低压配电系统全景监视系统设计研发.pdf

2023年第7 期（总第3 0 7 期）doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.07.004应用能源技术15低压配电系统全景监视系统设计研发闫锋,吴旋哲,梁简应 汪文娟,胡欣?（1.广西电网有限责任公司柳州供电局，广西柳州5450 0 0；2.青岛鼎信通讯股份有限公司，山东青岛2 6 6 0 0 0)摘要：传统的低压配电系统监视手段受限，无法全面了解系统的运行状况和故障情况。为了提高低压配电系统的监测能力和故障诊断效果，文中进行了低压配电系统全景监视系统的设计与研发，为提高低压配电系统的监测能力和故障诊断效果提供了一种有效的解决方案。同时，该系统的应用将有助于提升低压配电系统的运行效率和安全性，促进电力系统的可持续发展。关键词：低压配电系统；全景监视系统；分布式系统；系统架构中图分类号：TM73Design and Development of Comprehensive MonitoringSystem for Low-voltage Distribution SystemsYAN Feng,WU Xuanzhe,LIANG Jianying,WANG Wenjuan,HU Xin?(1.Liuzhou Power Supply Bureau,Guangxi Electric Power Grid Co.Ltd.,Liuzhou 545000,China;2.Qingdao Dingxin Communication Co.Ltd.,Qingdao 266000,China)Abstract:Traditional monitoring methods for low-voltage distribution systems are limited,preventing comprehensive understanding of system operation and fault conditions.To enhance themonitoring capability and fault diagnosis effectiveness of low-voltage distribution systems,this paperfocuses on the design and development of a comprehensive monitoring system.The proposed solutionaims to improve monitoring capabilities and fault diagnosis during startup and shutdown processes.Additionally,the application of this system is expected to enhance operational efficiency and safety inlow-voltage distribution systems,contributing to the sustainable development of the power grid.Key words:low-voltage distribution system;comprehensive monitoring system;distributed system;system architecture0引言低压配电系统是现代工业生产和居民生活中不可或缺的基础设施，它负责将电能从高压输电网转换为适用于各种电气设备的低压电能。然而,由于低压配电系统的复杂性和分布性,其安全管理和监控一直是一个具有挑战性的任务。传统的低压配电系统监控方式主要依靠人工巡检和收稿日期：2 0 2 3-0 6-10 修订日期：2 0 2 3-0 6-2 5作者简介：闫锋（19 8 3）,男,本科,工程师,从事电能计量运维及计量自动化管理工作。文献标志码：A文章编号：10 0 9-3 2 3 0(2 0 2 3)0 7-0 0 15-0 5手动操作,这种方式存在人为疏忽、监控盲区和响应延迟等问题，无法满足现代化生产和管理的需求 2-3 。因此,设计和研发一种全景监视系统,以实时监测和管理低压配电系统的运行状态和安全性,具有重要的现实意义。全景监视系统可以通过传感器和智能设备实时采集低压配电系统的各种参数和数据，如电流、电压、温度等，然后通过网络传输和数据分析，实现对系统的全面监控和远程管理 4。通过该系统，可以及时发现和解决低16压配电系统中的故障和安全隐患，提高系统的可靠性和安全性。然而，目前对于低压配电系统全景监视系统的研究还相对较少，尚缺乏系统化的设计和研发方案 5。因此,文中设计和研发一种高效可靠的低压配电系统全景监视系统,以提升系统的安全性和管理效率。驾驶舱展示展示层档案管理业务层线损分析台区拓扑线路阻抗故障定位应用能源技术1系统总体架构1.1系统总体架构势态感知低压配电系统全景监视系统总体架构如图1所示包括展示层、业务层、应用层、数据层和设备层。态势感知系统总体架构数据档案管理驾驶舱远程控制事件上报2023年第7 期（总第3 0 7 期）控制权限控制异常处理数据采集服务数据解释服务数据统计服务日志记录应用层设备通讯数据存储服务数据接口服务PC数据库数据层MySql数据库智能终端设备层智能电表LTU传感器图1 总体架构图(1)展示层展示层是低压配电系统全景监视系统的用户界面，主要包括数据显示、驾驶舱和档案管理等功能。数据显示模块通过直观的图表和数据展示，向用户展示当前电网运行状态和各种参数信息。驾驶舱是系统的核心部分，提供实时监控、故障预警和智能分析等功能，帮助用户快速了解电网运行情况。档案管理模块用于管理电网设备档案信息，包括设备信息、运行记录、维护情况等，为用户提供全面的设备管理服务。展示层的设计旨在提供直观、易用的界面，帮助用户快速准确地了解电网运行情况，提高运维效率和安全性。(2）业务层档案管理包括对设备档案、操作记录、维护记录等信息的管理和存储。驾驶舱是系统的核心部分，通过可视化的界面展示各种数据和信息，为用户提供直观的操作和监控界面。远程控制是系统的一项重要功能，可以实现对设备的远程操作和控制,提高了系统的灵活性和便利性。事件上报功能可以及时将系统中发生的各种事件和故障信息上报给相关人员，以便及时处理。台区拓扑、线损分析、线路阻抗和故障定位是系统中的重要功2023年第7 期（总第3 0 7 期）能模块，可以帮助用户对系统运行情况进行全面分析和监测,及时发现和处理问题，保障系统的安全稳定运行。(3)应用层应用层提供数据采集服务、数据解释服务、数据统计服务、设备通讯、数据存储服务、数据接口服务等功能。数据采集服务是指通过智能终端、智能电表、LTU和传感器等设备，实时采集低压配电系统的各项数据，包括电压、电流、功率等信息。数据解释服务则是对采集到的数据进行解析和处理，将其转化为可视化的信息，为用户提供直观的数据展示和分析。数据统计服务则是对历史数据进行统计和分析，为用户提供数据趋势和统计报表。设备通讯是指系统内部各设备之间的通讯交互，确保数据的及时传输和共享。数据存储服务是将采集到的数据进行存储和管理，保证数据的完整性和安全性。数据接口服务则是为外部系统提供数据接口，实现与其他系统的数据交互和共享。（4）数据层主要包括PG数据库和MySql数据库。在数据层中,PG数据库是一套高性能的开南网智瞰系统态势感知系统新电力能源互联网系统按口满Web服务器Web服务器后台服务I区通信服务器应用服务器数据库服务器正反向隔离装置区正反向隔离装置安全接人区设备前置服务器CPRS终端应用能源技术源数据库管理系统,具有高度的可靠性和稳定性，能够支持大规模数据存储和高并发访问。MySql数据库是另一种流行的开源关系型数据库管理系统,具有良好的性能和稳定性,能够满足系统对数据存储和管理的需求。(5)设备层设备层是低压配电系统全景监视系统的基础层，主要包括智能终端、智能电表、LTU和传感器。智能终端是系统的数据采集和控制中心，负责采集各种设备的运行数据并进行实时监控。智能电表是系统的数据源之一,通过对电能使用情况的监测和分析,为系统提供数据支持。LTU是数据传输单元，负责将采集到的数据传输到数据存储服务中，传感器则是系统的感知器，通过对电能质量、温度、湿度等环境参数的监测，为系统提供环境数据支持。1.2分布式系统架构低压配电系统全景监视示范平台系统基于微服务构建分布式架构如图2 所示。分布式架构包括分布式消息队列、分布式存储和分布式应用。分布式架构有以下优点：新一代计量自动化系统Web服务器数据格式转换服务器通信服务器应用服务器数据库服务器母公司能源互联网系统数据接口数据推送DBLink通信服务器应用服务器数据库服务器通信服务器应用服务器数据库服务器正反向隔离装置通信服务器通信服务器正反向隔离装置通信服务器前置服务器运营商网络17运维电脑计量自动化系统调试网络通信服务器前置服务器运营商ZGPRS网络终端通信服务器运营商GPRS网络终端图2 分布式系统结构图（1）系统扩展能力较强，可基于通用硬件扩展计算和存储能力来提升系统处理能力，满足业18务不断增长的需求；(2）系统运行效率较高，在对系统各环节合理拆分的基础上，通过并行处理进一步突破传统串行处理存在的效率瓶颈；(3)系统运行可靠性较好,将系统拆分后并行运行在多台相同的设备上，即使单一设备出现故障，整个系统仍可正常运转或仅局部受损；(4)系统成本优势明显,分布式系统基于相对廉价的通用计算和存储设备构建,获取相同处理能力的成本低于传统。(5)信息安全，不同的服务可能对信息安全有不同的要求，根据安全度要求拆分服务，进行特别的部署，可以更有针对性地满足信息安全的要求,也可以降低对防火墙等安全设备吞吐量、并发性等方面的要求,降低成本，提高效率。(1)安全接入区安全接人区设备登录系统前置服务器，各系统前置服务程序独立部署到安全接入区的服务器，建立通信链路实现对系统的安全接人和数据采集。安全接人区设备需要具备高可靠性和安全性,能够确保系统数据的准确性和完整性。在设计上，需要考虑设备的防护性能，包括防雷、防电磁干扰等，以保障设备的稳定运行。同时，安全接入区设备还需要具备良好的通信能力，能够与其他设备进行数据交换和传输。在实际应用中,安全接入区设备还需要考虑设备的灵活性和可扩展性，以适应不同规模和需求的系统。(2)安全区安全接人区的通信服务器经过正反隔离设备与区服务器建立通信,其中新电力与母公司共用正反隔离设备,添加各自的传输任务即可；区的通信服务器经过正反隔离设备与区服务器建立通信，此处的正反隔离设备新电力与母公司共用；(3)安全区区部署低压配电系统全景监视示范平台业务功能，该系统所采集的数据通过数据接口将计应用能源技术量自动化系统所涉及指标数据推送至母公司系统侧，由母公司系统侧统一推送至计量自动化系统。其中由低压配电系统全景监视示范平台系统推送至省计量自动化系统的数据范围包含：终端运行工况、日冻结电能量示数、电能示值曲线、电压电流曲线、功率曲线、功率因数曲线等内容，推送频率按照省计量自动化系统要求进行配置。（4)新一代计量自动化系统数据对接数据对接方面,考虑到新一代计量自动化系统的数据格式、传输协议、数据接口等方面的兼容性和稳定性。同时,还需要设计相应的数据处理和转换模块，确保新一代计量自动化系统的数据能够无缝对接到全景监视系统中，并能够实现实时监测、分析和展示。在数据对接过程中,为了保证后续在新一代计量自动化系统正式上线后，实现数据的对接。在安全区预留数据文件转换服务器，用于部署数据格式转换服务，实现能源互联网系统（母公司和新电力）的数据进行数据格式统一转换后再按照新一代计量自动化系统统一标准接口进行数据推送。(5）安全防护设备为保证科技创新类系统和省计量自动化系统的安全隔离和安全共享。对于边界防护设备、负载均衡设备、安全态势感知平台等安全防护设备，在安全隔离情况下实现安全共享。同时，为保证两类系统的安全隔离,在安全接入区、区、区中对于科技创新类系统和省计量自动化系统要划分独立的网段,网络之间增加防火墙设备实现逻辑隔离，保证安全隔离。1.3系统安全架构低压配电系统全景监视系统安全架构是指在低压配电系统中建立起一套完善的安全防护体系,以保障系统的稳定运行和数据的安全性。该安全架构主要包括安全接人区、生产控制区和信息管理区三个部分。安全接人区是系统的第一道防线，主要部署采集相关服务，包括通信前置服务、采集前置服务、分布式消息中间件、跨区传输2023年第7 期（总第3 0 7 期）2023年第7 期（总第3 0 7 期）服务等。安全接入区与安全区通过正反向隔离装置联通，同时也与公网通信网络相连。安全区部署分布式消息中间件、跨区传输服务，实现数据的跨区传输。而低压配电系统基础数据及展示主站系统则部署在信息管理区，负责提供对外的业务服务和数据共享服务，包括Web应用服务、安全接人区安全区安全I区向前置采集集群消息队列集群应用能源技术存储服务、计算服务等。整个安全架构采用了余技术和负载均衡以及集群技术，以确保系统整体的可靠性和稳定性。通过以上安全架构的建立，低压配电系统能够有效地防范各类安全威胁，保障系统的正常运行和数据的安全性。其中低压配电系统安全防护架构图如图3 所示。生产控制大区管理信息大区安全II区正向通信服务集群隔通信网关通信网关辉列通信消息通信信网关服务 队列服务正闯集群集群集群隔离装真辉刻19通信网关阵列通信消息Web服务队列应用反向集群集群集群隔离装置辉刻图3 低压配电系统安全防护架构图2结束语本文对低压配电系统全景监视系统的设计研发遵循“先进性、可靠性、模块化、安全”的原则，追随电力行业内外信息系统技术发展趋势，在满足示范需求的同时,注重技术方案的先进性及新型业务应用的支撑，引领省级集中计量自动化系统架构变革。参考文献1张勇军,刘斯亮，江金群，等.低压智能配电网技术研究综述 J.广东电力,2 0 19,3 2(1)：1-12.2黎胜,廖乐之.低压配电网的系统智能化和信息化 J.通信电源技术,2 0 2 0,3 7(11)：2 8 1-2 8 3.3刘洋宇，尚龙龙.低压智能配电系统的特点与应用J.中国新通信,2 0 2 3,2 5（17):9 3-9 4,10 9.4乔俊峰,王一清,杨佩，等.基于大数据技术的配电网全景监测系统的研究与实现 J.供用电，2018,35(3):41-46,51.5温欣，胡敏.智能低压配电系统运维服务平台与自动化组态的研发与应用 J.现代建筑电气，2022,13(10):25 28.