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  • 電力通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的設計與研究

    2018-03-22 16:13:28 電氣技術  點擊量: 評論 (0)
    深圳藝樸露科技有限公司、海南電網(wǎng)有限責任公司海口供電局的研究人員謝本建、徐平、林海英、宋志堅、宋禹飛,在2017年第11期《電氣技術》雜...

    深圳藝樸露科技有限公司、海南電網(wǎng)有限責任公司海口供電局的研究人員謝本建、徐平、林海英、宋志堅、宋禹飛,在2017年第11期《電氣技術》雜志上撰文指出,電力系統(tǒng)通信是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的強有力的技術支持,特別是對于智能電網(wǎng)的發(fā)展來說,電力通信更是不可或缺的載體。

    而通信電源是電力通信的心臟,是保證通信系統(tǒng)安全穩(wěn)定的關鍵。電力通信電源有著諸多運行方案,本文列舉了幾種典型的應用設計方案,引入以智能IPDU為核心的架構(gòu)來實現(xiàn)電力通信機房微環(huán)境的監(jiān)控。并以某地區(qū)變電站為例,詳細介紹了該變電站通信電源監(jiān)控系統(tǒng)。

    隨著電力行業(yè)技術的不斷發(fā)展,電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行始終作為電力系統(tǒng)運行首要任務。對于智能電網(wǎng)來說,電力通信系統(tǒng)是保障電力系統(tǒng)技術和功能運行的最有力的支撐和傳輸媒體。

    通信系統(tǒng)的運行離不開通信電源為其提供能量支持,通信電源是通信系統(tǒng)的心臟,沒有通信電源的動力保障,通信系統(tǒng)中任何模塊都無法正常運行,穩(wěn)定可靠的通信電源是通信系統(tǒng)也是電力系統(tǒng)安全可靠運行的重要環(huán)節(jié)。

    通信電源產(chǎn)品種類繁多,發(fā)展速度也比較快,其組成主要有高頻開關電源設備,半導體整流設備,AC-DC模塊電源,DC-DC模塊電源,逆變電源,UPS電源,交流穩(wěn)壓電源,發(fā)電機組及電源監(jiān)控系統(tǒng)等。

    1典型電力通信電源方案

    通過近幾年電力通信網(wǎng)絡的發(fā)展,電力主網(wǎng)通信電源的設計和建設都已日漸成熟,形成了一套較為完整的方案,對于220KV變電站,采用的是雙套通信電源分4個機柜安裝的配套通信電源,不僅安全可靠性高,而且便于維護管理,4個機柜主要包括:交流電源配電屏1面,高頻開關電源柜2面,直流配電屏1面。

    其中,直流配電屏安裝2條配出母排,2套開關電源共配備4組免維護的鉛酸蓄電池,每套開關電源2組,且蓄電池單獨配電屏安裝,采用架式架構(gòu),安放在單獨的蓄電池室,通信電源配電屏結(jié)構(gòu)示意圖1。

    圖1 某變電站通信電源結(jié)構(gòu)示意圖

    交流配電屏電源來自2路不同配電系統(tǒng)配出的380V交流電源,且配備一定數(shù)量的配出空開為其他配電屏備用電源,2面開關電源屏交流電源引自交流配電屏的不同配電系統(tǒng)的交流電源,且應配備自互投裝置,為開關電源屏內(nèi)整流裝置提供可靠的電源輸入。

    通信電源配出沒有特殊負荷要求時,整流模塊容量一般選擇6×30A,原理示意圖見圖2。兩面高頻開關電源屏分別為直流電源屏兩個母排提供直流電源,直流分配母排間用大容量的手動開關連接起來,正常運行時在斷開狀態(tài),故障狀態(tài)時可根據(jù)負荷情況選擇其運行狀態(tài)。

    圖2 高頻開關電源原理圖

    在電力系統(tǒng)的二級通信網(wǎng)絡的建設過程中,特別是對于110KV,35KV變電站,由于其通信設備數(shù)量相對較少,容量也相對較小,按照電力系統(tǒng)規(guī)劃設計原則,一般配備1套通信電源。

    其結(jié)構(gòu)也比一級通信網(wǎng)絡的電源簡單些,通常將電源系統(tǒng)和蓄電池系統(tǒng)安裝在同一面配電屏中,蓄電池不再單獨設立蓄電池室。高頻開關電源容量按3×30A選擇。

    2電源監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)的設計

    除了提高通信電源的穩(wěn)定性之外,對電源系統(tǒng)的運行情況進行監(jiān)控也非常重要。通信電源監(jiān)控系統(tǒng)是一個多級分布式的計算機監(jiān)控網(wǎng)絡,一般可分為監(jiān)控中心(SC),監(jiān)控站(SS),監(jiān)控單元(SU)。其組成示意圖見圖3。

    圖3 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

    監(jiān)控電源與被控設備相連,并周期性的將采集到的被控設備的運行參數(shù)和工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)進行處理,向監(jiān)控站發(fā)送,監(jiān)控單元也可接收監(jiān)控中心下達的監(jiān)控命令,如通信發(fā)生中斷,監(jiān)控單元將保存主要告警數(shù)據(jù),等待通信恢復后將中斷期間數(shù)據(jù)上報。

    可見監(jiān)控站的計算機系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理的重要環(huán)節(jié),監(jiān)控站向下與各監(jiān)控單元相連接,接收監(jiān)控單元采集的數(shù)據(jù),進行處理后在傳送給上一級。

    而監(jiān)控中心是整個監(jiān)控系統(tǒng)中級別最高的設備,不僅具有與各監(jiān)控站通信及實時監(jiān)控的功能,還具有設置告警等級,用戶權(quán)限及監(jiān)控點性能門限值等參數(shù)的權(quán)限。

    傳統(tǒng)的通信機房中,現(xiàn)場環(huán)境復雜,機柜中設備運行情況不均衡,難以監(jiān)測,為通信系統(tǒng)及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行帶來了巨大隱患。目前,針對通信機房監(jiān)測中的薄弱環(huán)節(jié),提出了建立機房設備微環(huán)境的概念。設備微環(huán)境是指機柜中網(wǎng)絡設備運行環(huán)境,包括溫度,濕度電力及監(jiān)控等相關參數(shù)和運行情況。

    在傳統(tǒng)的運行模式中,溫度的控制通過空冷設備將機房室內(nèi)溫度降低,從而達到設備的冷卻,從沒有考慮過機柜和機架等環(huán)節(jié)。而微環(huán)境的引入就是將過去機房大環(huán)境參數(shù)正常但網(wǎng)絡設備所處微環(huán)境參數(shù)不正常的弊端解決了,以降低網(wǎng)絡設備重啟,死機等故障的概率。

    現(xiàn)而今對機柜內(nèi)機架上設備的微環(huán)境監(jiān)測已經(jīng)被各界重視起來,一種基于多傳感自校正技術,傳感網(wǎng)絡信息預測技術的智能電源分配單元(Intelligent Power Distribution Unit,IPDU)已作為設備微環(huán)境智能檢測的模型被業(yè)界列為研究的重點。

    IPDU也可稱為遠程電源管理器,能實時監(jiān)測機柜內(nèi)電力的電壓,電流,功率,用電量等參數(shù),同時也監(jiān)測其分路或每個設備端口的電力參數(shù),當電力參數(shù)出現(xiàn)過壓,欠壓,過流或分路斷路等情況時,能夠第一時間發(fā)出報警,從而提高設備運行的安全性。

    TEDS格式的引擎校正方式可以將不同接口模式的傳感器引入實現(xiàn)多信息的自校正。而信息的同步問題則可以通過預測補償算法修正模型來完成。根據(jù)目前智能傳感器的技術發(fā)展情況,還需要對傳感器進行自校正從而提高測算精度,這就要采用基于特定TEDS格式的引擎校正方式,主要包括:最后校正日期周期和所涉及的校正參數(shù)等等。

    而新架構(gòu)下的自校正引擎在IPDU上而不是在傳統(tǒng)構(gòu)架中的監(jiān)控主機內(nèi),采用TEDU的校正系數(shù),利用分段線性插值函數(shù)進行多參數(shù)傳感數(shù)據(jù)的自校準,K通道傳感模型矯正公式:

    K通道傳感模型矯正公式

    3通信電源監(jiān)控系統(tǒng)實例

    某地區(qū)變電站將遠程控制單元,站端視頻處理單元等站端控制設備通過環(huán)境設備管理層的信息處理,將不同類型的監(jiān)控模塊及通訊模塊采用的不同類型的通訊協(xié)議采集的各種遙信遙測數(shù)據(jù),統(tǒng)一為數(shù)據(jù)量,實現(xiàn)了與主站平臺之間的通信問題,通過協(xié)議封裝,將環(huán)境變量和門禁系統(tǒng)等模塊接入到系統(tǒng)中來,統(tǒng)稱為RPU,組成變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了對視頻,環(huán)境等信息實時處理功能。

    通過RPU的連接將通信電源的相關供電系統(tǒng),溫度等參數(shù)虛擬為一個環(huán)境信息量,相當于將遙信數(shù)據(jù)虛擬成遙信設備,遙測數(shù)據(jù)虛擬為遙測設備后,將數(shù)據(jù)上傳或平臺主動獲取資源列表,定時與監(jiān)測模塊通信,讀取模塊數(shù)據(jù),并將采集到的數(shù)據(jù)上傳至平臺,自定義閥值。

    此外,通過RPU的本地存儲功能,還可將采集的數(shù)據(jù)以歷史記錄的形式保存至本地以供查詢。通信電源監(jiān)控模塊監(jiān)控的內(nèi)容見表1,遙信數(shù)據(jù)見表2。

    表1監(jiān)控的遙測數(shù)據(jù)

    表2 監(jiān)控的遙信數(shù)據(jù)

    該地區(qū)通信電源監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4

    圖4 某地區(qū)變電站通信電源監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

    該監(jiān)控系統(tǒng)中各通信電源監(jiān)控模塊都支持前端智能設備協(xié)議,其他模塊系統(tǒng)滿足modbus協(xié)議類型。結(jié)合該監(jiān)控系統(tǒng)的個監(jiān)控摸塊的特點,將監(jiān)控模塊的通信網(wǎng)絡設計為多種總線類型并存的方式,根據(jù)通信距離可采用RS-232C總新接口或RS-485/RS-422總線接口,其中RS-232C總線接口主要用在15m距離內(nèi)可靠通信系統(tǒng)中,而RS-485/RS-422接口采用的是差分信息傳輸,距離范圍可達1500m,使用與距離較遠監(jiān)控模塊的連接。

    此外,當監(jiān)控網(wǎng)絡不大,而擴展更高一級監(jiān)控系統(tǒng)時,可采用MODEM接口,通過主板上的接口撥碼開關,選擇接口方式,可以通過該接口,公用現(xiàn)有的公用電話網(wǎng)與遠程計算機通信。

    根據(jù)該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可總結(jié)出該系統(tǒng)的特點如下:該系統(tǒng)兼容性強,把視頻監(jiān)控,電源監(jiān)控集中在同一套系統(tǒng)中,提高了平臺的使用效率。將通信電源數(shù)據(jù)統(tǒng)一虛擬成環(huán)境變量,通信電源的監(jiān)測數(shù)據(jù)與其他環(huán)境變量數(shù)據(jù)相同,平臺不需要重新投入資金開發(fā),實現(xiàn)無縫集成。

    實時監(jiān)測各系統(tǒng)運行參數(shù),發(fā)生異常,短時就能接到報警數(shù)據(jù)降低了相應時間。操作簡單,不需要重新培訓就能使操作人員上手操作。

    4 結(jié)論

    通信電源監(jiān)測系統(tǒng)是通信設備及電力系統(tǒng)正常運行的保障,大大提高了各個站點通信電源運行的穩(wěn)定性和可靠性,降低了維護成本,是通信電源維護管理從靠人力模式向自動化集中監(jiān)控管理模式邁進的重要標志。

    基于IPDU的設備微環(huán)境監(jiān)測構(gòu)架,可是遠程管理電源系統(tǒng)機柜內(nèi)的網(wǎng)絡設備,還可對服務器微環(huán)境進行遠程管理,利用TEDS校正引擎實現(xiàn)多傳感器的自校正。傳輸同步的問題通過補償預測算法的廣義預測模型,分析數(shù)據(jù)延時的原因得以解決。

    通過實例,更直觀的感受到了電源監(jiān)控系統(tǒng)能有效的輔助電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行,為電源監(jiān)

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    責任編輯:售電衡衡

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