采用acr220el系列网络电力仪表,该仪表主要测量所有常规电力参数,如:三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度、无功电度。

       高压侧实时画面见图(2),为系统主监控画面,主要实时监测高压回路的运行状态,红色代表合闸,绿色代表分闸。在高压系统图中可以直观的看到每路高压进线和出线的运行参数和状态,可以看到变压器出线侧的所有常规电力参数,如:三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率、有功电度及变压器温度。

       rtu通讯协议,rs485采用屏蔽线传输,一般都采用二根连线,接线简单方便;通讯接口是半双工通信即低压配电二次图见图(3),功能有电量遥测主要监测运行设备的电参量,其中包括:线三相电压,电流,功率,功率因数,电能,频率等电参量及配出回路的三相电流;遥信功能实现显示现场设备的运行状态,主要包括:开关的分、合闸运行状态和通讯故障报警;断路器变位时会发出报警信号,提醒用户及时处理故障。

       遥信和遥测报警功能,主要完成对低压各出线回路的开关运行状态和负载进线监控,对开关变位和负载越限弹出报警界面指示具体的报警位置并声音报警,提醒值班人员及时处理。遥测报警值设置界面可以看到每个监控点的实时值和报警设置值,方便值班人员比对进线设置,负载越限值在相应权限下可自由设置。具备历史查询功能。见图(4)至图(6)。

图(4) 实时遥信报警信息


图(5)历史遥测报警信息查询


图(6)遥测报警值设置界面

      参数抄表功能,主要对低压各出线回路的电参数进线查询。支持任意时刻电参数查询,具备数据导出和报表打印等功能。该报表查询供两个变电所8台变压器出线各低压回路的电参数,主要包括:三相电流、有功功率和有功电度及变压器温度。该报表各回路名称和数据库关联,方便用户修改回路名称。见图(7)

      用电量报表功能,可选择时间段进行查询,支持任意时间段电度累计查询,具备数据导出和报表打印等功能。为值班人员提供了精确可靠的电能报表。该报表各回路名称和数据库关联,方便用户修改回路名称。如下图所示,显示健身中心某段时间内的各配电回路的精确用电量,用户可以直接打印报表,可以以excel格式另存到其他位置。 见图(8)。

      系统通讯结构示意图,主要显示系统的组网结构,系统采用分层分布式结构,同时监测间隔层设备的通信状态。红色表示通讯正常,绿色表示通讯故障。见图(9)。

      负荷趋势曲线界面中可直观的查看回路的负荷运行情况。查看实时和历史趋势曲线,点击画面相应按钮或菜单项可以完成相应功能的切换;帮助用户进线趋势分析和故障追忆,具备曲线打印功能。为分析整个系统的运行状况提供了直观而方便的软件支持。见图(10)。

4  结束语

       随着社会的发展及电力的广泛应用,电力监控系统已成为全国各地重点工程项目、标志性建筑/大型公共设施等大面积多变电所用户的必然选择,本文介绍的acrel-2000/3000电力监控与电能管理系统在苏州吴中商务中心的应用,可以实现对变电所高低压配电回路用电的实时监控与电能管理,不仅能显示回路用电状况,还具有网络通讯功能,可以与串口服务器、计算机等组成电力监控系统。系统实现对采集数据的分析、处理,实时显示变电所内各配电回路的运行状态,对分合闸、负载越限具有弹出报警对话框及语音提示,并生成各种电能报表、分析曲线、图形等,便于电能的远程抄表以及分析、研究,不但减少抄表人员的工作量,而且降低了建筑的管理成本,是实现管理节电的重要措施和有效途径。

      该系统运行安全、可靠、稳定,为变电所用户解决用电问题提供了真实可靠的依据,取得了较好的社会效益。[2]

      该系统为城市能耗监测平台预留接口,可以无缝接入城市能耗监测平台,实现城市节能管理部门对建筑物的能耗进行监控。

文章来源于:《建筑节能》2012年第9期。

参考文献:

[1].任致程 周中. 电力电测数字仪表原理与应用指南[m]. 北京. 电力出版社. 2007. 4

[2].周中等编着. 智能电网用户端电力监控与电能管理系统产品选型及解决方案[m]. 北京. 机械工业出版社. 2011.10





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