电能管理系统

　　电力能源管理系统 安科瑞鲍静君

　　电力能源管理系统软件借助了计算机、通信设备、计量保护装置等，为系统的实时数据采集、开关状态检测及远程控制提供了基础平台。该电力监控系统可以为企业提供“监控一体化”的整体解决方案，主要包括实时历史数据库AcrSpace、工业自动化组态软件AcrControl、电力自动化软件AcrNetPower、“软”控制策略软件AcrStrategy、通信网关服务器AcrFieldComm、OPC产品、Web门户工具等，可以广泛地应用于企业信息化、DCS系统、PLC系统、SCADA系统。

　　目前，供配电产业的发展及可靠性对国民经济的发展起着举足轻重的作用，全国各地工程项目、标志性建筑/大型公共设施等大面积多变电所用户的急剧增加，对供配电系统的可靠性、安全性、实时性、易用性、兼容性及缩小故障影响范围提出了更高的要求。

　　下面以安科瑞电气Acrel-2000电力能源管理系统为例，介绍智能电力能源管理系统的功能及应用。

　　系统结构

　　Acrel-2000电力能源管理系统是基于10kV及以下变配电系统的监测与管理，该系统由管理层(站控层)、通信层(中间层)、间隔层(现场监控层)三部分组成，见下图。

　　功能

　　友好的人机交互界面(HMI)

　　标准的变配电系统具有CAD一次单线图显示中、低压配电网络的接线情况;庞大的系统具有多画面切换及画面导航的功能;分散的配电系统具有空间地理平面的系统主画面。主画面可直观显示各回路的运行状态，并具有回路带电、非带电及故障着色的功能。主要电参量直接显示于人机交互界面并实时刷新。

　　用户管理

　　Acrel-2000电力能源管理系统可对不同级别的用户赋予不同权限，从而保证系统在运行过程中的安全性和可靠性。如对某重要回路的合/分闸操作，需操作员级用户输入操作口令外，还需工程师级用户输入确认口令后方可完成该操作。

　　数据采集处理

　　Acrel-2000电力能源管理系统可实时和定时采集现场设备的各电参量及开关量状态(包括三相电压、电流、功率、功率因数、频率、电能、温度、开关位置、设备运行状态等)，将采集到的数据或直接显示、或通过统计计算生成新的直观的数据信息再显示(总系统功率、负荷较大值、功率因数上下限等)，并对重要的信息量进行数据库存储。

　　趋势曲线分析

　　Acrel-2000电力能源管理系统提供了实时曲线和历史趋势两种曲线分析界面，通过调用相关回路实时曲线界面分析该回路当前的负荷运行状况。如通过调用某配出回路的实时曲线可分析该回路的电气设备所引起的信号波动情况。系统的历史趋势即系统对所有已存储数据均可查看其历史趋势，方便工程人员对监测的配电网络进行质量分析。

　　报表管理

　　Acrel-2000电力能源管理系统具有标准的电能报表格式并可根据用户需求设计符合其需要的报表格式，系统可自动统计。可自动生成各种类型的实时运行报表、历史报表、事件故障及告警记录报表、操作记录报表等，可以查询和打印系统记录的所有数据值，自动生成电能的日、月、季、年度报表，根据复费率的时段及费率的设定值生成电能的费率报表，查询打印的起点、间隔等参数可自行设置;系统设计还可根据用户需求量身定制满足不同要求的报表输出功能。

　　事件记录和故障报警

　　Acrel-2000电力能源管理系统对所有用户操作、开关变位、参量越限及其它用户实际需求的事件均具有详细的记录功能，包括事件发生的时间位置，当前值班人员事件是否确认等信息，对开关变位、参量越限等信息还具有声音报警功能，同时自动对运行设备发送控制指令或提示值班人员*排除故障。

　　五遥功能

　　Acrel-200电力能源管理系统不仅能实现常规的“遥信”、“遥控”、“遥测”、“遥调”功能，还可以实现“遥设”功能。

　　遥信：实时对开关运行状态、保护工作等开关量进行监视。计算机实时显示和自动报警。

　　遥控：通过计算机屏幕选择相应的站号、开关号、合/分闸等信息，并在屏幕上将选择的开关状态反馈出来，确认后执行，实时记录操作时间、类型、合开关号等。

　　遥测：通过计算机实时对系统电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、**限报警、频率进行不断地采集、分析、处理、记录、显示曲线、棒图，自动生成报表。

　　遥调：用于有载变压器的调压升/降。

　　遥设：用于远方修改分散继电保护装置的定值、控制字;以及调整各种仪表的工作状态。

　　Acrel-2000电力能源管理系统的性能指标

     软件画面

　　主接线图画面

　　电压、电流波形计数值显示界面，以及棒图、饼图的显示。

　　对某个用电单位的不同用电设备进行实时的报表查询和显示，并可以打印输出。

　　运行事件记录查询及打印输出

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，较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较终报表。

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，较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*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。