1、引言

        我國(guó)配電網(wǎng)自動(dòng)化的建設(shè)發(fā)展比較緩慢，建設(shè)資金短缺，設(shè)備技術(shù)性能落后，事故頻繁發(fā)生，影響了生活和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著電業(yè)的發(fā)展和電力市場(chǎng)的建立，配電網(wǎng)自動(dòng)化的薄弱環(huán)節(jié)顯得越來越突出，形成電力需求與電網(wǎng)設(shè)施不協(xié)調(diào)的局面。電網(wǎng)末端的用電主要表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)混亂、裝備陳舊、自動(dòng)化水平低、維護(hù)工作量大、供電可靠性低等方面。這種情況嚴(yán)重制約了電網(wǎng)末端的樓宇居民用電和大中型企業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。

        2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        隨著計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)、電子技術(shù)為代表的3C技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和電力工業(yè)自動(dòng)化的飛速發(fā)展，為配電自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。該系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù)對(duì)配電網(wǎng)及其設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和管理的綜合系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化、饋線自動(dòng)化、用電自動(dòng)化，以滿足中低壓配電自動(dòng)化的需求，促進(jìn)電力工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展。

        2.1總體體系結(jié)構(gòu)

        該自動(dòng)化系統(tǒng)總體上采用分層分布式體系結(jié)構(gòu)，按照縱向分為遠(yuǎn)程管理層、設(shè)備控制層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層三大部分，如圖1所示。

        圖1總體體系結(jié)構(gòu)圖

        2.2遠(yuǎn)程管理層

        管理層是由四臺(tái)計(jì)算機(jī)和一臺(tái)打印機(jī)組成。其中兩臺(tái)計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，并且互為冗余架構(gòu)，正常情況下主站工作從站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主站狀態(tài)，當(dāng)主站出現(xiàn)故障時(shí)，從站可以迅速切換保證整個(gè)系統(tǒng)更符合電力行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的要求。

        力控FcPower系列軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)配電設(shè)備的“遙控、遙調(diào)、遙信、遙測(cè)”四遙功能，具有友好的人機(jī)界面，操作簡(jiǎn)單快速，配置直觀簡(jiǎn)便。在上位機(jī)上不僅可以看到所有的電參數(shù)(三相電壓、電流、功率、電能等)、線路運(yùn)行參數(shù)、開關(guān)(分合閘)狀態(tài)；而且可以通過上位機(jī)對(duì)各種配電設(shè)備進(jìn)行控制操作，例如：智能斷路器的分合閘操作、整定參數(shù)的設(shè)定修改、電動(dòng)機(jī)的起停、正反轉(zhuǎn)以及速度的設(shè)定修改，操作簡(jiǎn)單快速。各種故障報(bào)警、趨勢(shì)曲線、數(shù)據(jù)報(bào)表，操作記錄能在屏幕上清楚的顯示，減輕了工作人員的工作強(qiáng)度；同時(shí)對(duì)電能質(zhì)量和設(shè)備故障及時(shí)檢測(cè)、分析，使值班人員能在事故初始階段及時(shí)處理，減少電網(wǎng)事故造成的損失，是現(xiàn)代配電自動(dòng)化的最佳選擇。

        考慮到系統(tǒng)安全性，特別單獨(dú)設(shè)立一臺(tái)WEB服務(wù)器，用于遠(yuǎn)程客戶瀏覽?？蛻艨梢酝ㄟ^Internet網(wǎng)絡(luò)直接輸入WEB服務(wù)器IP地址即可隨時(shí)瀏覽到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)畫面、報(bào)表數(shù)據(jù)、趨勢(shì)曲線等。同時(shí)單獨(dú)設(shè)立WEB服務(wù)器也避免了網(wǎng)絡(luò)病毒及黑客對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器的直接攻擊，WEB服務(wù)器可加裝防火墻，并且力控FcPower系列軟件具備用戶授權(quán)機(jī)制，只有具備權(quán)限的用戶才可以登錄到服務(wù)器。

        考慮到電力行業(yè)的特殊性，單獨(dú)配備一臺(tái)事件報(bào)警服務(wù)器，主要用于記錄系統(tǒng)運(yùn)行日志以及系統(tǒng)報(bào)警記錄，可以實(shí)時(shí)聚合來自分布式系統(tǒng)的信息，為系統(tǒng)維護(hù)人員提供全面準(zhǔn)確的系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，并且支持實(shí)時(shí)打印輸出。

        2.3設(shè)備控制層

        設(shè)備控制層主控制器選用西門子S7-400H，并且采用硬件冗余架構(gòu)，這樣設(shè)計(jì)更能符合電力現(xiàn)場(chǎng)對(duì)穩(wěn)定性的要求。S7-400H是一個(gè)容錯(cuò)(冗余)的PLC，它可以明顯地減少停機(jī)生產(chǎn)的危險(xiǎn)。它的容錯(cuò)結(jié)構(gòu)使S7-400H是一個(gè)適用于那些需要盡可能減少或避免MTTR以及故障停機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合的理想的控制器。例如發(fā)電或輸、配電、化學(xué)工業(yè)、采礦、運(yùn)輸?shù)取?/p>

        容錯(cuò)性是通過二個(gè)并行的中央控制器實(shí)現(xiàn)的。它們的CPU通過光纜連接并通過冗余的PROFIBUSDP線路對(duì)冗余的I/O進(jìn)行控制。除了故障CPU和PROFIBUS外，I/O自身可以冗余。當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)進(jìn)行無(wú)擾動(dòng)的切換，即未受影響的熱備控制器將在中斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行控制而不丟失任何信息。

        2.4現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

        現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層主要由智能電能表、電度表、通信模塊和通信線組成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備均可通過以太網(wǎng)方式將數(shù)據(jù)送到設(shè)備控制層的西門子S7-400H。包括三相電流、三相電壓、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)等四遙數(shù)據(jù)。

        2.5工業(yè)以太網(wǎng)

        整個(gè)系統(tǒng)的通信方式采用工業(yè)以太網(wǎng)方式，工業(yè)以太網(wǎng)是為工業(yè)應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)，是一種遵循IEEE802.3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的開放式、多供應(yīng)商、高性能的區(qū)域和單元級(jí)網(wǎng)絡(luò)。西門子工業(yè)以太網(wǎng)按照通信速度分為工業(yè)以太網(wǎng)和快速工業(yè)以太網(wǎng)兩類，通信速度分別為10Mbit/s和100Mbit/s.利用工業(yè)以太網(wǎng)，SIMATICNET提供了一個(gè)無(wú)縫集成到新的多媒體世界的途徑。

        力控FcPower系列軟件為我們提供實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)這一功能的條件，在此軟件平臺(tái)上組建西門子S7-400設(shè)備，在設(shè)備控制層上對(duì)每臺(tái)設(shè)備進(jìn)行了地址編排，可以很清楚的知道設(shè)備的物理地址，方便故障查詢、線路維修。

        3、力控FcPower電力組態(tài)軟件

        力控FcPower系列軟件完美的結(jié)合了通用組態(tài)軟件和電力專業(yè)技術(shù)，是使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)軟件編程技術(shù)開發(fā)的專業(yè)電力系統(tǒng)自動(dòng)化的組態(tài)軟件，適用于變電站綜合自動(dòng)化、電廠電氣監(jiān)控（ECS）、企業(yè)供配電自動(dòng)化、水電站綜合自動(dòng)化及樓宇配電自動(dòng)化等后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。

        系統(tǒng)不僅擁有一個(gè)專業(yè)的、穩(wěn)定可靠的、完善的電力SCADA平臺(tái)(四遙數(shù)據(jù)采集與處理、數(shù)據(jù)的二次實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算、事件報(bào)警實(shí)時(shí)/歷史記錄、專業(yè)報(bào)表、打印管理、監(jiān)控界面、實(shí)時(shí)歷史負(fù)荷曲線/棒圖、用戶權(quán)限管理、電力操作習(xí)慣(遙控、遙調(diào)、復(fù)歸、閉鎖等)、雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)支持等等)，且擁有專業(yè)的實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的定義及表達(dá)工具,支持面向變電站一次間隔(回路)對(duì)象的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)建模。

        系統(tǒng)具有多種獨(dú)立的功能模塊，如保護(hù)設(shè)備定值在線管理、事件報(bào)警管理、電能量實(shí)時(shí)采集管理、錄波數(shù)據(jù)管理、操作票、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)管理、關(guān)系數(shù)據(jù)接口模塊，支持基于EXCEL插件的運(yùn)行、生產(chǎn)報(bào)表等，這些特色將為您定制客戶化的電力監(jiān)控系統(tǒng)提供極大的便利。

        系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及轉(zhuǎn)發(fā)模塊內(nèi)置多種行業(yè)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，如：CDT規(guī)約，DNP3.0規(guī)約，IEC870-5-101/102/103/104規(guī)約，SC1801規(guī)約，Modbus/Jbus（RTU/ASCII/TCP）規(guī)約，部頒多功能電度表規(guī)約、CANBus規(guī)約、LonWorks規(guī)約等，配置操作簡(jiǎn)單。

        力控FcPower系列軟件從系統(tǒng)到設(shè)備層的雙網(wǎng)雙機(jī)冗余設(shè)計(jì)，最大程度上保證了系統(tǒng)的可靠性，面向設(shè)備建模的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，使系統(tǒng)更符合實(shí)際。

        1）模擬量（遙測(cè)），包括功率、電流、電壓、變壓器溫度、系統(tǒng)頻率等，采集支持濾波、量程轉(zhuǎn)換、報(bào)警死區(qū)判別及上下限、上上限、下下限報(bào)警處理。

        2）數(shù)字量（遙信），包括開關(guān)位置、刀閘開合信號(hào)、事故總信號(hào)、變壓器抽頭位置、微機(jī)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)、以及設(shè)備工作狀態(tài)、通道工作狀態(tài)等。采集處理支持?jǐn)?shù)據(jù)變化事件觸發(fā)模式，遙信變位可人工設(shè)置由分到合、由合到分、雙向報(bào)警，以及正常變位操作、事故跳閘等多種方式。

        3）保護(hù)定值，與微機(jī)保護(hù)設(shè)備直接通訊，進(jìn)行保護(hù)定值的在線管理。

        4）遙控遙調(diào)，包括分/合閘，調(diào)節(jié)變壓器分接頭、電容器電抗器投切、機(jī)組投切和出力調(diào)節(jié)等遙控操作有進(jìn)行雙編號(hào)校核、權(quán)限驗(yàn)證、操作閉鎖/恢復(fù)等安全機(jī)制，操作過程分預(yù)操作、校核返回、確認(rèn)執(zhí)行、執(zhí)行結(jié)果返回等。

        在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)容量支持到10000點(diǎn)時(shí)，基本保持以下系統(tǒng)指標(biāo)：

        •系統(tǒng)使用壽命≥10年；

        •系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間：系統(tǒng)MTBF≥30000小時(shí)；

        •遙測(cè)量：遙測(cè)合格率>99.9％；

        •開關(guān)量：遙信正確率>99.9％；

        •遙控、遙調(diào)正確率為100％；

        •CPU負(fù)載：正常情況下負(fù)荷率≤15%（任意5分鐘內(nèi)平均）；事故情況下負(fù)荷率≤35%（任意1分鐘內(nèi)平均）；

        •遙信變化送到主站≤1.5秒；

        •遙測(cè)量送到主站≤1.5秒；

        •遙控命令≤1.5秒；

        •畫面調(diào)用時(shí)間≤1秒；

        •畫面刷新周期：≤1秒；

        •SOE分辨率：1ms

        4、結(jié)束語(yǔ)

        目前，智能化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化已成為配電系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，力控FcPower系列軟件的應(yīng)用，具有很強(qiáng)的通用性和靈活性以及較低的成本，可以大大提高故障診斷率，降低維護(hù)成本，便于管理，應(yīng)用前景十分廣闊。