分布式电力监控系统在包钢供电厂的应用

初家祥 江 杰

（内蒙古科技大学信息学院，呼和浩特 014010）

“十二五”时期，包钢将进入再创业的历史新阶段。伴随着产能的提升，发电量、用电量、用电范围都将发生巨大的变化。而电力网络是一个庞大而复杂的系统，涉及包钢生产的方方面面，任何微小的事故都可能造成大的生产波动。其中应用信息化手段保证电网安全可靠运行又是供电厂日常生产管理工作的重中之重。

多年来包钢供电厂在工业用户电力监控领域进行了深入的探索，借鉴国内外电力监控系统的发展和应用[1-5]，目前已经形成了完善的全厂级电力监控系统。基于此系统调度运行人员可以随时掌握电力设备的运行工况，及时完成调度操作，并针对电网进行更高层次的运行分析计算以辅助决策。

该系统同时为能源管理中心提供第一手电气数据，大大节省能源管理中心建设成本，加快能源管理中心建设进度。

1 系统组成结构

包钢供电厂电力监控系统具有分层、分布式特征，系统整体由站控层、集控层、调度层三个层次组成。

图1 包钢供电厂电力监控系统结构图

站控层主要是各变电站综合自动化系统，通过保护测控一体化化单元、现场总线网络、通信网关及后台监控系统构成。目前实现了电力监控的厂站包括1座220kV变电站，10座110kV变电站，38座10kV变配电站。

集控层则以生产业务为主要核心进行功能划分，若干个变配电站划分为一个集控中心，实现统一运行监控和管理。集控中心接入了所管辖范围内变配电站的信息。集控层的设立可以大大减少现场变配电站值班人员，实现减员增效。包钢供电厂目前设立了3个集控中心。

调度层从各变电站直接获取数据，构成对全厂电力系统的集成集控系统，实现统一调度监控、运行分析和辅助决策功能。

从站控层到集控层和调度层都通过覆盖全厂的光纤通信系统实现高速数据通信，并采用统一的网管系统对各节点通信设备进行集中监视。

变电站综合自动化系统使用最多的是上海申瑞继保电气有限公司的DEP-4000N系统，其他的包括南自、北京四方、南瑞继保的变电站综合自动化产品。

集控和调度都采用上海申瑞的 Super2000调度自动化系统。

通信设备和网管系统都选用了CISCO的产品。

2 系统功能

2.1 数据采集和处理

1）电网运行参数采集，包括三相电压、三相电流、有功、无功、功率因素、电度量、开关刀闸位置、保护事件等数据采集。

2）数据采样，根据不同时间间隔设定把实时数据保存到数据库。

3）数据处理，包括统计处理、越限处理、公式计算等。

2.2 运行监视

1）对电网运行参数进行限值监视，越限告警。

2）对系统运行工况进行监视，异常告警。

3）告警支持文本输出提示、自动打印、推出画面、关键图形闪烁定位、音响、发送短消息等多种模式。

4）通过各种组态画面对运行工况进行在线监视。支持各种动态图元，可根据工况及限值设定实现变色、闪速、显隐、移动等动画效果提示调度员。

图2 调度监视画面

2.3 远程控制

1）变配电站开关、闸刀分合远程控制。

2）主变分接头调节。

3）顺序控制、负荷控制、自动电压无功控制等高级控制功能。

2.4 历史事件、数据分析和报表

1）历史事件查询。

2）历史负荷曲线查看和统计查询。

3）基于EXCEL的报表制作功能。

4）报表自动生成和打印。

2.5 WEB和信息接口功能

1）基于物理隔离的实时数据同步功能。内网实时数据通过物理隔离设备动态同步到外网的 WEB服务器上。

2）外网用户可通过浏览器查看历史报表，运行组态画面等。

3）同时WEB服务器也提供数据接口功能，向能源管理系统提供电气设备运行工况信息。

2.6 高级应用功能

1）电网建模，支持基于IEC61970的CIM模型，通过电网设备对象方式建模，支持图形化建模。

2）电网拓扑分析，对原始电网做动态拓扑分析，生成面向节点支路的电路模型，同时实现电气岛划分，带电、不带电、接地分析，拓扑着色等。

3）状态估计，基于测量数据和电网拓扑模型实现电网运行状态估计，计算出全网实时潮流，实现坏数据辨识、数据校正功能。

4）调度员潮流，基于电网结构图获取当前运行断面，进行模拟操作，改变运行方式后计算电网潮流分布以进行安全性校验。

5）负荷预测，基于历史负荷数据、气象模型、节假日模型、检修计划等多种影响因素进行短期负荷预测。

6）电压无功优化，根据电压质量指标对电容器进行自动投切，主变分接头进行自动调节以优化电网电压水平。

3 电力监控系统的技术特点

除了常规的 SCADA功能外，电力监控系统在集控和调度端实现了一系列创新应用。

1）顺序控制。系统实现了基于五防闭锁的顺序控制功能，在调度操作界面上通过一个按钮即可实现多步骤电气设备远方操作。比如某条回路由运行转备用，涉及到开关、隔离刀闸、接地刀闸的多个设备的分、合操作。此功能可大大提高调度操作效率，减少事故发生概率。

2）负荷控制。在紧急情况下可按照预先设定的控制策略进行紧急负荷控制，自动切除多个不重要回路的供电以保障重要负荷供电。系统会根据要切除的负荷量进行限荷回路匹配，并自动执行限荷操作。

3）智能告警。通过信息分类和专家规则库匹配海量告警信息，从中筛选出对调度员最有用的信息进行告警和提示，提高调度员决策速度和精度。

4）调度可视化。通过二维、三维图形渲染的方式实现调度运行指标的可视化呈现。可以使调度员很直观了解电网运行工况。例如通过“生命线”功能实现设备负载率监视。该功能根据设备负载率对一个矩形图元进行动态填充，并在越限时变色，调度员可直观判断设备的负载严重等级以采取进一步措施。

4 通信架构

4.1 站控层

站内设备包括微机保护测控单元、直流屏、消谐、五防闭锁等设备。微机保护测控单元大多具备以太网接口。其他IED设备一般具有RS-232或者RS-485接口。

各变配电站通信网关承担着站内信息集成和远方信息转发的职责。通信网关具备多个RS-232/485和以太网接口，可直接接入各种保护测控设备和IED设备，进行信息汇总和转发。

微机保护测控单元通信规约为各厂家自有规约，基本是IEC60870-5-103规约的变种。而各IED设备常规采用MODBUS或者CDT规约。

4.2 集控层

集控层是一个小型的 SCADA系统，也具有前置机节点，前置系统通过光纤以太网和站控层的通信网关通信。而集控层的各计算机节点如服务器、前置机、调度工作站等则通过本地局域进行通信，采用 SCADA供应商内部通信协议。如包钢供电厂选用了上海申瑞继保电气有限公司的 Super2000 SCADA/EMS系统，集控层内部通信为其SPBus软总线通信协议。

4.3 调度层

调度层是规模更大的 SCADA系统，一般采取双网结构。和集控层一样，调度层前置机和各站控层通信网关通过IEC60870-5-104协议进行通信。比较特殊的是由于包钢供电厂通信网络建设比较完善，因此采用了变电站直接和集控、调度通信的模式，而没有采取集控转发调度的方式。这样集控和调度相互解耦，可大大增加系统运行的稳定可靠性。

5 结论

本文介绍了包钢供电厂电力监控系统的总体构成、功能和创新应用。

放眼未来的发展，基于本系统还可以扩充调度员培训仿真系统，并和实时电力监控系统紧密结合，为调度员行人员提供教学培训和考核工具。

包钢供电厂电力监控系统建设过程历经 10多年，系统的建设基于统一规划、分布实施、逐步完善的理念。至今电力监控系统已经完整实施了SCADA和基本高级应用功能。电力监控系统在供电厂日常生产运行中已经起着不可替代的作用。

包钢供电厂电力监控系统的成功实施为冶金行业及其他工矿企业电力监控提供了良好的工程应用范例。

可以预见，在“十二五”包钢再创业的新阶段，包钢供电厂电力监控系统也将进一步发挥其强大的安全保障作用。

[1]张玉庆,孙彦广.钢铁企业智能电力系统功能与运行架构研究[J].冶金自动化,2011(3):8-13.

[2]史丽萍 王利华.基于InTouch和MODBUS协议的电力监控系统[J].可编程控制器与工厂自动化(PLC FA),2011(6):55-57.

[3]郭丹春.工厂变电站电力监控系统的应用[J].电工技术,2010(8):9-10.

[4]张惠梅. 基于FIX平台的电力监控系统应用[J].山东冶金,2010(4):61-62.

[5]高彩玲,酒钢发.配电网系统的现状及发展方向[J].甘肃冶金,2008(5):51-54.