智能電網(wǎng)基于力控電力軟件FcPower的低壓配電系統(tǒng)，通過計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù)對配電網(wǎng)及其設(shè)備進行監(jiān)測、控制和管理的綜合系統(tǒng)，主要實現(xiàn)變電站自動化、饋線自動化、用電自動化，實現(xiàn)配電系統(tǒng)綜合自動化。

一、概述

我國配電網(wǎng)自動化的建設(shè)發(fā)展比較緩慢，建設(shè)資金短缺，設(shè)備技術(shù)性能落后，事故頻繁發(fā)生，影響了生活和經(jīng)濟的發(fā)展。隨著電業(yè)的發(fā)展和電力市場的建立，配電網(wǎng)自動化的薄弱環(huán)節(jié)顯得越來越突出，形成電力需求與電網(wǎng)設(shè)施不協(xié)調(diào)的局面。電網(wǎng)末端的用電主要表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)混亂、裝備陳舊、自動化水平低、維護工作量大、供電可靠性低等方面。這種情況嚴重制約了電網(wǎng)末端的樓宇居民用電和大中型企業(yè)的進步和發(fā)展。

二、系統(tǒng)設(shè)計

隨著計算機、通信技術(shù)、電子技術(shù)為代表的3C技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)和電力工業(yè)自動化的飛速發(fā)展，為配電自動化的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。該系統(tǒng)是通過計算機技術(shù)、通訊技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù)對配電網(wǎng)及其設(shè)備進行監(jiān)測、控制和管理的綜合系統(tǒng)，主要實現(xiàn)變電站自動化、饋線自動化、用電自動化，以滿足中低壓配電自動化的需求，促進電力工業(yè)自動化的發(fā)展。

1、總體體系結(jié)構(gòu)

該自動化系統(tǒng)總體上采用分層分布式體系結(jié)構(gòu)，按照縱向分為遠程管理層、設(shè)備控制層和現(xiàn)場設(shè)備層三大部分，如圖1所示。

圖1 總體體系結(jié)構(gòu)圖

管理層是由四臺計算機和一臺打印機組成。其中兩臺計算機作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，并且互為冗余架構(gòu)，正常情況下主站工作從站實時監(jiān)測主站狀態(tài)，當(dāng)主站出現(xiàn)故障時，從站可以迅速切換保證整個系統(tǒng)更符合電力行業(yè)對數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的要求。

力控FcPower系列軟件實現(xiàn)對配電設(shè)備的“遙控、遙調(diào)、遙信、遙測”四遙功能，具有友好的人機界面，操作簡單快速，配置直觀簡便。在上位機上不僅可以看到所有的電參數(shù)(三相電壓、電流、功率、電能等)、線路運行參數(shù)、開關(guān)(分合閘)狀態(tài);而且可以通過上位機對各種配電設(shè)備進行控制操作，例如：智能斷路器的分合閘操作、整定參數(shù)的設(shè)定修改、電動機的起停、正反轉(zhuǎn)以及速度的設(shè)定修改，操作簡單快速。各種故障報警、趨勢曲線、數(shù)據(jù)報表，操作記錄能在屏幕上清楚的顯示，減輕了工作人員的工作強度;同時對電能質(zhì)量和設(shè)備故障及時檢測、分析，使值班人員能在事故初始階段及時處理，減少電網(wǎng)事故造成的損失，是現(xiàn)代配電自動化的最佳選擇。

考慮到系統(tǒng)安全性，特別單獨設(shè)立一臺WEB服務(wù)器，用于遠程客戶瀏覽。客戶可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)直接輸入WEB服務(wù)器IP地址即可隨時瀏覽到現(xiàn)場實時畫面、報表數(shù)據(jù)、趨勢曲線等。同時單獨設(shè)立WEB服務(wù)器也避免了網(wǎng)絡(luò)病毒及黑客對數(shù)據(jù)服務(wù)器的直接攻擊，WEB服務(wù)器可加裝防火墻，并且力控FcPower系列軟件具備用戶授權(quán)機制，只有具備權(quán)限的用戶才可以登錄到服務(wù)器。

考慮到電力行業(yè)的特殊性，單獨配備一臺事件報警服務(wù)器，主要用于記錄系統(tǒng)運行日志以及系統(tǒng)報警記錄，可以實時聚合來自分布式系統(tǒng)的信息，為系統(tǒng)維護人員提供全面準確的系統(tǒng)實時運行信息，并且支持實時打印輸出。

3、設(shè)備控制層

設(shè)備控制層主控制器選用西門子S7-400H，并且采用硬件冗余架構(gòu)，這樣設(shè)計更能符合電力現(xiàn)場對穩(wěn)定性的要求。S7-400H是一個容錯(冗余)的PLC，它可以明顯地減少停機生產(chǎn)的危險。它的容錯結(jié)構(gòu)使S7-400H是一個適用于那些需要盡可能減少或避免MTTR以及故障停機的應(yīng)用場合的理想的控制器。例如發(fā)電或輸、配電、化學(xué)工業(yè)、采礦、運輸?shù)取?/p>

容錯性是通過二個并行的中央控制器實現(xiàn)的。它們的CPU通過光纜連接并通過冗余的PROFIBUS DP線路對冗余的I/O進行控制。除了故障CPU和PROFIBUS外，I/O自身可以冗余。當(dāng)發(fā)生錯誤或故障時進行無擾動的切換，即未受影響的熱備控制器將在中斷點繼續(xù)執(zhí)行控制而不丟失任何信息。

4、現(xiàn)場設(shè)備層

現(xiàn)場設(shè)備層主要由智能電能表、電度表、通信模塊和通信線組成。根據(jù)現(xiàn)場需求所有現(xiàn)場設(shè)備均可通過以太網(wǎng)方式將數(shù)據(jù)送到設(shè)備控制層的西門子S7-400H。包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等四遙數(shù)據(jù)。

5、工業(yè)以太網(wǎng)

整個系統(tǒng)的通信方式采用工業(yè)以太網(wǎng)方式，工業(yè)以太網(wǎng)是為工業(yè)應(yīng)用而專門設(shè)計，是一種遵循IEEE802.3國際標準的開放式、多供應(yīng)商、高性能的區(qū)域和單元級網(wǎng)絡(luò)。西門子工業(yè)以太網(wǎng)按照通信速度分為工業(yè)以太網(wǎng)和快速工業(yè)以太網(wǎng)兩類，通信速度分別為10Mbit/s和100Mbit/s.利用工業(yè)以太網(wǎng)，SIMATIC NET提供了一個無縫集成到新的多媒體世界的途徑。

力控FcPower系列軟件為我們提供實現(xiàn)了實現(xiàn)這一功能的條件，在此軟件平臺上組建西門子S7-400設(shè)備，在設(shè)備控制層上對每臺設(shè)備進行了地址編排，可以很清楚的知道設(shè)備的物理地址，方便故障查詢、線路維修。