综合能源服务—配网台区智能运维系统解决方案
一、概述
随着人们对供电可靠性、供电质量的要求越来越高,力工业的迅速发展,电网逐步扩张,电力负荷增长很快,电压等级越来越高,电网、发电厂以及单机容量越来越大,电网覆盖的面积也在不断扩大，因此必须采用现代化的技术手段对配电台区进行智能化升级，通过智能配变台区的建设，实现配电台区的信息化、自动化、互动化，满足智能电网发展需要和客户对供电能力、供电质量和供电服务的新要求，提高供电能力和供电可靠性，提升运行管理水平和服务能力。
配网台区智能管理系统由集控中心（主站系统）、通信终端和现场设备（智能断路器、电表等）组成。系统建设原则：一是经济性，综合效益明显，系统设备建设成本要远低于投运后产生的效益（直接的及间接的）；二是实用性，系统建设安装简便，管理操作界面友好，切实解决电网运行、管理、设备问题，明显提高故障分析预判及处理能力，明显提高电网经济智能化运行水平，明显优化设备使用效率及全寿命管理；三是安全性，包括网络安全和电网运行安全，能有效控制故障停电范围和时间，供电可靠率显著提高。
武汉舜通智能科技有限公司是从事配电台区监控、运维的专业系统供应商，具有完整的产品线，包括：智能电表，智能开关，断路器，具有边缘计算的通讯管理机，监控组态软件，运维平台，手机APP等，具有丰富的实施和方案设计能力，可以为配电网智能运行提供最优性价比的完整方案。
二、主要功能
2.1主要功能
1）通过无线网络系统，将分散在各地的配电台区设备（智能断路器、保护装置、电表等）通过通信终端与主站系统（计算机）链接起来，对现场设备进行实时监控管理。
2）在收到现场设备发来的故障信息后，在集控中心计算机显示屏上发出黄色警报灯闪烁提示。
3）通过网络为其他计算机用户（需授权许可）提供实时运行数据、遥控、遥信、遥调服务，提供基础台账录入、修改服务。授权用户进入系统设备台账管理，打开操作表格（设备台账管理格式表格），按表格要求填入现场设备信息。
4）系统能够同时管理多台下位机。海量收集、分析、存储、处理电网设备运行数据，智能发出操作指令。
5）采用4G/5G无线+物联网，现场设备通过通信终端4G网络与控制中心通信。
6）服务器。运用“云”服务器及物联网，为主站系统、远程控制器和供电公司集控中心及供电所管理计算机提供服务。服务器上安装主站软件，用于完成通讯链路的建立、现场设备运行数据的采集处理及存储、遥控操作、台账管理，并通过网络为其他授权计算机提供服务。服务器应由前置机、实时数据服务器、历史数据服务器、应用服务器组成，这些内容可部署在一台计算机上。
2.2通信终端
主要功能为数据中转及现场设备的编码管理和授时服务。通过无线网络实现与主站系统建立通信联结，通过485接口或电力载波与下位机（智能断路器、智能电表等现场设备）建立通信联结。接受上位机（主站系统）的命令，并将命令传达给下位机（现场设备智能断路器、智能电表）执行，完成数据交换。接收下位机上传的运行数据及故障信息，并向主站系统发送，完成数据交换。能够同时管理多台下位机。对下位机进行编码寻址管理，并进行编号，能准确区分各个下位机，信息指令传达无误。能实现无线远程对所辖现场设备进行分合闸操作、漏电巡查试跳、抄表功能以及智能化管理。
三、系统拓扑
系统按照县公司集控中心——变电站——10KV线路——台区——分路开关——用电客户的方式实现分布式分层菜单管理，完成各部分的基础台账、执行定值修改及遥控操作。
系统总体分布图如下所示：
系统拓扑图如下所示：
系统可以实现：集控中心——变电站——10KV线路——台区——分路开关——用电客户的方式实现分布式分层菜单管理，完成各部分的基础台账、执行定值修改及遥控操作。
四、技术方案
4.1智能通信管理机
通讯管理机是一种可以把一个变电所内所有的智能控制设备，如微机保护装置的通讯数据，通过协议转换逻辑处理，整理汇总后以一种数据桢格式实时上送上级主站系统、实现遥信、遥测功能的监控计算机。
SmartDAQ智能数据采集器内置自主研发的QTOUCH2.2组态软件，它是一台完整的嵌入式计算机平台，其内置软件具有众多IEC60870/PLC/IO/仪表的通讯协议库，具有实时数据库，具有sqlite3历史数据库。通过PC进行远程组态下载，具有远程监控，远程维护，远程调试的能力。它能够像PC机一样将本地数据远传到数据服务器中，也可以分担远程数据库服务器的压力，将数据本地存储，具有远程查询，断点续传的特点，确保系统的数据完整性。
内置了强大的联网、数据安全、边缘计算能，确保任何时候都可以不间断发送数据。
1）通讯管理机分类和类型标识代码：类型标识代码分类说明
2）环境条件
工作温度：-20℃~75℃
存储温度：-40℃～85℃
相对湿度：5%RH～95%RH
抗震动：2Grms@IEC60068-2-64
抗冲击：20g@IEC60068-2-27
3）机械影响
抗静电标准：2.5kv，符合EN61000-4-2、3级标准
设备材质：铝铁合金重量：<1.5KG
国际认可：CEFCC，EN55011ClassA，EN6000-6-2，
4）工作电源
5）可靠性指标
在正常工作状态连续通电72h，在72h期间每8h进行抽测，其功能和性能应满足相关要求。
平均无故障工作时间（MTBF）不低于7.6×104h。
6）数据传输信道
6.1通信信道
与主站的通信信道采用无线公网和以太网，与电能表的本地通信采用RS485总线方式。
6.2通信信道接口
通信接口应采用模块化、标准化设计，要满足采用不同通信方式的通信模块可互换的要求。
6.3通信协议：支持多种通讯协议：MODBUS、DLT645-97/07、IEC60870-5-101/102/103/104、建筑能耗XML，可以按照项目定制其他通讯协议
6.4外壳及其防护性能
196*120*38MM(W*D*H),铝合金金属外壳,导轨/开孔。
6.5功能要求
6.5.1采集功能
按设定抄收周期自动抄收各表计信息。可采集的信息应包括：电表的有功无功总电量、有功无功分时电量、最大需量、各类瞬时量、事件、热表的流量数据等，各类信息都带有时标。能够进行数据采集和数据转发，按照设定好的通讯协议进行数据采集，所有数据采集、转发等数据的读、写双向访问,根据安全需要可以设置成只读方式，保证系统数据的安全。
6.5.2传送功能
可选择支持Q-GDW376.1-2009《电力用户用电信息采集系统通信协议》或《国家机关办公建筑和大型公共建筑能耗监测系统分项能耗数据传输技术导则》的上传通讯导则以及标准MODBUSTCP/IP通讯协议、DL/T645、IEC60870-5-101/102/103/104等协议的数据转发。
6.5.3配置维护功能
所有维护、配置软件的运行在window系统上，可以对通讯数据采集器的软件进行上传、下载、报文监测、配置等功能。运行软件运行在数据采集器设备内，技术人员可以进行灵活设置,并可选设置密码，防止非授权人员操作的措施。
6.5.4接口
具备串口、以太网、GPRS/4G等多种通讯方式；提供端到端的“协议转发”方案，灵活可扩展通讯口；支持故障容错，支持多转多的协议转换模式，方便不同系统共享数据；硬件设备高效稳定的软件内核，高速数据交换通道。
6.5.5数据库接口
实现多种方式对数据库进行操作，包括：数据运算处理、历史数据存储、统计处理、报警处理、服务请求等。
6.5.6支持主站远程校时
校时功能满足主站远程校时。
6.5.7保护功能
需具备看门狗功能，在发生意外情况时，软件能够自动复位。具有自诊断功能，发现工作异常具有网关事件记录。
6.5.8数据存储功能
要求存储空间不小于128M，并可扩展，对于采集到的数据，可以在集中器内长期保存。
6.5.9数据安全性
采集器对外进行数据交互时，所传输的数据可以选择支持AES加密，保证数据不易被破解。
6.5.10数据完整性
支持断线续传，可对上行的数据进行异常暂存。如网络中断后，数据暂存于本地。网络恢复后，数据可重新发送到主站。
6.5.11支持接口扩展，（不局限于一种通讯协议）可扩展实现支持多种接口通讯协议；通讯配置灵活、高效快捷；
6.5.12通信接口开放，用户可以根据自身需求开发自定义协议；
6.5.13具有数据自动清理功能，能够灵活配置数据存储的时间和占用空间，当时间或者占用空间达到设定值，能够自动进行清理，删除时间最先前的数据，数据删除后，数据库可以自动整理占用空间，保证数据存储的安全；
6.5.14内置跨平台组态软件，并自带历史数据库，方便数据存储与处理。
4.2系统架构
根据数据的流向，设计系统分为五层架构：
数据采集层：主要通过传感器（智能表计）等获取各回路的电耗及其相关能源参数、光伏发电、储能、用电量等能源信息；
数据传输层：主要把能源数据转换成TCP/IP协议格式上传至本地监控服务器；
本地监控层：收集到现场实时数据后，在实时数据库中实时计算和分析，可对异常数据产生报警信息，可根据控制策略发出控制指令，并能向本地SCADA推送数据，也向综合服务平台推送数据；
数据服务层：数据存储层主要负责对能源数据进行汇总、统计、分析、处理和存储；
数据展示层：主要对存储层中的能源数据进行展示和发布，包括桌面浏览器和移动计算APP等。
4.4数据采集内容
变压器数据：
变压器高压、主变、低压、分接头、断路器、隔离开关和接地刀闸的位置信息，并网点的工作状态；
高低压、馈线的正向有功电量、正向无功电量、反向有功电量、反向无功电量；
高低压、馈线的三相电压，三相电流，有功功率，无功功率、功率因素，电流谐波（2-32次）、电压谐波（2-32次）、三相电流不平衡度、电压偏差，电网频率等；
变压器三相运行温度，高压母排温度、馈线温度等，以及由此计算的线损等。
用户计量数据：
三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因素、有功电量，无功电量、电流谐波（2-32次）、电压谐波（2-32次）、三相电流不平衡度、电压偏差，频率等。
无功补偿测量数据：
三相电压，三相电流，无功功率。
台区环境数据：
采集配电室的温度、湿度、电缆沟水位、摄像头、门禁等数据。
五、系统功能设计
数据采集与智能通信网络
能够对配电网各监测点的数据实时采集，能够实时计算和分析，可对异常数据产生报警信息，并能向SCADA或其他系统推送数据。
电能管理及报表功能
提供电量计量和管理报表，能自动准确的记录各种时刻的运行数据，实现自动记录功能，并可以随时调用；电压调节和不平衡度；
连续三相均方根电压；
周期性最大/最小/平均取样电压、谐波、电压偏移、频率；
通过报表功能能记录和分析各回路的运行参数；
提供丰富报表功能，各种监测数据通过报表的形式进行管理，分为监测数据日报表、月报表、年报表、以及综合报表等各种报表的形式；可按要求生成报表，报表数据自动添入；
可输入数据运算公式，丰富报表管理功能；
每台变压器回路周期性最大/最小/平均取样电流。
曲线分析
记录各回路的用电情况，如监测电压、电流，如出现最大用电量的时间段等功能；
能很好的记录开关的负荷量，对出现故障时提供丰富的运行分析依据；
可以调用每天、每月、每年的运行记录，根据运行记录能很好的进行同期比较和分析，并可根据比较和结合产量等因素分析，为节能提供一定的依据；
系统实时采集各种测量值，同时把采集到的数据保存到历史数据库中；
曲线功能可以对所有测量量进行统计和分析，包括最大值、最小值、平均值以及最大值最小值出现的时间等；
通过曲线监视系统运行参数的变化趋势、分析用电情况。
报警功能
告警方式：画面显示、多媒体语音告警、打印告警；
告警类型：越限告警、变位告警、事件告警、通讯状态告警、运行日志；
告警信息包括告警类型、发生告警的对象、告警内容、发生告警具体时间、确认状态等；
告警信息查询方式：通过告警信息查询系统可以从数据库中查阅历史告警信息；查询方式分为按类型、按时间段、按发生源、按等级等几种方式或它们的组合；
紧急告警优先弹出专用告警确认对话框；
通信状态监测和通信报文监测，一旦出现通信异常立即报警。
图形功能
系统分布图：直观地反映了变电站分布的地理位置情况，通过系统分布图可以了解该地区内所有变电站分布情况；
网络拓扑图：体现整个监控系统通讯设备的分布和网络连接方式，实现整个系统的通讯监视和网络诊断；
提供相关装置设备，如：变压器的状态界面，显示相关信息状态、数据参数等。
负荷管理
对用电设备运行状态进行管理，根据实时数据统计出用电设备各类别和时段的电量及负荷特征，为经济运行提供数据依据。
电压和无功管理
对配电网无功电压进行优化设置，可对无功补偿装置进行参数设置。可按无功率控制模式、功率因素控制模式、电压控制模式进行数据计算和控制指令发出。
统计分析评估
对配电网和外部系统间的能量交换进行统计分析；对电能质量的统计分析，对系统的可靠性进行统计分析，进行成本效益进行统计分析。
数据发布展示
相关数据信息发布、浏览，报表和画面等信息展示。
系统管理
可进行系统配置、人员权限管理、数据备份、日志记录。
六、配电台区智能运维平台
1. 点击<登陆>按钮，进入系统主界面，如图所示。
大屏控制
主要显示：安全运行时间，接入站点的数量，总的变压器数量等相关综合信息。
2. 数据中心
主要查看整个平台的报警，故障，接入设备，接入厂家的宏观数据。接入站点在地图上的分配位置等。
3. 企业用户
这一页主要介绍了用户企业用户。包含：日、月、年用电的概况；站点概况；运行状态；运行曲线；最近告警记录等信息。
4. SCADA系统图
平台显示站点的一次接线图。实时反应现地的开关，接地刀等状态和线路电压，电流等数据。
5. 用电参数
显示站点的电压、电流、功率因数等曲线信息。
6. 指标关联
通过勾选站点的多个设备回路进行电压、电流等同一时间段的数据对比分析。
7. 电量分析
电量分析主要是：用电量的分析。可根据不同的费率（尖、峰、平、谷）方案来预价。可以增加新的方案，不同的费率时段）和价格。
8. 历史报警
这里记录用户的报警。报警包含：电压，电流等越线报警；开关量报警；事件报警；其他报警。记录报警的的总数和类别，根据不同搜索条件筛选报警信息，并且可以查看报警的状态，通过报警的派单功能给运维人员派单处理问题。
9. 消防检测
消防检测是一个特殊的设备检测回路，主要检测剩余电流等相关信息以报表曲线等方式显示信息。
10. 对比分析
对比分析主要是通过用户多个设备）的电，水，气，热等数据的对比。
11. 能效排名
能耗排名主要用户多个设备能耗的排名。（目前提供top10）
12. 电能质量
用电质量主要分析的参数有：功率因数，谐波，三项不平衡，线损等项目。
13. 需量分析
需量，指定的时间周期内(在电力行业多取15分钟),需量周期中测得的平均功率值,称为电能需量。在一定时间周期内测得的平均功率最大值,称为电能的最大需量。
14. 需求响应
需求响应是按照能实际能源消耗的预估，已达到负荷是否需要增减或者其他站点能源调配的目的。
15. 电量统计报表
电量统计报表主要是记录用户设备的电能消耗。主要有“日报表”，“月报表”，“年报表”。点击“导出”按钮即可导出报表。
简单操作如下：
1）选择用户设备。
2）输入查询时间
3）选择报表的类别。比如默认“日报表”。
4）查询。
16. 负荷统计报表
电量统计报表主要是记录用户设备的负荷。主要有“日报表”，“月报表”，“年报表”。点击“导出”按钮即可导出报表。
简单操作如下：
1）选择用户设备。
2）输入查询时间
3）选择报表的类别。比如默认“日报表”。
4）查询。
17. 原始值报表
电量统计报表主要是记录用户设备的原始采集的数据（包含电压，电流，功率，谐波，温度等）。主要有“日报表”，“月报表”，“年报表”。点击“导出”按钮即可导出报表。
简单操作如下：
1）选择用户设备。
2）输入查询时间
3）选择报表的类别。比如默认“日报表”。
4）查询。
18. 安全用电报表
安全用电报表主要描述站点本月安全用电的概况信息。
