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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。
电力监控软件在上海核工院智能配电系统中的应用 安科瑞鲍静君
0 引言
当前，很多建筑配电仍普遍采用干式变电器配以低压电缆分接箱实现分散供电，给整个系统的运行管理带来了很多的不便。计算机技术和网络通信技术的日趋成熟，配电系统测量、控制等功能智能化、网络化是发展的必然趋势，配电系统运行中的各种问题可以通过微机解决。
智能化配电系统由开关配以具有通信功能的智能化元件，经数字通信与计算机系统网络连接，实现对分散分布的低压电缆分接箱内开关设备运行进行自动化管理。系统可实现数据的实时采集、数字通信、远程操作与程序控制及设备维护信息管理等功能。
1 项目概况
上海核工程研究设计院是隶属于中国核工业集团公司的研究设计单位,该院新建大楼系统分为配电室和楼层部分，配电室高压部分采用ACR330ELH采集谐波数据，WHD72采集温湿度数据;低压进线侧采用ACR320ELH采集谐波、功率因数等数据， ACR220EK网络电力仪表采集测量电流，开关状态由辅助触点接入ACR220EK仪表的DI(开关量输入)接口。楼层部分由ACR220E采集电能数据。所有电参量数据由仪表的通讯接口经RS-485总线传给上位机，实现遥测、遥控和遥信功能。
2 系统拓扑结构
上海核工院电力监控系统的拓扑结构如图1。系统多采用分布式结构，按功能或区域进行划分，模块化设计。整个系统一般分为三层，即现场层、中间层、主控层。
图1 系统拓扑结构图
现场层主要任务是将现场的各种配电系统的运行参数进行采集和测量，并将采集和测量的各种数据传输给监控系统。其主要设备是：ACR330ELH、ACR320ELH谐波表，WHD72D温湿度仪表、 ACR220EK网络电力仪表，装设在现场的电缆分接箱内。上述设备均相互独立完成各自的功能，不依赖主控计算机运行，所有仪表都具备RS-485 通信接口，通过现场的RS-485总线将检测到的各项电参数和状态信号实时传输到中间层的数据处理单元。
中间层位于现场层与主控层之间，由光电隔离器、串口服务器构成，现场485总线通过光电隔离器串口服务器与交换机相连，完成现场层设备与主控计算机之间的网络通信联接、数据交换。
主控层位于中控室或值班室，配置高性能、高可靠性工业级计算机、UPS不间断电源、打印机、报警装置等。Acrel-3000电力监控软件安装在主控计算机上，通过软件的人机界面和各种管理功能实现对整个配电系统的实时监控。
上海核工院新建楼层监控中心位于1层消控室，配电室位于地下2层车库，距离不**过1200米，直接通过铺设RS-485总线进行通讯即可，考虑到现场地理位置及走线方便合理等问题，采用8路RS-485网络可将所有配电室监控点覆盖;楼层部分考虑到走线方便问题，采用3路RS-485网络，通过竖井、吊顶拉到消控室。
3 Acrel-3000电力监控组态软件解决方案
Acrel-3000电力监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的**软件，较大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常*地实现和完成监控层的各项功能，比如在分布式网络应用中，所有应用(例如趋势曲线、报警等)对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同，通过“组态”的方式可以缩短自动化工程师的系统集成的时间，提高集成效率。
该系统实施后，实现了各类用电设备的电能报表，各用电回路的实时电参量遥测，重要回路的电能质量(含谐波)分析，以及重要回路的负荷用电趋势等功能，图表分别见图2、图3、图4。
图2 实时电参量远程抄表
图3 重要回路谐波参数及棒图
图4 重要回路谐波参数及棒图
4 结束语
在电力监控系统中配置网络电力仪表，具有实施简明，投资少等显着优点，可以方便和实时地监控配电系统的运行状态，对现场的用电设备进行统一管理，免去工作人员到现场记录的繁琐工作，系统对各种用电设备的历史运行数据和状态进行管理分析，便于维护人员明确设备状况，制定详细的设备维护计划，减少工作人员，提率。同时，根据建立的电能计量体系，可以了解、分析建筑总体能耗，提出降耗计划，采取节能降耗措施，逐步提高用电效率。
参考文献：
[1] 《电力电测数字仪表原理与应用指南》 任致程，周中，中国电力出版社
[2] 《变配电所计算机监控系统工程实例》 黄阳，智能建筑电气技术，2006年7月5卷3期。