周杰1 吳冬2 吳海峰2 趙娜2
(1.湖南省建筑科學研究院,湖南 長沙 410011)
(2.安科瑞電氣股份有限公司,上海 嘉定 201801)
摘要:本文根據(jù)安科瑞電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設計過程,論述了電力監(jiān)控系統(tǒng)高擴展性的設計思路和方法,對于電力監(jiān)控組態(tài)軟件與電力平臺方案的研究有定的參考價值。
關鍵字:安科瑞電力監(jiān)控軟件、組態(tài)、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、規(guī)約、自動報表、自定義報表
隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展,電力監(jiān)控系統(tǒng)逐漸成為供電配電系統(tǒng)中的重要組成部分。所謂電力監(jiān)控系統(tǒng),是在計算機上對系統(tǒng)中各設備的實時運行情況、工作狀態(tài)、運行歷史數(shù)據(jù)信息、階段運行后報表信息展示等各方面進行實時監(jiān)控及信息處理的套信息管理系統(tǒng)。
電力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了設備數(shù)據(jù)的實時采集、處理和實時數(shù)據(jù)儲存、歷史數(shù)據(jù)匯總等,圖形化展示各設備實時工作情況、設備數(shù)據(jù),對設備數(shù)據(jù)異常提供實時告警等功能。通過在供電配電設計中使用電力監(jiān)控系統(tǒng),極大的提高了系統(tǒng)的工作效率與系統(tǒng)穩(wěn)定性、設備異常反應的實時性等。
認真研究電力監(jiān)控系統(tǒng),有助于我們更加完善供電配電技術,將電力監(jiān)控系統(tǒng)應用到各個行業(yè)中去,能有效地提高供電配電技術水平。安科瑞電力監(jiān)控軟件是為用戶提供智能電力監(jiān)控而研發(fā)出的套完整的供電配電系統(tǒng)解決方案,在本文中,介紹電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能,主要從應用的角度介紹可擴展性電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計實現(xiàn)
1 電力監(jiān)控系統(tǒng)
電力監(jiān)控系統(tǒng)是基于采集與監(jiān)視數(shù)據(jù)的軟件控制系統(tǒng)(SCADA,其全稱是:Supervisory Control And Data Acquisition)發(fā)展起來的,運用計算機技術,在電力系統(tǒng)運行過程中進行調度與控制,對設備進行數(shù)據(jù)采集與設備控制等行為的種抽象描述,所以控制系統(tǒng)本身技術上可以應用于所有工業(yè)控制領域的各種場景。
2 電力監(jiān)控軟件要求
電力監(jiān)控系統(tǒng)運行的典型場景模型如圖1所示,這種監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)實際情況的不同作相應改變。
圖1 典型場景模型
2.1 系統(tǒng)可用性
a.系統(tǒng)能夠可擴展支持新的設備類型接入與新的協(xié)議,設備數(shù)據(jù)接入是系統(tǒng)核心。
b.工程人員根據(jù)電力設計圖紙與現(xiàn)場終端設備拓撲,進行電力監(jiān)控項目開發(fā),在此過程中,要求配置過程相對簡單,方便工程調試和修改,以及設備的更換等。
c.界面組態(tài)開發(fā)人員能夠快速對應電力監(jiān)控系統(tǒng)圖形界面的畫面布局、圖形層次與信息表達等內(nèi)容。
d.用戶共性的自動化報表以外的個性化支持與擴展,以報表模板的方式支持用戶擴展生成多樣化的報表,并且與電力監(jiān)控系統(tǒng)對接,通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)結合模板生成zui終報表。
2.2 高實時性與可靠性
采用實時數(shù)據(jù)庫技術,對數(shù)據(jù)進行處理與展示,保證系統(tǒng)的實時性要求。
3 電力監(jiān)控軟件主要功能
電力監(jiān)控軟件的核心是以應用為導向,zui終以圖形和報表的形式,展示當前各終端設備數(shù)據(jù)給用戶,顯示當前系統(tǒng)狀態(tài)和為用戶決策行為提供數(shù)據(jù)支持,圖2為系統(tǒng)功能模塊與框架說明。
圖2 系統(tǒng)功能模塊與框架說明
3.1 對電力設備進行數(shù)據(jù)采集與處理
電力監(jiān)控軟件實時采集各終端設備的遙信、遙測、遙脈等數(shù)據(jù),提供實時數(shù)據(jù)庫高實時性的數(shù)據(jù)訪問與處理,確保系統(tǒng)中各設備數(shù)據(jù)實時更新,圖形化動態(tài)展示及監(jiān)控系統(tǒng)實時提醒非正常運行的供電設備。
3.2 對電力設備進行控制
系統(tǒng)調度或監(jiān)控發(fā)出命令以實現(xiàn)遠程操作。利用電力監(jiān)控軟件主動發(fā)出信號給遠程終端設備實施控制操作,遠程終端設備接受并執(zhí)行相應命令實現(xiàn)遠程控制。電力監(jiān)控系統(tǒng)對操作進行流程化與規(guī)范化,對整個電力監(jiān)控系統(tǒng)的運行過程進行控制規(guī)范化,減少人工控制帶來的誤操作風險。
3.3 設備階段數(shù)據(jù)監(jiān)視
電力監(jiān)控系統(tǒng)實時動態(tài)圖形化展示設備階段時間內(nèi)運行的設備數(shù)據(jù)情況,系統(tǒng)管理者可根據(jù)設備階段運行動態(tài)情況決策分析出當前設備運行情況與系統(tǒng)內(nèi)可能出現(xiàn)的問題,并做趨勢判斷以確保系統(tǒng)的正常運行。
3.4 報表處理
在電力監(jiān)控系統(tǒng)中提供電子報表系統(tǒng),可對接電力監(jiān)控系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù),根據(jù)報表模板、運算公式生成結果并載入,形成自定義與自動生成的具有圖文并貌特征的數(shù)據(jù)信息報表,直觀清晰反映出階段內(nèi)系統(tǒng)中終端數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況。
4.可擴展電力監(jiān)控軟件的接入方式與場景需求變化應對
當前數(shù)據(jù)終端設備通訊方式、協(xié)議多樣,應用場景多變,因此需要設計出高可擴展性電力監(jiān)控軟件,以快速對應各項目應用,提高軟件的適用性與項目開發(fā)的效率,提高軟件的生命力,實現(xiàn)軟件設計過程中的數(shù)據(jù)接入與轉發(fā)、系統(tǒng)圖形、內(nèi)存庫動態(tài)調配大小、報表等方面的動態(tài)擴展性。
4.1數(shù)據(jù)處理
數(shù)據(jù)接入和轉發(fā):提供系統(tǒng)本地數(shù)據(jù)轉發(fā)給第三方平臺或者系統(tǒng)作為對稱的結點存在于大系統(tǒng)中。
通訊方式: 目前電力系統(tǒng)主要為有線通訊,其中包括串口,網(wǎng)口,光口。分布式光伏有時還會用到無線通訊。
通訊協(xié)議: Modbus/RTU、IEC 103、IEC 101、DL/T645、CDT、DISA(CDT規(guī)約升級版)規(guī)約等。
各協(xié)議的驅動由單獨模塊實現(xiàn),規(guī)約驅動管理模塊通過規(guī)范化模塊接口,系統(tǒng)根據(jù)規(guī)約驅動模塊名稱,執(zhí)行規(guī)范接口,加載規(guī)約驅動。圖3對系統(tǒng)驅動可擴展設計交互流程說明。
圖3 對系統(tǒng)驅動可擴展設計交互流程說明
4.2系統(tǒng)圖形組態(tài)
電力管理系統(tǒng)中的各智能終端設備的狀態(tài)與數(shù)據(jù),需要圖形化直觀的以拓撲圖、電力次圖、二次圖等方式展示給系統(tǒng)的使用者,顯示當前系統(tǒng)各設備狀態(tài),其中涉及較多圖元、圖形、圖表等繪圖元素,且組態(tài)時各部分支持用戶圖形自行擴展,以適應不斷增加的電力設備類型與用戶需求展現(xiàn)形式多樣性。
圖元:系統(tǒng)默認提供常用設備圖元,用戶也可自定義繪制
圖形:圖形高度組態(tài),系統(tǒng)拓撲圖、次圖、二次圖用戶可自由繪制、綁定數(shù)據(jù),直觀反映
圖表:曲線圖形提供實時與歷史曲線結合,展示多點的所有歷史和當前運行情況,為決策提供直觀數(shù)據(jù)
4.3報表系統(tǒng)
報表系統(tǒng)作為電力管理系統(tǒng)中重要的組成部分,將整個系統(tǒng)階段運營情況作匯總。報表的用途多樣,可作為能耗分析、電能管理等方面決策的數(shù)據(jù)支撐。根據(jù)電力管理的特點,系統(tǒng)支持自動化報表、自定義報表,滿足用戶多樣化需求及電力管理系統(tǒng)的報表可擴展性需求。
自動報表:電參量報表、電能報表能夠自動生成,直接反映系統(tǒng)中各終端設備真實數(shù)據(jù)。
用戶自定義報表:用戶提供報表模板與計算公式,采用腳本方式獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行填充,報表數(shù)據(jù)是進行分析的結果,提供更具體直觀的報表,符合系統(tǒng)使用方多樣化需求。
4.4內(nèi)存數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)
電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫相結合,主要是因為電力監(jiān)控管理軟件對數(shù)據(jù)實時性要求高,需要*時間反映設備運行狀態(tài),且系統(tǒng)與終端設備進行數(shù)據(jù)交互頻繁,數(shù)據(jù)不斷變化且大多是中間臨時數(shù)據(jù),所以采用高速內(nèi)存存儲實時數(shù)據(jù)信息,通過計算引擎把有意義的數(shù)據(jù)或者用戶關心的信息數(shù)據(jù)進行轉儲到數(shù)據(jù)庫,即保證了系統(tǒng)的實時性與數(shù)據(jù)保存的持久。
使用內(nèi)存庫保存數(shù)據(jù)時,數(shù)據(jù)量大,多個系統(tǒng)需要共享數(shù)據(jù),從多個角度展示給不同的系統(tǒng)用戶,實現(xiàn)形式上采用文件內(nèi)存映射的方式,組織形式上在設計內(nèi)存數(shù)據(jù)庫時與數(shù)據(jù)庫管理相似,便于各程序對設備數(shù)據(jù)進行查找與讀寫操作,索引過程可根據(jù)數(shù)據(jù)量大小建立直接索引與HASH索引,管理形式上由實際數(shù)據(jù)量決定文件全量映射或者分頁式管理文件映射(LRU換頁),各表在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫大小可調配,由接入設備與數(shù)據(jù)點數(shù)量決定,從而支持系統(tǒng)可擴展,減少大開小用的浪費情形。
5 總結
電力監(jiān)控系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的個重要組成部分,在電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展過程中,要求電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠適應不斷發(fā)展的電力終端設備與電力技術。以上從數(shù)據(jù)接入轉發(fā)、系統(tǒng)圖形組態(tài)、報表系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等四個系統(tǒng)的核心方面,在技術實現(xiàn)角度對可擴展性電力監(jiān)控軟件的設計進行說明,可擴展設計保證了軟件的對于行業(yè)不斷發(fā)展適用性。
文章來源:《自動化博覽》2017年2期