電力通信網(wǎng)中蓄電池組集中監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

1、第30卷第1期2010年1月電力自動化設備ElectricPowerAutomationEquipmentVol30No1Jan.2010電力通信網(wǎng)中蓄電池組集中監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)鮑慧，齊焱焱，李樹軍（華北電力大學電氣與電子工程學院，河北保定071003）摘要：設計并實現(xiàn)了一種基于電力通信網(wǎng)的蓄電池組集中實時監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為信息采集設備和各級服務器2個部分。信息采集設備負責監(jiān)控蓄電池組的運行工況（測試內阻、電壓、電流、溫度等）及發(fā)送特定的指令（充放電、浮充電等）；各級服務器從不同層次管理信息采集設備。系統(tǒng)設計了4種通信模型，充分考慮了當前電力系統(tǒng)設備和通信網(wǎng)的各種情況。系統(tǒng)軟件包括各級服務

2、器軟件和前置軟件；各級服務器軟件采用模塊化設計，其中第3級服務器直接面向監(jiān)測設備，給出了該服務器功能框圖。關鍵詞：蓄電池組；集中監(jiān)控；遠程維護；網(wǎng)絡化監(jiān)控；數(shù)據(jù)通信；信道模型中圖分類號：TM912；TM73文獻標識碼：B文章編號：10066047（2010）01011504備采集的數(shù)據(jù)通過一定形式傳送到集控站進行更高級的數(shù)據(jù)分析，將集控站下達的命令信息傳遞給各設備并執(zhí)行。11網(wǎng)絡結構目前，我國電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡已經形成了以光纖、微波及衛(wèi)星通信構成為主干路的格局，各支路充分利用電力線載波、特種光纜等電力系統(tǒng)特有的通信方式，并充分采用明線、電纜、無線等多種通信方式及程控交換機、調度總機等設備組成

3、的多用戶、多功能的綜合通信網(wǎng)7。圖1以某省為例，展示了我國電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡的層次框架?？梢钥闯?，我國的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡主要分為3層結構，即核心層、匯聚層和接入層：各省局通過專用光傳輸設備直接連接在高速的國家電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信專網(wǎng)的骨干網(wǎng)絡上，形成核心層；省局通過路由設備、交換設備和光傳輸網(wǎng)絡連接各市局，構成匯聚層；市局通過局域網(wǎng)、電力線載波信道、微波信道等諸多通信方式連接各變電站和發(fā)電廠，構成接入層。0引言長期以來，國內電力系統(tǒng)對蓄電池的維護工作開展得很不理想，一直是電力系統(tǒng)監(jiān)控中的盲點1-2，造成這種現(xiàn)象的原因大致有以下4點：變電站地理位置較為分散，且大都無人值守3；變電站內蓄電池數(shù)量

4、龐大；蓄電池大都是閥控式密閉鉛酸蓄電池，從外表上無法分辨放電能力；人工維護操作困難，成本高，周期長。針對實際問題，本文提出了一種蓄電池集中實時監(jiān)測系統(tǒng)，利用電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)對分散的變電站蓄電池組在線監(jiān)測，能夠及時發(fā)現(xiàn)壞損電池并對其進行遠程維護，保證了電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。1電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡簡介要實現(xiàn)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)需要兩方面的條件4-6：需要一種可靠的蓄電池在線型監(jiān)測與維護設備；需要變電站提供某些形式的通信資源，將設收稿日期：20090610；修回日期：20091023!Developmentofresistivecurrenttesterforhigh-currentZnOarr

5、esterLIUFan1，ZENGHong1，HUCan1，XUAn1，LIUJingmin1，WUGuofeng2，WANGXianwei2（1.SichuanElectricPowerTest&ResearchInstitute，Chengdu610072，China；2.BaodingHengxindaElectricCompanyLimited，Baoding071051，China）Keywords：resistivecurrent；triphasemeasurement；interphasesuppression；電力自動化設備國家網(wǎng)調中心微波中繼信道（備）國家電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)

6、傳輸網(wǎng)絡骨干層省級電力專用光纖信道變電站5調度中心第2級服務器第1級服務器第30卷LAN國家電力網(wǎng)調中心國家電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)骨干層微波中繼信道（備）LAN省電力監(jiān)控中心PDH通信網(wǎng)絡市1電力管理中心其他公共網(wǎng)絡市2電力管理中心第3層交換機SDH通信網(wǎng)絡市3電力管理中心某傳輸網(wǎng)微波信道路由變電站9TCPIP網(wǎng)絡第3級服務器1電力載波信道信道模型1監(jiān)測設備1信道模型2監(jiān)測設備2TCPIP網(wǎng)絡第3級服務器2信道模型3監(jiān)測設備3信道模型4監(jiān)測設備4專用光電力載纖信道波信道變電變電站1站2圖2系統(tǒng)結構簡圖變電變電站3站4變電變電變電站6站7站8Fig.2Structureofmonitoringsys

7、tem圖1國家電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡構成簡圖Fig.1Frameworkofnationalelectricpowertelecommunicationnetwork變電站通信資源分析變電站都有一定的通信資源，但是形式多種多樣，而且不同變電站與集控站的連接形式也有很大區(qū)別?？偨Y起來，變電站通信資源大致有3種情況。a.某些地區(qū)的電力通信網(wǎng)發(fā)展迅速，大部分市局的集控站與變電站之間都已連接了先進的光纖環(huán)網(wǎng)，傳輸數(shù)據(jù)速率很快，主干線路上至少可以達到155Mbits，而且光纖環(huán)網(wǎng)有很強的自愈功能，性能突出且穩(wěn)定。電力部門通過路由器、交換機、服務器等網(wǎng)絡設備，將變電站與集控站建立了以光纖為傳播介質的計算機廣

8、域網(wǎng)，使變電站擁有了計算機網(wǎng)絡通信功能8。b.市級供電局直接管轄的變電站配備有遠動裝置，遠動系統(tǒng)作為SCADA系統(tǒng)的最重要的構成部分，主要負責采集變電站內重要的變壓設備和繼電保護設備的工作狀態(tài)信息，為電力系統(tǒng)的安全調度提供數(shù)據(jù)支持。遠動系統(tǒng)一般保留了一定數(shù)量的通信資源，其中最常見的是RS-232型或RS-485型串行通信接口。c.新建變電站有很多是通過光纖通道直接與集控站連接的，享有自己獨立的2M通道，共計32個64K時隙，絕大多數(shù)變電站都有數(shù)目不一的時隙資源可以利用，只要將自己的信息接在復用器的接口即可，這部分接口大部分都是RS-232型。122.1蓄電池組集中監(jiān)控系統(tǒng)設計機和后臺數(shù)據(jù)服務器

9、2部分構成。數(shù)據(jù)預處理機完成應用協(xié)議的解析、轉換、數(shù)據(jù)分析、報警控制，與后臺數(shù)據(jù)服務器通信等；后臺數(shù)據(jù)服務器主要用來響應接收預處理機的要求存取重要數(shù)據(jù)。由于面向對象的不同，各級服務器的主要任務也有所不同12-13。第1級服務器安裝在國家電網(wǎng)調度中心，其主要任務是通過輪詢方式獲得國內所有第2級服務器的數(shù)據(jù)并匯總。在理論上，第1級服務器可以獲得全國任何變電站的監(jiān)測數(shù)據(jù)。第2級服務器安裝在省局內，主要任務是通過輪詢方式獲得本省內所有市級第3級服務器的數(shù)據(jù)并匯總。在理論上，第2級服務器可以獲得全省任何變電站的監(jiān)測數(shù)據(jù)。第3級服務器安裝在市級供電局內，負責直接從變電站內的蓄電池監(jiān)測設備采集信息并存儲、分

10、析，控制設備動作，管理人機界面，生成報表、圖表等，驅動報警裝置和打印設備，并提供給客戶端和上級服務器所要求瀏覽的數(shù)據(jù)。2.2系統(tǒng)通信方式設計假如變電站與集控站之前存在計算機網(wǎng)絡環(huán)境，并且變電站內有后臺計算機或者站內其他設備正在使用的前置計算機，可以利用這些計算機的串行通信接口連接蓄電池監(jiān)測設備，并將其采集的數(shù)據(jù)通過TCPIP網(wǎng)絡傳送到第3級服務器。通信模式如圖3所示。RJ45RS-232監(jiān)測第3級RJ45前置機TCPIP網(wǎng)絡服務器設備系統(tǒng)結構系統(tǒng)設計如圖2所示，共分為2個部分，信息采集設備和各級服務器9-11。信息采集設備負責監(jiān)控蓄電池組，完成初步的數(shù)據(jù)分析工作，并且可以解釋特定的指令，對蓄電

11、池進行強充電、放電、浮充電、活化、測試內阻、測試電壓電流和溫度等各種動作。各級服務器從不同層次管理信息采集設備。圖3信道模型1Fig.3Communicationchannelmode1第1期鮑慧，等：電力通信網(wǎng)中蓄電池組集中監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)算機，則可以選用串口服務器設備代替，它既可以解析IP數(shù)據(jù)報文，將信息轉化為RS-232制式，也可將RS-232制式的信息封裝成IP數(shù)據(jù)報文，傳送到計算機網(wǎng)絡上。通信模式如圖4所示。RJ45串口RS-232監(jiān)測第3級RJ45TCPIP網(wǎng)絡服務器服務器設備圖4信道模型2Fig.4Communicationchannelmode2何通過路由設備進行通信，還考慮

12、了電力通信專網(wǎng)與因特網(wǎng)的信息接口問題。系統(tǒng)軟件具有強大穩(wěn)定的數(shù)據(jù)處理功能，還能夠靈活適應各種實際的網(wǎng)絡配置。系統(tǒng)軟件主要包括了2個部分，各級服務器軟件和前置機軟件。第3級服務器直接面向監(jiān)測設備，功能復雜精細，其功能構成如圖7所示。各類報表打印驅動查詢查詢響應模塊各類圖表數(shù)據(jù)顯示及操作響應報警器驅動數(shù)據(jù)報警檢查模塊短信報警對于沒有網(wǎng)絡環(huán)境的變電站，可利用的站內資源有3類：采用遠動信道的空閑資源；2M信道的某個64K時隙；載波機的復用接口。除此之外，可以為監(jiān)測設備和第3級服務器配備小型光端機直接為二者搭建高速信息通道。這幾類通信資源都可以抽象為準RS-232信道。通信模式如圖5所示。第3級服務器人

13、機界面設計用戶權限控制模塊核心數(shù)據(jù)庫控制模塊數(shù)據(jù)分析命令解析模塊控制通道實時監(jiān)控模塊數(shù)據(jù)通道圖7第3級服務器功能框接口轉換設備準RS-232信道遠動系統(tǒng)備用信道光纖信道（或其64K時隙）載波機剩余信道接口轉換設備Fig.7Serverfunctionalchartofrank3RS-232監(jiān)測設備圖5信道模型3Fig.5Communicationchannelmode3對于準RS-232信道，其通信接口大多數(shù)情況下是RS-232制式的，也有少數(shù)使用RS-485制式或其他制式，在這種情況下，需要在設備與信道接口之間加上適當?shù)慕涌谶m配器。對于少數(shù)地處偏遠的變電站，既沒有TCPIP環(huán)境，遠動通道資源

14、也比較緊張，可以選擇為蓄電池監(jiān)測設備和第3級服務器配備無線通信模塊，使用成熟的移動通信網(wǎng)絡來傳輸數(shù)據(jù)，尤其是GPRS數(shù)字業(yè)務，可以提供較穩(wěn)定的無線信息通道16-17。這種利用無線信道的通信方式，稱之為信道模型4，如圖6所示。RS-232第3級服務器無線通信設備（TC351等）公共移動通信網(wǎng)絡無線通信設備（TC351等）值得注意的是，上級服務器雖然主要通過TCPIP方式訪問下級服務器，但這并不表明二者之間只有這一種通信方式。市局和省局之間，省局和國家網(wǎng)調中心之間都有備用信息通道，如微波中繼信道、衛(wèi)星信道等，在這些情況下，上級服務器都能夠適應，即能夠以不同的通信方式訪問下級服務器，提高了系統(tǒng)的靈活

15、性。在變電站有前置計算機的情況下，第3級服務器通過TCPIP網(wǎng)絡訪問前置機，蓄電池在線檢測裝置與該計算機通過RS232接口連接。這時前置計算機主要負責將蓄電池組信息接收后送入局域網(wǎng)中，即主要完成數(shù)據(jù)中轉工作。3總結RS-232監(jiān)測設備圖6信道模型4Fig.6Communicationchannelmode4與傳統(tǒng)的人工和半人工的維護方式相比，集中監(jiān)控模式的優(yōu)勢主要有2點：使維護人員在值班室內就能了解到眾多變電站內蓄電池的實際運行情況，節(jié)約了人力資源，提高了電力系統(tǒng)的綜合自動化水平；由于主動報警和遠程操作，使蓄電池的維護工作具有更強的目的性和針對性，大幅提高了工作效率。本系統(tǒng)已經在全國多省份電力

16、部門安裝運行，極大減輕了電力部門維護人員的工作量，提高了系統(tǒng)綜合自動化水平及人員工作效率。參考文獻：1辛耀中.新世紀電網(wǎng)調度自動化技術發(fā)展趨勢J.電網(wǎng)技術，2001，25（2）:1-10.2.3系統(tǒng)軟件設計本系統(tǒng)實現(xiàn)的功能很多，包括網(wǎng)絡化的信息采集、智能數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)庫存儲、人機界面設計、各種圖表、曲線、報表及打印驅動、手機報警驅動等，尤其是網(wǎng)絡化的信息采集方式，系統(tǒng)軟件不僅考慮了實XINYaozhong.Developmenttrendofpowersystemdispatchingtechniquein21st.PowerSystemTech-，（）：1-電力自動化設備2羅海云，陳鋼杰，張

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