基于精简TCP/IP的智能配电网信息平台的研究

张晓博，马 媛，康丽杰， 李雅丽

(石家庄信息工程职业学院通信工程系，河北石家庄050035)

基于精简TCP/IP的智能配电网信息平台的研究

张晓博，马 媛，康丽杰， 李雅丽

(石家庄信息工程职业学院通信工程系，河北石家庄050035)

数据的采集及有效分析是配电网生产运行、调度管理的必要环节。为了给客户提供优质的电力服务，就需要采用先进的技术来完成数据采集和数据管理工作。SCADA和GIS是配电管理的两个子系统。分析了两个系统的功能，利用最新的电力电子技术建立了一个集两个系统为一体的，以精简的TCP/IP协议为支撑的配电网信息管理平台，实现了配电网的智能化管理。

配电网监测；信息平台；精简TCP/IP；智能化管理

配电网是电力系统的重要组成部分。为了进一步提高供电的可靠性，提高电能质量和供配电的经济效益，对配电网进行智能化的管理是国家电网公司提出的战略构想。

智能化配电网即通过先进的计算机技术、数字控制技术和通信技术，实现对电网运行的全面、高效、精确的掌控，从而保证电网的安全可靠运行[1]。

智能化配电网的核心是系统的“自愈”功能，可以预知系统的事故并作出相应的操作，以避免系统的连锁故障，从根本上提高系统的稳定性。

配电网智能化的前提是各种信息的可靠获取，而配电网实时数据采集和监控 (supervisory control and data acquisition, SCADA)系统是实现对配电网的监视与控制功能以及获得配电网实时运行状况的基本手段，其基本功能包括：数据采集、远程监控、数据处理、人机界面、故障提示与报警、事件顺序记录、状态估计、实时与历史数据库维护、统计分析、图表报表生成等[2]。地理信息系统(geographic information system,GIS)是一种特定的，重要的空间信息系统，它是在计算机软、硬件系统支持下，对整个或部分地球表面(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、存储、管理、处理检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用平台，它是测绘、遥感、计算机、应用数学以及各种应用科学地有机结合[2]。

利用SCADA和GIS相结合，构建配电网的智能化管理平台，具有重要的意义。

1 智能配电网系统方案设计

智能化的配电网信息管理是一个多学科，复杂性较高的智能信息表示及控制系统，它结合了计算机、通讯、电气控制等多种技术，本设计利用GIS及SCADA等成熟技术，结合数据通信方式的改善，形成了一套完整的利用地理信息和配电网采集数据为基础的配电网网络管理平台，从而解决了电力系统中生产效率低下和不规范的问题，可以提高配电管理水平，为配电网自动化的实施打下了良好的基础。

智能配电网信息管理系统应该具备以下功能：

(1)利用SCADA系统对配电网运行数据进行有效的采集，通过一定的通信方式将信息传输至上位机，结合GIS系统实现配电网运行数据的实时显示，并通过遥信、遥测等方式，实现实时监控及电力质量分析；

(2)上位机应具备完善的数据管理功能，由于系统引入了GIS技术，使得系统数据具有了一定的丰富性，因此，上位机应具备数据的各种管理功能，如简单方便的输入及录入功能、准确及时的数据处理和自动控制功能、灵活多样的统计分析及辅助决策功能等；

(3)丰富的用户侧信息管理和权限管理。

结合以上的功能，整个系统的功能模块如图1所示。

在上图所示的信息管理平台上位机程序中，需要提供的功能如图2所示。

图1 系统功能模块

图2 上位机功能模块

2 SCADA和GIS相结合方式的分析与设计

SCADA是用于数据采集和监控的自动化管理系统，在配电网的设备运行数据的采集方面有着不可替代的作用。但是，要想对配电网的运行过程进行全面、实时的监控，并为配电网的运行、调度和管理提供必要的参考，其技术上也有一定的缺陷。

SCADA的缺陷之一就是在空间数据处理方面无法很好地表达，而对于复杂的电力系统来说，良好的空间表达能力是对现场情况充分了解并做出正确决策的前提，因此，采用一定的技术手段对SCADA进行改进是必要的。

GIS技术具有强大的空间数据采集、处理、分析以及可视化功能，完全可以与SCADA系统形成技术互补，从而形成一个集SCADA数据采集和实时管理的优点，以及GIS处理复杂空间数据的能力于一体的良好的配电网信息管理系统。

在本设计中，SCADA与GIS的结合方式采用数据库融合的方式。将SCADA与GIS系统中的数据在系统的SCADA自动化主站层进行数据融合，形成一个既包含实时数据又包含空间数据的实时更新数据库。这个数据库中表示每一个结点的数据以GIS系统中的多维表达方式来表示，提高了结点定位的准确性。

而GIS系统中的图像等信息则直接连入上位机数据库中，形成图形图像视频显示数据库。

3 系统通信设计

SCADA与其他系统的通信接口可以采用多种方式，例如OPC方式、DDE方式及XML方式。但不管是那种方式，传统的SCADA通信都具有一定的缺点，例如，协议的灵活性差，稳定性差等。因此，要想形成稳定、可靠的电力数据的传输，那么，SCADA与其他系统之间的通信是设计的重点。

本设计采用的是XML数据接口方式。由于XML是一种可移植性强、与平台无关的且可以直接读取的数据格式，所以具有很强的适应性和灵活性，可以有效地对来自于SCADA及GIS两种数据库的数据进行有效地结合，从而形成新的数据方式。

采用XML规范的数据与上位机之间采用以太网来进行传输，传输协议采用TCP/IP协议，由于系统运行的特定性，本设计对一部分不必要的TCP/IP协议进行了精简，精简后的TCP/IP协议的主要功能为：在网络接口层主要实现了ARP应答协议设计，其主要作用是完成以太网的IP地址映射，从而完成通信的路由功能；在网络层，去掉了ARP协议中其他网络类型的构建功能，只实现了以太网的协议，从而减少了系统的冗余，而在ICMP协议，主要完成了Ping应答协议，从而满足了网络连通性的要求；在运输层和应用层，也只留下了相应的必要的协议，其他不必要的都没有实现，例如，在运输层，选用的是UDP协议，而在应用层，FTP、SMTP等协议都没有保留。

4 结束语

配电网的实时监控与调度管理是实现电力系统正常、安全运行的重要环节。系统的性能直接影响着电力系统的安全性和电力输送任务的顺利完成。因此，建立一个完善的配电网信息管理系统是电力系统运行发展的必然结果。

从当前技术手段来看，将SCADA与GIS结合起来是一种较好的方式，可以利用SCADA系统的实时数据与GIS系统相结合，通过GIS提供的视听手段实时将数据动态地显示出来，有机地结合了设备运行参数和空间位置信息，大大提高了监视、决策的准确性和可靠性，为配电网的进一点细化管理打下了良好的基础。

[1]樊剑辉.智能化配电网管理系统通信模式的研究[J].电力系统通信，2009(11)：20-21.

[2]薛涛.基于SCADA与GIS的配电网信息管理系统[C]//电力信息化高级论坛论文集.北京：中国电机协会电力信息化专业委员会，2008：389-390.

Research of intelligent distribution network information platform based on streamlined TCP/IP

Data collection and analysis were essential for distribution network operation and scheduling management. High quality electric power service was provided to the customers.Advanced technology was used to complete data collection and data management of the system. SCADA and GIS were the two sub-systems of distribution management. The functions of the two systems were analyzed. A set was established using the latest power electronic technology as one of the two systems.The embedded system was put as the core,and the streamlined TCP/IP protocol was put for the support of the distribution network information management platform, then the intelligent management of the distribution network was realized.

distribution network monitoring;information platform;streamlined TCP/IP;intelligent management

TM 64

A

1002-087 X(2015)10-2270-02

2015-07-02

张晓博(1981—)，女，河北省人，讲师，本科，主要研究方向为通信、电子。