电力通信网中蓄电池组集中监控系统设计与实现

1、第30卷第1期2010年1月电力自动化设备ElectricPowerAutomationEquipmentVol30No1Jan.2010电力通信网中蓄电池组集中监控系统设计与实现鲍慧，齐焱焱，李树军（华北电力大学电气与电子工程学院，河北保定071003）摘要：设计并实现了一种基于电力通信网的蓄电池组集中实时监控系统。该系统分为信息采集设备和各级服务器2个部分。信息采集设备负责监控蓄电池组的运行工况（测试内阻、电压、电流、温度等）及发送特定的指令（充放电、浮充电等）；各级服务器从不同层次管理信息采集设备。系统设计了4种通信模型，充分考虑了当前电力系统设备和通信网的各种情况。系统软件包括各级服务

2、器软件和前置软件；各级服务器软件采用模块化设计，其中第3级服务器直接面向监测设备，给出了该服务器功能框图。关键词：蓄电池组；集中监控；远程维护；网络化监控；数据通信；信道模型中图分类号：TM912；TM73文献标识码：B文章编号：10066047（2010）01011504备采集的数据通过一定形式传送到集控站进行更高级的数据分析，将集控站下达的命令信息传递给各设备并执行。11网络结构目前，我国电力系统数据通信网络已经形成了以光纤、微波及卫星通信构成为主干路的格局，各支路充分利用电力线载波、特种光缆等电力系统特有的通信方式，并充分采用明线、电缆、无线等多种通信方式及程控交换机、调度总机等设备组成

3、的多用户、多功能的综合通信网7。图1以某省为例，展示了我国电力系统数据通信网络的层次框架。可以看出，我国的电力系统数据通信网络主要分为3层结构，即核心层、汇聚层和接入层：各省局通过专用光传输设备直接连接在高速的国家电力系统数据通信专网的骨干网络上，形成核心层；省局通过路由设备、交换设备和光传输网络连接各市局，构成汇聚层；市局通过局域网、电力线载波信道、微波信道等诸多通信方式连接各变电站和发电厂，构成接入层。0引言长期以来，国内电力系统对蓄电池的维护工作开展得很不理想，一直是电力系统监控中的盲点1-2，造成这种现象的原因大致有以下4点：变电站地理位置较为分散，且大都无人值守3；变电站内蓄电池数量

4、庞大；蓄电池大都是阀控式密闭铅酸蓄电池，从外表上无法分辨放电能力；人工维护操作困难，成本高，周期长。针对实际问题，本文提出了一种蓄电池集中实时监测系统，利用电力系统数据通信网对分散的变电站蓄电池组在线监测，能够及时发现坏损电池并对其进行远程维护，保证了电力系统的安全稳定运行。1电力系统数据通信网络简介要实现电力系统数据通信系统需要两方面的条件4-6：需要一种可靠的蓄电池在线型监测与维护设备；需要变电站提供某些形式的通信资源，将设收稿日期：20090610；修回日期：20091023!Developmentofresistivecurrenttesterforhigh-currentZnOarr

5、esterLIUFan1，ZENGHong1，HUCan1，XUAn1，LIUJingmin1，WUGuofeng2，WANGXianwei2（1.SichuanElectricPowerTest&ResearchInstitute，Chengdu610072，China；2.BaodingHengxindaElectricCompanyLimited，Baoding071051，China）Keywords：resistivecurrent；triphasemeasurement；interphasesuppression；电力自动化设备国家网调中心微波中继信道（备）国家电力系统数据

6、传输网络骨干层省级电力专用光纤信道变电站5调度中心第2级服务器第1级服务器第30卷LAN国家电力网调中心国家电力系统数据通信网骨干层微波中继信道（备）LAN省电力监控中心PDH通信网络市1电力管理中心其他公共网络市2电力管理中心第3层交换机SDH通信网络市3电力管理中心某传输网微波信道路由变电站9TCPIP网络第3级服务器1电力载波信道信道模型1监测设备1信道模型2监测设备2TCPIP网络第3级服务器2信道模型3监测设备3信道模型4监测设备4专用光电力载纤信道波信道变电变电站1站2图2系统结构简图变电变电站3站4变电变电变电站6站7站8Fig.2Structureofmonitoringsys

7、tem图1国家电力系统数据通信网络构成简图Fig.1Frameworkofnationalelectricpowertelecommunicationnetwork变电站通信资源分析变电站都有一定的通信资源，但是形式多种多样，而且不同变电站与集控站的连接形式也有很大区别。总结起来，变电站通信资源大致有3种情况。a.某些地区的电力通信网发展迅速，大部分市局的集控站与变电站之间都已连接了先进的光纤环网，传输数据速率很快，主干线路上至少可以达到155Mbits，而且光纤环网有很强的自愈功能，性能突出且稳定。电力部门通过路由器、交换机、服务器等网络设备，将变电站与集控站建立了以光纤为传播介质的计算机广

8、域网，使变电站拥有了计算机网络通信功能8。b.市级供电局直接管辖的变电站配备有远动装置，远动系统作为SCADA系统的最重要的构成部分，主要负责采集变电站内重要的变压设备和继电保护设备的工作状态信息，为电力系统的安全调度提供数据支持。远动系统一般保留了一定数量的通信资源，其中最常见的是RS-232型或RS-485型串行通信接口。c.新建变电站有很多是通过光纤通道直接与集控站连接的，享有自己独立的2M通道，共计32个64K时隙，绝大多数变电站都有数目不一的时隙资源可以利用，只要将自己的信息接在复用器的接口即可，这部分接口大部分都是RS-232型。122.1蓄电池组集中监控系统设计机和后台数据服务器

9、2部分构成。数据预处理机完成应用协议的解析、转换、数据分析、报警控制，与后台数据服务器通信等；后台数据服务器主要用来响应接收预处理机的要求存取重要数据。由于面向对象的不同，各级服务器的主要任务也有所不同12-13。第1级服务器安装在国家电网调度中心，其主要任务是通过轮询方式获得国内所有第2级服务器的数据并汇总。在理论上，第1级服务器可以获得全国任何变电站的监测数据。第2级服务器安装在省局内，主要任务是通过轮询方式获得本省内所有市级第3级服务器的数据并汇总。在理论上，第2级服务器可以获得全省任何变电站的监测数据。第3级服务器安装在市级供电局内，负责直接从变电站内的蓄电池监测设备采集信息并存储、分

10、析，控制设备动作，管理人机界面，生成报表、图表等，驱动报警装置和打印设备，并提供给客户端和上级服务器所要求浏览的数据。2.2系统通信方式设计假如变电站与集控站之前存在计算机网络环境，并且变电站内有后台计算机或者站内其他设备正在使用的前置计算机，可以利用这些计算机的串行通信接口连接蓄电池监测设备，并将其采集的数据通过TCPIP网络传送到第3级服务器。通信模式如图3所示。RJ45RS-232监测第3级RJ45前置机TCPIP网络服务器设备系统结构系统设计如图2所示，共分为2个部分，信息采集设备和各级服务器9-11。信息采集设备负责监控蓄电池组，完成初步的数据分析工作，并且可以解释特定的指令，对蓄电

11、池进行强充电、放电、浮充电、活化、测试内阻、测试电压电流和温度等各种动作。各级服务器从不同层次管理信息采集设备。图3信道模型1Fig.3Communicationchannelmode1第1期鲍慧，等：电力通信网中蓄电池组集中监控系统设计与实现算机，则可以选用串口服务器设备代替，它既可以解析IP数据报文，将信息转化为RS-232制式，也可将RS-232制式的信息封装成IP数据报文，传送到计算机网络上。通信模式如图4所示。RJ45串口RS-232监测第3级RJ45TCPIP网络服务器服务器设备图4信道模型2Fig.4Communicationchannelmode2何通过路由设备进行通信，还考虑

12、了电力通信专网与因特网的信息接口问题。系统软件具有强大稳定的数据处理功能，还能够灵活适应各种实际的网络配置。系统软件主要包括了2个部分，各级服务器软件和前置机软件。第3级服务器直接面向监测设备，功能复杂精细，其功能构成如图7所示。各类报表打印驱动查询查询响应模块各类图表数据显示及操作响应报警器驱动数据报警检查模块短信报警对于没有网络环境的变电站，可利用的站内资源有3类：采用远动信道的空闲资源；2M信道的某个64K时隙；载波机的复用接口。除此之外，可以为监测设备和第3级服务器配备小型光端机直接为二者搭建高速信息通道。这几类通信资源都可以抽象为准RS-232信道。通信模式如图5所示。第3级服务器人

13、机界面设计用户权限控制模块核心数据库控制模块数据分析命令解析模块控制通道实时监控模块数据通道图7第3级服务器功能框接口转换设备准RS-232信道远动系统备用信道光纤信道（或其64K时隙）载波机剩余信道接口转换设备Fig.7Serverfunctionalchartofrank3RS-232监测设备图5信道模型3Fig.5Communicationchannelmode3对于准RS-232信道，其通信接口大多数情况下是RS-232制式的，也有少数使用RS-485制式或其他制式，在这种情况下，需要在设备与信道接口之间加上适当的接口适配器。对于少数地处偏远的变电站，既没有TCPIP环境，远动通道资源

14、也比较紧张，可以选择为蓄电池监测设备和第3级服务器配备无线通信模块，使用成熟的移动通信网络来传输数据，尤其是GPRS数字业务，可以提供较稳定的无线信息通道16-17。这种利用无线信道的通信方式，称之为信道模型4，如图6所示。RS-232第3级服务器无线通信设备（TC351等）公共移动通信网络无线通信设备（TC351等）值得注意的是，上级服务器虽然主要通过TCPIP方式访问下级服务器，但这并不表明二者之间只有这一种通信方式。市局和省局之间，省局和国家网调中心之间都有备用信息通道，如微波中继信道、卫星信道等，在这些情况下，上级服务器都能够适应，即能够以不同的通信方式访问下级服务器，提高了系统的灵活

15、性。在变电站有前置计算机的情况下，第3级服务器通过TCPIP网络访问前置机，蓄电池在线检测装置与该计算机通过RS232接口连接。这时前置计算机主要负责将蓄电池组信息接收后送入局域网中，即主要完成数据中转工作。3总结RS-232监测设备图6信道模型4Fig.6Communicationchannelmode4与传统的人工和半人工的维护方式相比，集中监控模式的优势主要有2点：使维护人员在值班室内就能了解到众多变电站内蓄电池的实际运行情况，节约了人力资源，提高了电力系统的综合自动化水平；由于主动报警和远程操作，使蓄电池的维护工作具有更强的目的性和针对性，大幅提高了工作效率。本系统已经在全国多省份电力

16、部门安装运行，极大减轻了电力部门维护人员的工作量，提高了系统综合自动化水平及人员工作效率。参考文献：1辛耀中.新世纪电网调度自动化技术发展趋势J.电网技术，2001，25（2）:1-10.2.3系统软件设计本系统实现的功能很多，包括网络化的信息采集、智能数据分析、数据库存储、人机界面设计、各种图表、曲线、报表及打印驱动、手机报警驱动等，尤其是网络化的信息采集方式，系统软件不仅考虑了实XINYaozhong.Developmenttrendofpowersystemdispatchingtechniquein21st.PowerSystemTech-，（）：1-电力自动化设备2罗海云，陈钢杰，张

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