调度监测系统的设计与应用_韦微.pdf

光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明电气237调度监测系统的设计与应用韦 微国网安徽省电力有限公司来安县供电公司，安徽 滁州 239200摘要：为进一步提高电网调度自动化管理水平，文章对调度监测系统展开研究，设计了模块化调度监测系统，可以实现对 UPS 电源、服务器、精密空调、交换机、电路电压失衡的有效监测。对设计的调度监测系统的应用效果进行了分析，结果表明，文章设计的调度监测系统具有良好的监测效果，并且可以提升调度自动化工作效率。关键词：调度自动化；运行监测系统；电力调度分类号：TM7340引言调度监测系统（以下简称调度监测系统）主要采用模块化设计，包括接口模块、信号接收模块、采集模块和信号发射模块。系统主要包括 4 路供电接口电压为 12 V 的外传感器和 2 路供电接口电压为 5 V 的外传感器。此外，系统拥有 12 路输入通道和 44 路隔离输出通道、2 路 RS485、3 路 RS232、1 路电网口。信号接收和信号发射模块主要由发射线圈、接收线圈、激励线圈和负载线圈组成，是调度监测系统的重要组成部分。该系统不仅具备红外遥控接口和遥控器自学接口，而且保护能力和抗干扰能力较强。当系统接入电源后会自动进入运行监测状态，当系统出现断电情况时，保护系统会对系统进行存储，避免了数据丢失的情况1。1调度监测系统功能设计1.1 数据采集层（1）数据采集层具备监测功能，可以适应各种复杂的外界环境，同时能够全天候对系统运行状态进行检测，具有运行可靠、安装简便、便于维护的优点；具备较强的抗干扰能力，能够抑制发电厂中的不同干扰，进一步保证了监测效果和监测效率。（2）数据采集层可以实时监测系统故障特征，通过对比设定的初始值，可以实现自动报警功能；可以比对运行数据情况，判断故障严重程度和故障类别，并通过交互界面显示故障位置和故障影响范围，同时也能够向管理人员提供监测报告，为系统的维修和管理提供参考。（3）通过对过程的深入分析，数据采集层可以对故障过程进行追溯。对近期数据进行总体分析，可以预测故障发展趋势；对故障原始数据和故障数据进行存储，可以便于管理人员的调取。（4）数据采集层拥有完整的通信接口，接口采用IEC 61850 规约，可以远程调取数据，同时也能够进行升级和参数设置操作。1.2 数据集中层数据集中层支持不同监测装置的接入，对于各种通信信息可以利用 IEC 61850 规约进行解析。借助数据库可以实现数据分析、数据存储和数据处理功能，同时系统也提供在线编程和计算的功能；可以存储一段时间内的所有数据，也支持调试、内核下载、动态下载、规约上传、调试等功能。1.3 数据整合层1.3.1 数据处理和存储调度监测系统数据来源主要包括电网运行数据、电力设备运行数据、调度系统运行数据、MIS 设备数据、监测系统数据等，同时调度监测系统也具备交互获取数据的功能。调度监测系统在获取到数据后会先对数据进行预处理和整合，然后对数据形成时间标签，利用关系数据库和内容数据库对数据进行深入分析和处理，并与外部设备进行相互传递。1.3.2 数据管理数据库可以通过可视化模型对数据进行转换、配置和管理。利用综合数据网能够对不同地点的电网数据进行监测和管理，通过分析数据，可以了解电网运行状态。调度监测系统还具备可视化功能，可以为管作者简介：韦微，女，本科，工程师，研究方向为自动化应用。文章编号：2096-9317（2023）01-0237-03 照明电气 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明238理人员提供可视化人机交互界面，并将电网运行状态、系统配置、设备诊断结果和数据处理结果直观地显示在交互界面上，管理人员通过对交互界面的操作，可以实现控制设备运行状态和修改数据2。此外，通过定义用户管理级别，可以实现分区域显示、修改、查询。管理人员可以通过数据发布功能，将电网运行状态和故障诊断结果发送至企业管理系统中，供管理层人员参考。2调度监测系统信号模块设计调度监测系统的信号接收模块和信号发射模块主要由高频整流模块和变频器控制，其中高频整流模块负责将接收模块中的电能转换为直流电，并提供给直流负载；变频器负责射频电源与工频电源之间的转换，同时控制信号发射模块发射调度信号。信号接收模块和信号发射模块主要由接收线圈、发射线圈、激励线圈和负载线圈组成，发射线圈和接收线圈之间主要通过磁共振的方式发射和接收调度信号。信号接收模块和信号发射模块的电路如图 1 所示。M24M34M14M23I1I1RSV1L1L3L4C2C3L2R2R3I2I3ZLI4M13M12M13图 1信号接收模块和信号发射模块电路图图 1 中，L1为激励线圈；M23为信号接收和信号发射线圈的耦合程度；M12为信号发射线圈与激励线圈之间的互感；M34为负载线圈和信号接收线圈之间的互感；M14为信号负载线圈和激励线圈之间的互感、M13为信号接收线圈和激励线圈之间的互感；M24为信号负载线圈和信号发射线圈之间互感，耦合关系忽略不计3。2.1 信号接收模块设计信号接收模块包括信号接收线圈、整流电路、负载线圈和滤波电路。其中滤波电路和整流电路包含在高频整流模块中。信号接收线圈会自动采集能量，将其转换为电压，然后利用整流电路将电压转换为稳定的脉动电压，通过滤波器对脉动电压进行处理，降低其脉动，进而保证直流电压的稳定性，并传输至负载线圈。2.1.1 整流电路设计整流电路主要负责直流电与交流电之间的相互转化，系统采用桥式整流电路，电路主要由多个二极管构成，可以省去变压器的安装，不仅提高了电流的性能，而且也节省了成本。假设交流电压为2sinuUt=，其中 为角频率，U 为交流电压有效值，则全波整流电压平均值 U0(AV)的计算公式如下：（1）全波整流电流平均值的 IO(AV)计算公式如下：（2）式中：RL为电流电阻。由于整流电流和电压波动较大，因此需要利用滤波器对电流和电压进行处理。2.1.2 滤波器设计系统主要利用归一化设计参数设计低通滤波器，低通滤波器频率转换计算公式如下：（3）（4）式中：Lm和 Cm为低通滤波器频率转换电感和电容；LB和 CB为归一化滤波器电感和电容；fB为归一化滤波器转换时的截止频率；fd为低通滤波器转换时的截止频率。特征阻抗计算公式如下：（5）（6）式中：C 和 L 为电容和电感；RB为归一化滤波器特征阻抗；Rd为低通滤波器特征阻抗。将低通滤波器频率转换电感 Lm和电容 Cm代入特征阻抗计算公式中，即可获得电容和电感。2.2 信号发射模块设计为防止电路耦合能耗过大和谐波的干扰，系统主要采用三点式振荡电容电路作为信号发射模块电路，三极管、电阻 R4和 R2共同组成限制波形调节电路，R3和 R2均利用滑阻来调节波形。电容 C15、C10和电感 L7构成的选频网络因数 Q 的计算公式如下：（7）光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明电气239式中：R 为谐振回路电路寄生电阻。假设选频网络因数 Q 大于 1，则振动频率 f 的计算公式如下：（8）在调度监测系统中，只需要调节 C15、C10和 L7的参数值，即可以实现对调度监测系统频率的自动调节。3调度监测系统电压补偿模块设计在调度监测系统对电力进行调度和监测的过程中，电缆会出现电压失衡的情况，系统主要利用电压补偿模块恢复电压4。在电力调度时，断开相工频电压的计算公式如下：（9）式中：Uh为工频恢复电压；Ea为电荷；X0为输出直流电压；Xm为输入直流电压；j 为开关电频。在分析电流熄弧前后调度监测系统电压恢复变化时，可以利用拉普拉斯变换恢复电压。由于()()a=cost+2Ee t?()()a=cost+2Ee t?，调度监测系统潜供电流fI?会出现熄弧的情况，因此调度监测系统线路电压恢复变化过程为（10）式中：Uh(t)为 t 时刻的恢复电压；为应力因子；U为标准幅值；为初相角；为工频分量角频率。根据上述公式，调度监测系统电力线路电压主要由不同频率的两个信号组成，随着时间的延长，电压幅值也会出现变化。4调度监测系统的应用4.1 电压失衡监测调度监测系统可以监测 UPS 电源、服务器、精密空调、交换机等，尤其是对调度线路输出电压、负载比、三相电压和电流等进行检测。为验证调度监测系统调度线路电压监测的有效性和应用效果，以某市电力调度测试为例，利用分布式和嵌入式调度监测系统作为对照组，对文章设计的调度监测系统开展测试，测试结果如表 1 所示。从表 1 可知，与应用监测系统前相比，利用嵌入式调度监测系统、分布式调度监测系统和文章设计的调度监测系统对调度线路进行监测后，调度线路电压失衡的情况有了明显的减少5。从监测效果来看，文章设计的调度监测系统的监测效果比分布式调度监测系统和嵌入式调度监测系统好，并且出现电压失衡的概率也明显低于嵌入式调度监测系统和分布式调度监测系统。由此表明，文章设计的调度监测系统能够减少调度线路出现的电压失衡问题。4.2 调度效率调度效率是反映调度监测系统监测性能的重要评价指标，其计算公式如下：（11）式中：为调度效率；SD为调度监测系统在电力调度时的能量消耗速率；k 为耦合因子，主要用于体现传递速率。调度效率越大，表明电力调度效果越好，调度监测系统的性能也越强。随着电力调度距离不断增长，嵌入式调度监测系统、分布式调度监测系统和文章设计的调度监测系统的调度效率先增长后降低。与嵌入式调度监测系统、分布式调度监测系统相比，文章设计的调度监测系统调度效率更高，由此表明，文章设计的调度监测系统除了可以监测调度线路电压失衡问题外，还具有良好的调度效率。5结束语综上所述，应用调度监测系统不仅有利于提高电力企业对电力设备的管理效果，而且也能够及时发现突发性事件，并采取相应的管理措施。参考文献1 郑小英.电力调度自动化系统运行中的常见故障和处理措施J.光源与照明,2022(11):219-221.2 李新鹏,徐建航,郭子明,等.调度自动化系统知识图谱的构建与应用J.中国电力,2019,52(2):70-77,157.3 洪叶.探究电力调度自动化系统应用现状与发展趋势J.电气技术与经济,2022,25(1):59-61.4 谢凯,李永红.基于湖泊的水质水量联合调度应用设计研究J.环境科学与管理,2020,45(4):53-57.5 何港港.新能源配电网电力调度优化方法研究J.光源与照明,2022(10):231-233.表 1电压失衡监测结果实验序号应用监测系统前电压失衡故障发生率应用监测系统后电压失衡故障发生率文章系统嵌入式系统 分布式系统133.5%12.6%22.7%25.6%235.5%8.8%29.5%30.5%331.4%7.5%28.4%28.5%439.1%8.3%35.5%37.2%541.5%11.4%39.3%35.5%