计算机技术在智能配电系统中的应用

杨炜 施京

摘要：对传统配电系统存在的不足做出分析的基础上，提出了智能配电系统的设想，并利用计算机控制技术结合通信技术，给出了一种智能配电系统设计的应用实例，能够给相关企事业单位采用计算机控制技术和通信技术实现配电系统的智能控制管理提供参考。

关键词：计算机；通信；控制技术；智能；配电系统；管理应用

中图分类号：TP393文献标志码：A文章编号：1008-1739（2019）13-59-4

0引言

当今社会，随着企事业规模的不断发展壮大，大多企事业单位都配备有独立的配电系统，配电系统对单位保持正常运转的重要性日渐突显，对配电系统实施智能管理的需求也不断加强。对单位配电系统实现智能控制，不仅能够提高企事业的整体运行效益，同时也能在一定程度上保证配电系统能高效稳定地运行。

随着计算机技术的不断发展，其应用范围也越来越广泛。通信技术的迅猛发展，有力地拓展了计算机技术的应用范围。通过应用计算机控制技术和通信技术，实现智能配电系统，也是许多企事业单位着手实现的目标。计算机控制技术和通信技术的应用可以提高配电系统的智能化程度，从而提高配电系统的运行效率、管理效率、安全可靠性和故障报警速度，同时还可以减少人员投入，进一步提高企事业单位的经济效益，促进我国社会经济的飞速发展。

1配电系统现状分析

企事业单位的配电系统主要由低压配电室和高压配电室组成。传统的配电系统主要存在以下缺点：①系统独立存在，不同厂家的监控设备无法实现互联互通，运维困难；②配电房分布广、布线通信困难，加之改造建设成本高等因素导致数据无法上传，难以实现实时监控，监测的数据也不全；③日常巡检基本上依靠人工记录数据，没有实现数字化，缺少有效的监管手段和措施；④日常的巡检维护业务需要投入大量的人力物力，维护成本高；⑤历史数据缺少信息化的管理手段，无法进行快速统计、分析；⑥系统出现故障时缺少智能预警，往往会导致事后抢修问题的查找和处理速度慢，很可能会错过设备故障发生时的最佳检修时机，而且有可能造成严重的不良后果。

计算机控制技术以及通信技术比较落后，加之要采用相应的技术解决上述問题还存在技术上的不够成熟、技术实现难度大和所需成本高等困难，而随着计算机技术和通信技术的不断发展，在技术实现上已经不存在什么瓶颈，同时实现智能化监控所需的成本也已经大幅下降，从技术实现到成本支出都已在可控范围内。在这种预期下，实现配电系统智能化的需求也越来越迫切。

2智能配电系统的实现

智能配电系统是以一次网架和设备为基础，综合利用计算机、信息及通信技术，并通过与相关应用系统的信息集成而组成的配电自动化系统[1-2]。利用计算机和通信技术实现对配电系统的监测、控制和管理，实现快速故障隔离，有效提高供电可靠性。

与传统配电系统相比，智能配电系统通过增加信息采集设备和监控管理设备，实现对传统配电系统主要设备信息的采集、显示，并能够利用采集到的信息进行汇总并分析处理，实时得到配电主要设备的工作状态、运行状态和故障状态等信息，及时做出告警提示，实现信息之间的互联互通，解决信息孤岛问题；实现关键和敏感数据的自动保存和记录，可以随时查看过往信息，并进行有效监管；通过监控系统的维护管理，可以减少人力物力的投入，并且使信息的维护方便，同时也减少了维护成本；由于信息实现了实时采集，在设备出现故障时能够实现实时告警，便于组织人员实时抢修，提高了维修效率。总而言之，智能配电系统可以很好地解决传统配电系统存在的问题。在建设之初，智能配电系统由于需要实现信息采集和监控管理功能，需要增加一些设备，可能会增加一些投入，但后续的运行维护和系统升级，将会大大提高效率并节省成本。

智能配电系统的实现主要应该解决配电系统各部位信息采集、信息传输和信息汇总后的综合分析处理和监控维护问题。本文设计的一种智能配电系统由配电系统设备、信息采集分系统、通信传输分系统和监控中心组成，如图1所示。

监控中心是智能配电系统中的核心，配电系统的智能性主要在监控中心体现。同时，监控中心也是计算机相关技术，包括计算机控制技术、图形化显示技术和信息统计分析技术等得到充分应用的主要场所。信息采集分系统是实现配电系统智能性的关键所在，监控中心所有的统计分析计算都基于采集到的数据。而通信传输分系统则是通信技术应用的场所，也是监控中心与信息采集分系统之间连接的桥梁和纽带。

2.1信息采集分系统

智能配电系统主要涉及配电站运行环境、电源状态和雷电防护等方面的数据采集，首先要明确好采集设备与配电设备之间的控制接口和数据交互规约，按照约定的格式，定时或者按约定采集到关键数据并转发出去。

配电站运行环境的信息采集主要包括温湿度监测、空间火情监测、水位监测和SF6浓度监测。通过温湿度传感器接入采集温湿度监测信息，通过烟感探测器的接入获取空间火情监测信息；通过多路独立水位传感器接入获取水位监测信息；通过多路SF6报警器接入获取SF6监测信息。

电源状态的信息采集主要包括照明电源、双电源、UPS电源、馈线电流、母排温度、DTU电源和变压器温度等相关信息的采集。通过光电压互感器、光电流互感器等接入，实现电压、电流、有功功率和无功功率等配电参数采集；通过剩余电流互感器接入，实现配电漏洞实时监测信息的采集。

雷电防护的信息采集主要包括泄漏微电流信号、雷击次数、热脱扣状态和后备保护状态等相关信息。

2.2通信传输分系统

通信传输分系统的主要任务是将前端信息采集分系统采集的信息及时传送给系统监控中心。这部分涉及到计算机网络和通信技术的应用，通信网络的性能是影响配电系统智能化的重要因素。要实现计算机智能控制，首先要完成采集源到系统监控中心的信息传输。在数据传输方面，主要是利用无线和有线传输，其功能实现可以使用到几种通信技术中的一种或者组合。

可用于配电系统中的通信技术主要有以太网无源光网络技术、无线专网通信技术和配电线路载波通信技术。从通信的介质来划分，分为有线和无线两大类。

以太网无源光网络技术（EPON），具有成本低、带宽宽、扩展性强和兼容性好等优点，适用于智能配电系统的通信系统组网[3]。无线专网通信技术主要包括WiFi，ZigBee等。其中，WiFi具有组网简单的优势，并且不需要布线，方便工程实现。ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率和低成本的双向无线通信技术，适用于工业监控系统[4]。配电线载波通信技术主要是利用10 kV配电线路作为数据传输通道，采用FSK与FM技术进行调制，利用DSP数字信号处理技术和集成技术，实现数话同传[5]。但是实现成本较高，相对而言不太适用。

具体在选择通信系统时，需要通过对通信介质、通信技术的对比分析，结合通信系统的可靠性、实时性和安全性性能需求，从接入方式、承载模式和组网方式等方面，结合规模、成本和便利性等考虑，选择适合配电系统智能化的通信系统。

考虑企事业单位的配电系统规模一般不大，数据通信量也不是很大，利用有线模式通过通信网关和利用无线专网通信的模式普遍使用较多。但考虑到配电系统所处的高压环境较多，采用有线方式采集数据存在易受干扰和安装不便的问题[6]，所以ZigBee无线通信的模式通常被用于智能配电系统中的通信传输。

2.3监控中心

监控中心主要实现对配电系统各主要组成设备工作状态和运行状态的监测、控制和管理任务。监控中心主要由多台计算机/工作站、网络交换机/路由器、服务器和打印机组成。服务器可以实现高速计算和数据保存，并且可以通过局域网、动态IP广域网、GPRS无线广域网和VPN虚拟专网等联网方式，与其他智能配电系统或控制中心进行信息交互。

配电系统中的智能控制主要是指通过对配电系统各组成部分实现信息的自动采集，并将采集的信息通过通信设备传输到系统监控中心，然后进行统计分析和显示，进而使其能够实现系统运行状态的各种自动检测以及设备远端遥控等方面的功能。对于计算机技术在配电系统当中的应用来说，其主要体现在信息的自动采集、分析判断、存储、显示、告警及智能控制等方面。

在配电系统的智能控制过程中，核心内容主要根据计算机作为基础的智能核心控制系统，另外还包括与信息采集以及传输等方面系统，同时也包括数据的处理系统以及输出系统等方面的内容。在智能配电系统的监控中心，不仅能够更好地实现采集数据的分析处理显示，也能够利用原始记录的积累，以及相关的统计分析算法，對配电网运行状态以及负荷等方面的情况做出全面的检测以及调控，从而有效保障配电系统高效稳定地运行。

监控管理功能是智能配电系统的核心功能，主要包括运行环境监测、电源状态监测、雷电防护监测和系统维护管理等功能。其中涉及的计算机、信息和通信技术有数据采集、处理显示、自动报警、智能控制、人机交互和远程通信等，主要功能示意如图2所示。

系统维护管理功能主要包括人机交互管理、定时通知管理、远程通信管理和短信报警管理等功能。系统的相关信息可以通过计算机网络发送给远程的更大系统监控中心，或者直接发送到相关负责人员的手机等设备。这样即使监控人员不在现场，也可以在第一时间掌握重要的信息并及时进行处置。系统监控和维护管理软件界面示意图如图3所示。

系统监控软件对主要状态的监测设计功能按钮，用户选择不同的功能按钮时，可以详细地显示连接设备的工作状态参数。当通信分系统工作正常时“通信”指示灯显示为绿色，有数据交换时绿色可以配置成闪烁显示，当与下面采集设备连接异常时，显示为红色。报警指示灯的显示分为红色（报警）、黄色（异常）和绿色（无报警）3种状态。当处于报警状态时，指示灯下面的状态条以红色闪烁显示，也可以发出声音告警。

统计分析功能包括日报、周报、月报和年报等功能，并且可以提供用户定制多种模板自行设计报表，统计分析结果可以打印输出；联控管理功能支持用户自定义联动控制机制，通过控制变量的全程选择以及包括运算符、逻辑符和函数等的语义分析，形成强大的控制策略，完成任意系统之间的联动控制，包括报警输出模式、定时器模式、组合模式和命令模式等闭环控制方式，也支持手动远程控制方式。

窗口下部的报警事件显示区，显示报警事件信息，一般包含报警日期、时刻、故障设备、报警类型和可能原因等内容。这部分以列表框形式显示，可以显示多条记录，最新的记录显示在最上面。报警事件将会自动保存到计算机中，通过选择“事件查询”，可以查看历史记录，也可以打印输出，便于对比。

窗口右侧显示的是各重要状态的运行情况，默认显示为绿色时表明设备运行正常，显示红色时，表示设备故障，显示灰色时，表示设备没有连接或不在线。这部分可以根据用户配置选择显示不同的状态和颜色，显示的状态数量和内容也可以根据实际需要增加。

3结束语

综上所述，使用计算机控制技术和通信技术来实现配电系统的智能化应用，在技术上已经比较成熟可行。本文介绍了一种智能配电系统的设计方法和思路，在此基础上，还可以进一步加强计算机智能控制技术、数据采集技术和大数据统计分析技术的研究，对配电系统和用电设备进行用能分析和能效管理，减少运维人员分析响应时间，实现快速故障分析、定位和排除问题，不断提升配电系统的运行效率和故障预警能力。此外，还可以开发出智能配电系统监控软件的手机APP应用，通过计算机网络和移动4G/5G网络，将应用拓展到手机上，更方便地监控管理，进一步提高智能化监控水平。

参考文献

[1]宣科，栗大维，王立靖.基于IEC61850的配电自动化系统信息交互技术[J].电气自动化，2018，40（1）：26-29，73.

[2]黄秀丽，马媛媛，费稼轩，等.配电自动化系统信息安全防护设计[J].供用电，2018，35（3）：47-51.

[3]陆广兴.配电自动化中的数据通信系统探究[J].信息通信， 2016（3）：239-240.

[4]张平，康桂霞，田辉.甚低功耗无线通信技术———ZigBee[J].中兴通讯技术，2006，12（4）：21-25.

[5]王加林.配电自动化中的数据通信系统应用分析[J].通讯世界，2017（16）：194-195.

[6]熊丽辉，陈昶，魏敏.配电站在线监测监控系统的设计[J].自动化与仪器仪表，2018（2）：111-113，116.