基于通信电源技术的配电系统的监控与管理系统设计与实现

刘旭东，乐冠宇，杜 瑞，余子淳

（国网句容市供电公司，江苏 句容 212400）

0 引 言

随着电力行业的不断发展，逐渐产生了一些新的技术手段，如电力通信电源技术。通信电源技术凭借高可靠性、小型集成化、强稳定性以及高频率等优势，得到越来越广泛的应用。目前，配电系统运行时常面临一些隐患，需要工作人员进行监督与管理。信息化时代背景下，可以采用信息化手段实现配电系统的监控与管理，因此提出配电系统监控与管理系统的设计。在该系统设计中应用通信电源技术，能够保证稳定供电与持续供电，满足绿色低碳环保要求。因此，分析通信电源技术在配电系统监控与管理系统设计与实现中的应用，以期推动电力行业的智能化和信息化发展。

1 通信电源技术概述

通信电源的主要作用是为通信网络系统提供能源。目前，移动通信技术飞速发展，通信电源技术也展现出良好的发展形势，其原理如图1 所示。越来越多的通信设备采用集中式电源来提供电能。通常，集中式供电设备和通信负载中心位置之间有一段距离，加之运转时会有大量传输损耗，系统的可靠性不强，若安装新的电源则需要较多成本。因此，在集中式电源基础上，研发了分布式电源，不仅安装成本低，而且具有智能化管理的特性，能够很好地满足配电系统运行的需求。

图1 通信电源技术原理

2 基于通信电源技术的配电系统监控与管理系统设计方案

2.1 主线系统

配电系统内部的主线设计需要以当前行业的标准为依据，配电系统结构如图2 所示。设计之前，联系所在地区的电力部门，结合设计要求与实际情况，由电力部门确定设计标准，满足主线设计基本要求，为系统设计与对接管理创造条件[1]。配电系统的主线设计直接影响系统运行的稳定性，以住宅配电公变变压器设备为例，设计阶段必须要考虑用户独立用电的情况，采取分区设计形式进行设计，即以配电系统主线设计为前提，主线上划分出具有独立性的用电路线和设备，以满足用户的独立用电需求，同时为用户的用电管理提供支持。

图2 配电系统结构

配电系统主线的具体设计中，设计人员需要在了解设计内容和具体走向的基础上，应用通信电源技术绘制图表，为后续的设计提供参考。

2.2 计算短路电流

计算短路电流的流程一般为绘制计算电路图和等效电路图、计算等效阻抗、计算短路电流以及短路容量。此处，假设设计的系统为无限大容量系统，应用标幺值法进行计算。

首先，确定物理量实际值和选定基准值的比值，计算公式为

如果基准容量Sd是100 MVA，基准电压是各级平均电压，即

式中：Ud表示基准电压；Uav表示各级平均电压；UN表示额定电压。

基准电流、基准容量、基准电压以及基准电抗之间的关系计算公式为

式中：Id表示短路电流标幺值；Xd表示电抗。

其次，使用标幺值法，计算电力系统的电抗标幺值Xs*、变压器的电抗标幺值XT*、输电线路的电抗标幺值，计算公式为

首先，东博会的品牌发展还不是特别成熟。近十多年来，随着南宁东博会的成功举办，南宁的会展业走上了一条高速发展的道路。但由于南宁经济底子薄，人才吸引力度薄弱，和其他省份相比，我们的会展业还不够成熟。东博会相比周边的广交会等大型展览会，实力相差较大，导致其吸引力不强，影响来参加展会的人员数量和质量，在一定程度上也影响其会展旅游以及南宁的整体旅游。

式中：XS表示电力系统；Ud=Uc表示基准电压；SOC表示电力系统容量；XY表示变压器电抗；Uk%表示变压器短路电压百分比；SN表示电力变压器额定容量；XWL表示电路电抗；X0表示导线单位长度的电抗；l表示导线长度。

根据短路电流计算结果，电气设备选型如下：一是电力变压器，建议采用SCB10 型干式电力变压器；二是10 kV 高压开关柜，建议采用KYN28A-12 型高压开关柜，并在柜内安装VS1-12-630 A/25 kA 型真空断路器，保证操作机构和断路器的一体化；三是0.4 kV低压开关柜，建议采用GCS 型低压抽屉式开关柜；四是电容补偿柜，该系统设计在各变压器0.4 kV 侧母线上安装电容补偿柜，并且在电容补偿柜上方安装无功功率自动补偿控制器，满足系统无功补偿要求。

2.3 设备使用性能规划设计

配电系统的监控与管理系统进行线路规划设计时，设计人员需要重点考虑设备的使用性能与参数。设计时，1 类与2 类负荷条件下通常会选用铜导线；3类负荷和其他负荷条件下选用铝芯导线[3]。规范安装线路，严格控制导线长度。例如，系统设计中，设备的类型和性能等存在区别，因此设计时需要分析设备的功能，并将其融入设计方案[4]。

系统中的变压器设备至关重要。目前，配电系统的监管系统变压器设备以S11、S13 型变压器设备为主，可以满足系统的节能需求。同时，设计人员应科学选择电缆线型号，准确计算线路距离，保证系统的稳定运行。

3 配电系统监控与管理系统的实现

3.1 采集数据功能的实现

通过采集数据功能，系统和采集器可以在通信电源技术的支持下进行实时通信，实现数据接收、预处理、存储等功能，同时可以集中管理与配置能耗，并实时监控系统运行状态。系统中的能源管理平台主要是利用RS-485 协议下的有线传输系统或者是无线传输系统，在通信电源技术的作用下采集数据，自动计算能耗数据。此外，利用传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）可以将采集的数据自动上传到实时应用数据中心，为数据管理、查询服务提供支持。

数据传输系统遵循一定编码规则，在通信电源技术的支持下，保证数据组织、存储、交换相同[5]。此外，该系统具有良好的网络兼容性，通过互联网可以自动监控各项测量数据，提升数据采集与传输的精准性和安全性。

3.2 实时监测功能的实现

在配电系统的监控与管理系统设计中应用通信电源技术，可以监控多级能耗模型。该模型主要由区域模型、建筑模型、能耗模型等组成。通过多级能耗模型，可以快速显示仪表设置的参数、运行状态参数以及控制命令，而且能够满足不同场合的应用需求，体现出测量数据和历史数据显示的全面性。此外，在通信电源技术的帮助下，实时监测功能可以在线监控所有能耗，监控界面通过图形界面分析与显示能耗数据，满足自由导航需求。

3.3 数据统计功能的实现

在通信电源技术的支持下，配电系统的监控与管理系统实现了数据统计功能。一方面可以实现每日、每月、每年的分项能量统计，另一方面可以支持显示多元化图表格式，按照不同的使用前提，统计不同负荷等级，并按照用户输入的开始和结束时间统计系统任意时间段的能耗。操作人员在操作系统时，按需求导出月、季、年的能源统计表以及资源消耗统计表，从而生成电力能源财务报告与能耗分析对比报告，为能耗配额管理以及配电系统监控管理提供参考。

3.4 能耗查询功能的实现

系统设计中，应用通信电源技术测试其能耗查询功能。分别查询人均分项用能和专题人均用能等，查询的内容包括实时值和分组历史值等。工作人员导出报表，直接获得多样化查询结果，并且根据导出的结果，可以为节能监管工作提供数据支持。

此外，系统可以查询能耗上下限，按照不同的时间条件绘制图表进行可视化显示，并分析水量和电能消耗情况，以负荷条件组合的形式筛选出单独区域与部门，或者是不同部门组合，进而在系统中自动生成分析类型属性数据报告。在用户层面，用户可以按照需求自主选择所需要的查询方法。例如，想要查询能源消耗种类（水、电、气等）和查询组织机构（行政办公大楼、能源使用单位、大型耗电设备等），选定后系统便会自动调取数据，生成多元化图形和报表以供选择。

3.5 数据分析功能的实现

在系统设计中应用通信电源技术，可以实现自动分析配电系统的能耗趋势与指标。系统具有自动监控能耗数据的功能，可以分析配电能耗异常以及线路负荷。此外，系统可以分析设备潜在故障，或者根据不同地区、类别、项目等，统计并分析总能耗和单位面积能耗等数据。

在通信电源技术支持下，系统可以提供相应的能耗分析支持，帮助工作人员展开配电能耗相关的分析。基于工作时间和非工作时间内电力能耗的对比分析，或者夜间待机能耗分析，总结用电单位能耗情况及其基本规律，从而采集异常监测所需数据，通过多元形式达到自动监测和能耗对比的目的。

4 结 论

应用通信电源技术设计配电系统的监控与管理系统，基于该技术的优势与特征，一方面可以加强配电系统监控与管理系统的运行稳定性，保证系统的可靠运转，另一方面有助于优化系统功能与性能，在通信电源技术的帮助下实现多元化功能，促使系统实现自动化和智能化建设的发展目标。同时，该系统为我国配电系统的升级完善提供了技术方面的支持。