配电站信息管理系统设计研究

韩朝辉

（湖北省电力公司孝感孝南供电公司，湖北 孝感 432000）

随着我国电力事业的发展，全国各地积极兴建大规模配电站。配电站是实现对电力系统发电、输电配置连接的中转站。配电站内部含有大量的电力电气设备，这些设备的稳定可靠工作对于配电站安全可靠运行具有重要的作用。而对于配电站的管理，目前流行采用数字化信息化管理方式，即对整个变电站实现信息化管理模式。所谓配电站信息管理系统，就是利用计算机和网络通信技术，对配电站各个电力电气设备的工作状态实时监控，并能够实现远程控制，从而保证配电站的安全稳定可靠工作。

本论文结合当前主流信息技术的优势，对配电站进行信息管理系统的开发设计，从而实现底层传感器至上层电气设备实时监控和远程控制的目的，以期从中找到合理可靠稳定的适用于配电站的信息管理系统设计应用，并以此和广大同行分享。

1 配电站信息管理系统开发应用现状分析

（1）配电站信息管理系统开发应用现状

我国最早的配电站信息管理系统的开发可以追溯到二十世纪80年代，当时国外已经掀开数字化信息化建设的潮流，我国配电站也开始了面向配电站的信息管理系统的开发应用。经过几十年的开发设计应用，目前我国绝大多数配电站都已经基本实现了数字信息化管理，进而绝大多数配电站都在一定程度上实现了信息化管理；另一方面，随着电子通信技术和网络技术的发展，目前配电站数字信息化管理系统出现了利用网络构建一体化管理系统的趋势，即利用网络技术构建配电站一体化管理系统，从状态监测，到数据传输，到数据计算，到图形显示，到远程控制等，全部借助于网络实现，从而提高了配电站自动化程度和数字信息化应用水平。

（2）配电站信息管理系统应用中的问题与不足

尽管近几年我国配电站信息管理系统得到了长足的发展和应用，已经投入应用的配电站信息管理系统仍然存在较多的不足与问题，概括起来主要表现在以下几个方面：

① 信息化技术兼容性较差

目前很多配电站所采用的信息管理系统开发技术对于一些新技术的兼容性较差，具体所表现出来的特征就是技术向下兼容容易出现问题，不同配电站系统的信息管理系统版本不一致，导致数据传输容易出现不稳定和不可靠的情况。因此，对于不同配电站信息管理系统的兼容性必须要加以重视，否则将极大制约配电站信息管理系统的应用。

② 配电站信息化管理范围较窄

目前很多配电站所实现的信息化管理，只是在一部分范围所实现的，并没有真正实现全配电站的一体化信息化管理，而是将比较重要的电气设备状态监测及电网数据传输进行了联网信息化管理，其他配电站安全管理、多媒体监控管理等均未纳入到信息化管理的范围，因此目前配电站的信息化管理只是狭隘范围内的信息化管理。

③ 各子系统彼此孤立，无法兼容应用

配电站的子系统很多，如安全管理子系统，汽轮机管理子系统，发电机管理子系统，电网传输管理子系统等。不同的子系统先后实现信息化管理的建设进度也不一致，这就不可避免地出现不同的子系统采用不同商家构建信息化管理系统，导致不同的子系统互相无法完全兼容。一旦某一个子系统出现问题，则必须要联系原来的厂家进行维修维护，其他技术维修厂家无法实现维护，除非该管理子系统重做。这导致配电站子系统管理成本过高。

④ 后期维护复杂，技术升级难度大

正是由于配电站各个子系统相互孤立，无法兼容应用，导致了配电站信息化管理系统后期维护工作量较大且十分复杂。一旦某个子系统出现问题，会牵涉到其他很多子系统的正常稳定运行。更重要的是，子系统的技术升级实现起来比较困难，导致了目前配电站信息化管理系统无法真正实现运营。

2 配电站信息管理系统设计

鉴于上述问题，本论文对配电站信息管理系统重新进行了开发设计，重点是实现对配电站信息管理传输网络的设计开发。

2.1 配电站信息传输网络构建

（1）传输网络的选择

目前构建自动化控制系统的传输网络很多，比较流行的是现场总线网络。现场总线网络能够结合现场设备的具体通信协议和接口灵活地进行设计。但是现场总线网络最大缺点就是每一台电气设备都需要符合设备自身的通信协议和接口，造成了不同电气设备之间的现场总线网络并不能完全实现兼容性数据交互，这就造成了每一台电气设备实际上都是信息孤岛，因此对于配电站信息管理系统这样复杂庞大的自动化控制系统，电气设备十分繁多，不能采用现场总线网络。

工业以太网是近年来逐步流行起来的一种控制传输网络。它具有通信协议开放、兼容性强、通信实施安装方便等优点，尤其是工业以太网能够结合现场总线网络的优点，同时具备现场控制器，例如PLC、单片机等控制终端的通信联网，将底层数据无失真的传输至上位机信息管理系统。结合配电站电气设备的控制需求，这里采用工业以太网作为配电站信息管理系统的硬件传输网络。

（2）配电站信息管理网络设计方案

图1是配电站信息管理网络设计方案结构框架图，在层次架构上，分为信息管理层、中间层和设备控制层三层，如图所示。

图1 配电站信息管理网络结构框架图

① 信息管理层

信息管理层主要是对数据信息实现管理，包括对数据信息按照所期望的方式进行数据显示或者图形图像显示，对数据信息的存储、查询，以及根据数据信息做出超限报警、远程控制指令的下达等，完成对整个配电站电气设备的运行状态和工作参数的实时监测和远程控制。信息管理层主要由管理终端（安装了信息管理软件系统的PC机）、数据库服务器及应用程序服务器等构成。

②中间层

中间层其实就是网络传输层，其骨干网络就是工业以太网，同时还包含有路由器、数据收发中转站、现场控制站点等。中间层的主要作用是完成对来自底层电气设备状态参数及工作参数的网络传输，将相关数据传输至上层信息管理层；或者是将来自上层信息管理层的远程控制指令传输至各电气设备的现场控制设备或者控制节点，以完成对配电站电气设备的远程控制。中间层所选用的网络电缆以及网络通信设备的可靠性和稳定性，在很大程度上影响整个配电站信息管理系统运行的稳定性和可靠性。

③ 设备控制层

设备控制层主要借助PLC控制器或者单片机控制器，以及传感器，实现对电气设备工作参数和状态参数的实时监测，并将相关数据传输给PLC控制器或者单片机控制器进行数据预处理，进而传输至上层信息管理层；同时也负责接收来自上层信息管理层的远程控制指令，并实现由PLC控制器或者单片机控制器实现对电气设备的控制。设备控制层是整个配电站信息管理网络的最底层，其数据监测和指令控制的稳定性和可靠性在很大程度上将直接决定整个配电站信息管理系统的运行稳定性和可靠性。

2.2 配电站信息管理软件系统设计

根据需求，整个系统的信息管理软件系统可以划分为预处理模块，数据处理模块和人机交互模块三大部分，下面逐一分析。

（1）预处理模块

预处理模块主要是对来自底层的配电站电气设备运行的一些状态参数和工作参数进行预处理。预处理主要包括数据放大、数据滤波、数据整形以及数据必要的模数转换处理等操作。数据放大主要是针对一些状态参数或者电气参数十分微弱而设计的处理操作；同时由于配电网本身不可避免夹杂着大量的噪声信号，因此需要对数据进行滤波操作；数据整形主要是面向一些交流感性设备或负载而设置的预处理操作；模数转换则主要用于对电气参数进行模数转换，将模拟量转换为数字量，进而传输给信息管理系统进行操作。

（2）数据处理模块

数据处理模块主要是对经过预处理之后的数据进行标定，量程的自动切换，标度变换等，以符合人直观读书的标准将相关数据实时的显示在信息管理系统的终端屏幕上。结合到配电站实际的数据处理量较大，单纯依靠信息管理系统进行大量的数据运算，会导致信息管理系统部分内存被数据运算所占用而造成控制指令的延迟。因此为了保证控制指令的优先性和实时性，必须减小信息管理系统对数据运算处理的负荷。鉴于此，可以在底层电气设备的状态参数和工作参数采集后加一个数据处理模块，例如PLC处理模块或者是单片机处理模块，首先对预处理之后的数据进行标定计算，转化为相应数字量后直接传输给信息管理系统。这样能够有效地减少上位机系统在数据运算方面的负荷，进而提高了信息管理系统在信息管理方面的效率。

（3）人机交互模块

人机交互模块的作用是为了实现使用者和配电站信息管理系统之间的交互而设计的模块，例如信息管理系统要能够响应使用者设定的相关电气参数的超限报警值。再比如，信息管理系统要能够实时地将使用者发出的控制指令传输至各个电气设备，以实现远程控制配电站电气设备的目的。对于人机交互模块的设计，结合具体的数据应用角度来说，主要可以从两个方面入手：

① 数据的图形化显示设计

数据运算处理好之后，有些数据直接以数字形式显示没有意义，需要以连续变化的图形曲线的方式进行显示，这样使用者能够直观地了解数据的变化趋势。因此需要对数据的图形化显示进行开发设计。

② 数据的存储和查询

数据要能够自动保存在信息管理系统，因此要对数据的存储进行设计，要能够以使用者所期望的保存格式进行数据的存储；另一方面，还要能够实现对相关数据的自由查询，同时要能够按照不同的数据分类和关键词查找相关数据。

综上所述，信息管理系统的主要职责就是完成对下位机数据的采集和实时显示，并能够将使用者的操作指令传输至下位机实现控制，并完成二者之间的数据交互。

3 结 语

配电站信息化管理系统在很大程度上直接影响着配电站输变电的效率及效益，依赖于信息化管理系统和计算机辅助操作系统实现的配电站信息化管理系统能够明显提升配电站线损管理效益，提高配电站综合自动化管理水平。本论文结合当前应用最为普遍的工业以太网技术，利用工业以太网构建了配电站信息化管理传输网络，并对管理传输网络进行了上、中、下三层技术开发和设计，给出了具体的设计方案，对于进一步提高我国配电站综合自动化管理应用水平及提高配电站信息化管理水平具有借鉴意义。

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