電力監(jiān)控軟件的可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)

周杰1  吳冬2  吳海峰2  趙娜2

（1.湖南省建筑科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410011）

（2.安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 201801）

摘要：本文根據(jù)安科瑞電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程，論述了電力監(jiān)控系統(tǒng)高擴(kuò)展性的設(shè)計(jì)思路和方法，對(duì)于電力監(jiān)控組態(tài)軟件與電力平臺(tái)方案的研究有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵字：安科瑞電力監(jiān)控軟件、組態(tài)、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)、規(guī)約、自動(dòng)報(bào)表、自定義報(bào)表

   隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展，電力監(jiān)控系統(tǒng)逐漸成為供電配電系統(tǒng)中的重要組成部分。所謂電力監(jiān)控系統(tǒng)，是在計(jì)算機(jī)上對(duì)系統(tǒng)中各設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況、工作狀態(tài)、運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)信息、階段運(yùn)行后報(bào)表信息展示等各方面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及信息處理的一套信息管理系統(tǒng)。

   電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、處理和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、歷史數(shù)據(jù)匯總等，圖形化展示各設(shè)備實(shí)時(shí)工作情況、設(shè)備數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)異常提供實(shí)時(shí)告警等功能。通過(guò)在供電配電設(shè)計(jì)中使用電力監(jiān)控系統(tǒng)，極大的提高了系統(tǒng)的工作效率與系統(tǒng)穩(wěn)定性、設(shè)備異常反應(yīng)的實(shí)時(shí)性等。

   認(rèn)真研究電力監(jiān)控系統(tǒng)，有助于我們更加完善供電配電技術(shù)，將電力監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用到各個(gè)行業(yè)中去，能有效地提高供電配電技術(shù)水平。安科瑞電力監(jiān)控軟件是為用戶提供智能電力監(jiān)控而研發(fā)出的一套完整的供電配電系統(tǒng)解決方案，在本文中，介紹電力監(jiān)控系統(tǒng)的基本功能，主要從應(yīng)用的角度介紹可擴(kuò)展性電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

1　電力監(jiān)控系統(tǒng)

   電力監(jiān)控系統(tǒng)是基于采集與監(jiān)視數(shù)據(jù)的軟件控制系統(tǒng)（SCADA，其全稱是：Supervisory Control And Data Acquisition）發(fā)展起來(lái)的，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行調(diào)度與控制，對(duì)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與設(shè)備控制等行為的一種抽象描述，所以控制系統(tǒng)本身技術(shù)上可以應(yīng)用于所有工業(yè)控制領(lǐng)域的各種場(chǎng)景。

2　電力監(jiān)控軟件要求

   電力監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行的典型場(chǎng)景模型如圖1所示，這種監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際情況的不同作相應(yīng)改變。

圖1 典型場(chǎng)景模型

2.1 系統(tǒng)可用性

   a.系統(tǒng)能夠可擴(kuò)展支持新的設(shè)備類型接入與新的協(xié)議，設(shè)備數(shù)據(jù)接入是系統(tǒng)核心。

   b.工程人員根據(jù)電力設(shè)計(jì)圖紙與現(xiàn)場(chǎng)終端設(shè)備拓?fù)?，進(jìn)行電力監(jiān)控項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，在此過(guò)程中，要求配置過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，方便工程調(diào)試和修改，以及設(shè)備的更換等。

   c.界面組態(tài)開(kāi)發(fā)人員能夠快速對(duì)應(yīng)電力監(jiān)控系統(tǒng)圖形界面的畫(huà)面布局、圖形層次與信息表達(dá)等內(nèi)容。

   d.用戶共性的自動(dòng)化報(bào)表以外的個(gè)性化支持與擴(kuò)展，以報(bào)表模板的方式支持用戶擴(kuò)展生成多樣化的報(bào)表，并且與電力監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)接，通過(guò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)合模板生成zui終報(bào)表。

2.2 高實(shí)時(shí)性與可靠性

   采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與展示，保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。

3　電力監(jiān)控軟件主要功能

   電力監(jiān)控軟件的核心是以應(yīng)用為導(dǎo)向，zui終以圖形和報(bào)表的形式，展示當(dāng)前各終端設(shè)備數(shù)據(jù)給用戶，顯示當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)和為用戶決策行為提供數(shù)據(jù)支持，圖2為系統(tǒng)功能模塊與框架說(shuō)明。

圖2 系統(tǒng)功能模塊與框架說(shuō)明

3.1 對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理

   電力監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)采集各終端設(shè)備的遙信、遙測(cè)、遙脈等數(shù)據(jù)，提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)高實(shí)時(shí)性的數(shù)據(jù)訪問(wèn)與處理，確保系統(tǒng)中各設(shè)備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，圖形化動(dòng)態(tài)展示及監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)提醒非正常運(yùn)行的供電設(shè)備。

3.2 對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行控制

   系統(tǒng)調(diào)度或監(jiān)控發(fā)出命令以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。利用電力監(jiān)控軟件主動(dòng)發(fā)出信號(hào)給遠(yuǎn)程終端設(shè)備實(shí)施控制操作，遠(yuǎn)程終端設(shè)備接受并執(zhí)行相應(yīng)命令實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。電力監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)操作進(jìn)行流程化與規(guī)范化，對(duì)整個(gè)電力監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行控制規(guī)范化，減少人工控制帶來(lái)的誤操作風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 設(shè)備階段數(shù)據(jù)監(jiān)視

   電力監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形化展示設(shè)備階段時(shí)間內(nèi)運(yùn)行的設(shè)備數(shù)據(jù)情況，系統(tǒng)管理者可根據(jù)設(shè)備階段運(yùn)行動(dòng)態(tài)情況決策分析出當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行情況與系統(tǒng)內(nèi)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并做趨勢(shì)判斷以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.4 報(bào)表處理

   在電力監(jiān)控系統(tǒng)中提供電子報(bào)表系統(tǒng)，可對(duì)接電力監(jiān)控系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)報(bào)表模板、運(yùn)算公式生成結(jié)果并載入，形成自定義與自動(dòng)生成的具有圖文并貌特征的數(shù)據(jù)信息報(bào)表，直觀清晰反映出階段內(nèi)系統(tǒng)中終端數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況。

4.可擴(kuò)展電力監(jiān)控軟件的接入方式與場(chǎng)景需求變化應(yīng)對(duì)

   當(dāng)前數(shù)據(jù)終端設(shè)備通訊方式、協(xié)議多樣，應(yīng)用場(chǎng)景多變，因此需要設(shè)計(jì)出高可擴(kuò)展性電力監(jiān)控軟件，以快速對(duì)應(yīng)各項(xiàng)目應(yīng)用，提高軟件的適用性與項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的效率，提高軟件的生命力，實(shí)現(xiàn)軟件設(shè)計(jì)過(guò)程中的數(shù)據(jù)接入與轉(zhuǎn)發(fā)、系統(tǒng)圖形、內(nèi)存庫(kù)動(dòng)態(tài)調(diào)配大小、報(bào)表等方面的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展性。

4.1數(shù)據(jù)處理

   數(shù)據(jù)接入和轉(zhuǎn)發(fā)：提供系統(tǒng)本地?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給第三方平臺(tái)或者系統(tǒng)作為對(duì)稱的結(jié)點(diǎn)存在于大系統(tǒng)中。

   通訊方式： 目前電力系統(tǒng)主要為有線通訊，其中包括串口，網(wǎng)口，光口。分布式光伏有時(shí)還會(huì)用到無(wú)線通訊。

   通訊協(xié)議： Modbus/RTU、IEC 103、IEC 101、DL/T645、CDT、DISA（CDT規(guī)約升級(jí)版）規(guī)約等。

   各協(xié)議的驅(qū)動(dòng)由單獨(dú)模塊實(shí)現(xiàn)，規(guī)約驅(qū)動(dòng)管理模塊通過(guò)規(guī)范化模塊接口，系統(tǒng)根據(jù)規(guī)約驅(qū)動(dòng)模塊名稱，執(zhí)行規(guī)范接口，加載規(guī)約驅(qū)動(dòng)。圖3對(duì)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)可擴(kuò)展設(shè)計(jì)交互流程說(shuō)明。

圖3 對(duì)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)可擴(kuò)展設(shè)計(jì)交互流程說(shuō)明

4.2系統(tǒng)圖形組態(tài)

   電力管理系統(tǒng)中的各智能終端設(shè)備的狀態(tài)與數(shù)據(jù)，需要圖形化直觀的以拓?fù)鋱D、電力一次圖、二次圖等方式展示給系統(tǒng)的使用者，顯示當(dāng)前系統(tǒng)各設(shè)備狀態(tài)，其中涉及較多圖元、圖形、圖表等繪圖元素，且組態(tài)時(shí)各部分支持用戶圖形自行擴(kuò)展，以適應(yīng)不斷增加的電力設(shè)備類型與用戶需求展現(xiàn)形式多樣性。

   圖元：系統(tǒng)默認(rèn)提供常用設(shè)備圖元，用戶也可自定義繪制

   圖形：圖形高度組態(tài)，系統(tǒng)拓?fù)鋱D、一次圖、二次圖用戶可自由繪制、綁定數(shù)據(jù)，直觀反映

   圖表：曲線圖形提供實(shí)時(shí)與歷史曲線結(jié)合，展示多點(diǎn)的所有歷史和當(dāng)前運(yùn)行情況，為決策提供直觀數(shù)據(jù)

4.3報(bào)表系統(tǒng)

   報(bào)表系統(tǒng)作為電力管理系統(tǒng)中重要的組成部分，將整個(gè)系統(tǒng)階段運(yùn)營(yíng)情況作匯總。報(bào)表的用途多樣，可作為能耗分析、電能管理等方面決策的數(shù)據(jù)支撐。根據(jù)電力管理的特點(diǎn)，系統(tǒng)支持自動(dòng)化報(bào)表、自定義報(bào)表，滿足用戶多樣化需求及電力管理系統(tǒng)的報(bào)表可擴(kuò)展性需求。

   自動(dòng)報(bào)表：電參量報(bào)表、電能報(bào)表能夠自動(dòng)生成，直接反映系統(tǒng)中各終端設(shè)備真實(shí)數(shù)據(jù)。

   用戶自定義報(bào)表：用戶提供報(bào)表模板與計(jì)算公式，采用腳本方式獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行填充，報(bào)表數(shù)據(jù)是進(jìn)行分析的結(jié)果，提供更具體直觀的報(bào)表，符合系統(tǒng)使用方多樣化需求。

4.4內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

   電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)與數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，主要是因?yàn)殡娏ΡO(jiān)控管理軟件對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求高，需要*時(shí)間反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，且系統(tǒng)與終端設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交互頻繁，數(shù)據(jù)不斷變化且大多是中間臨時(shí)數(shù)據(jù)，所以采用高速內(nèi)存存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，通過(guò)計(jì)算引擎把有意義的數(shù)據(jù)或者用戶關(guān)心的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，即保證了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與數(shù)據(jù)保存的持久。

   使用內(nèi)存庫(kù)保存數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)量大，多個(gè)系統(tǒng)需要共享數(shù)據(jù)，從多個(gè)角度展示給不同的系統(tǒng)用戶，實(shí)現(xiàn)形式上采用文件內(nèi)存映射的方式，組織形式上在設(shè)計(jì)內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)與數(shù)據(jù)庫(kù)管理相似，便于各程序?qū)υO(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行查找與讀寫(xiě)操作，索引過(guò)程可根據(jù)數(shù)據(jù)量大小建立直接索引與HASH索引，管理形式上由實(shí)際數(shù)據(jù)量決定文件全量映射或者分頁(yè)式管理文件映射（LRU換頁(yè)），各表在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)大小可調(diào)配，由接入設(shè)備與數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)量決定，從而支持系統(tǒng)可擴(kuò)展，減少大開(kāi)小用的浪費(fèi)情形。

5　總結(jié)

   電力監(jiān)控系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，在電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展過(guò)程中，要求電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠適應(yīng)不斷發(fā)展的電力終端設(shè)備與電力技術(shù)。以上從數(shù)據(jù)接入轉(zhuǎn)發(fā)、系統(tǒng)圖形組態(tài)、報(bào)表系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等四個(gè)系統(tǒng)的核心方面，在技術(shù)實(shí)現(xiàn)角度對(duì)可擴(kuò)展性電力監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)進(jìn)行說(shuō)明，可擴(kuò)展設(shè)計(jì)保證了軟件的對(duì)于行業(yè)不斷發(fā)展適用性。

   文章來(lái)源：《自動(dòng)化博覽》2017年2期。