深圳藝樸露科技有限公司、海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司海口供電局的研究人員謝本建、徐平、林海英、宋志堅(jiān)、宋禹飛，在2017年第11期《電氣技術(shù)》雜志上撰文指出，電力系統(tǒng)通信是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的強(qiáng)有力的技術(shù)支持，特別是對于智能電網(wǎng)的發(fā)展來說，電力通信更是不可或缺的載體。

而通信電源是電力通信的心臟，是保證通信系統(tǒng)安全穩(wěn)定的關(guān)鍵。電力通信電源有著諸多運(yùn)行方案，本文列舉了幾種典型的應(yīng)用設(shè)計(jì)方案，引入以智能IPDU為核心的架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)電力通信機(jī)房微環(huán)境的監(jiān)控。并以某地區(qū)變電站為例，詳細(xì)介紹了該變電站通信電源監(jiān)控系統(tǒng)。

隨著電力行業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行始終作為電力系統(tǒng)運(yùn)行首要任務(wù)。對于智能電網(wǎng)來說，電力通信系統(tǒng)是保障電力系統(tǒng)技術(shù)和功能運(yùn)行的最有力的支撐和傳輸媒體。

通信系統(tǒng)的運(yùn)行離不開通信電源為其提供能量支持，通信電源是通信系統(tǒng)的心臟，沒有通信電源的動力保障，通信系統(tǒng)中任何模塊都無法正常運(yùn)行，穩(wěn)定可靠的通信電源是通信系統(tǒng)也是電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。

通信電源產(chǎn)品種類繁多，發(fā)展速度也比較快，其組成主要有高頻開關(guān)電源設(shè)備，半導(dǎo)體整流設(shè)備，AC-DC模塊電源，DC-DC模塊電源，逆變電源，UPS電源，交流穩(wěn)壓電源，發(fā)電機(jī)組及電源監(jiān)控系統(tǒng)等。

1典型電力通信電源方案

通過近幾年電力通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，電力主網(wǎng)通信電源的設(shè)計(jì)和建設(shè)都已日漸成熟，形成了一套較為完整的方案，對于220KV變電站，采用的是雙套通信電源分4個(gè)機(jī)柜安裝的配套通信電源，不僅安全可靠性高，而且便于維護(hù)管理，4個(gè)機(jī)柜主要包括：交流電源配電屏1面，高頻開關(guān)電源柜2面，直流配電屏1面。

其中，直流配電屏安裝2條配出母排，2套開關(guān)電源共配備4組免維護(hù)的鉛酸蓄電池，每套開關(guān)電源2組，且蓄電池單獨(dú)配電屏安裝，采用架式架構(gòu)，安放在單獨(dú)的蓄電池室，通信電源配電屏結(jié)構(gòu)示意圖1。

圖1 某變電站通信電源結(jié)構(gòu)示意圖

交流配電屏電源來自2路不同配電系統(tǒng)配出的380V交流電源，且配備一定數(shù)量的配出空開為其他配電屏備用電源，2面開關(guān)電源屏交流電源引自交流配電屏的不同配電系統(tǒng)的交流電源，且應(yīng)配備自互投裝置，為開關(guān)電源屏內(nèi)整流裝置提供可靠的電源輸入。

通信電源配出沒有特殊負(fù)荷要求時(shí)，整流模塊容量一般選擇6×30A，原理示意圖見圖2。兩面高頻開關(guān)電源屏分別為直流電源屏兩個(gè)母排提供直流電源，直流分配母排間用大容量的手動開關(guān)連接起來，正常運(yùn)行時(shí)在斷開狀態(tài)，故障狀態(tài)時(shí)可根據(jù)負(fù)荷情況選擇其運(yùn)行狀態(tài)。

圖2 高頻開關(guān)電源原理圖

在電力系統(tǒng)的二級通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)過程中，特別是對于110KV，35KV變電站，由于其通信設(shè)備數(shù)量相對較少，容量也相對較小，按照電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)原則，一般配備1套通信電源。

其結(jié)構(gòu)也比一級通信網(wǎng)絡(luò)的電源簡單些，通常將電源系統(tǒng)和蓄電池系統(tǒng)安裝在同一面配電屏中，蓄電池不再單獨(dú)設(shè)立蓄電池室。高頻開關(guān)電源容量按3×30A選擇。

2電源監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)

除了提高通信電源的穩(wěn)定性之外，對電源系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控也非常重要。通信電源監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)多級分布式的計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，一般可分為監(jiān)控中心（SC），監(jiān)控站（SS），監(jiān)控單元（SU）。其組成示意圖見圖3。

圖3 通信電源監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

監(jiān)控電源與被控設(shè)備相連，并周期性的將采集到的被控設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，向監(jiān)控站發(fā)送，監(jiān)控單元也可接收監(jiān)控中心下達(dá)的監(jiān)控命令，如通信發(fā)生中斷，監(jiān)控單元將保存主要告警數(shù)據(jù)，等待通信恢復(fù)后將中斷期間數(shù)據(jù)上報(bào)。

可見監(jiān)控站的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理的重要環(huán)節(jié)，監(jiān)控站向下與各監(jiān)控單元相連接，接收監(jiān)控單元采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行處理后在傳送給上一級。

而監(jiān)控中心是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中級別最高的設(shè)備，不僅具有與各監(jiān)控站通信及實(shí)時(shí)監(jiān)控的功能，還具有設(shè)置告警等級，用戶權(quán)限及監(jiān)控點(diǎn)性能門限值等參數(shù)的權(quán)限。

傳統(tǒng)的通信機(jī)房中，現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，機(jī)柜中設(shè)備運(yùn)行情況不均衡，難以監(jiān)測，為通信系統(tǒng)及電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了巨大隱患。目前，針對通信機(jī)房監(jiān)測中的薄弱環(huán)節(jié)，提出了建立機(jī)房設(shè)備微環(huán)境的概念。設(shè)備微環(huán)境是指機(jī)柜中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，包括溫度，濕度電力及監(jiān)控等相關(guān)參數(shù)和運(yùn)行情況。

在傳統(tǒng)的運(yùn)行模式中，溫度的控制通過空冷設(shè)備將機(jī)房室內(nèi)溫度降低，從而達(dá)到設(shè)備的冷卻，從沒有考慮過機(jī)柜和機(jī)架等環(huán)節(jié)。而微環(huán)境的引入就是將過去機(jī)房大環(huán)境參數(shù)正常但網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所處微環(huán)境參數(shù)不正常的弊端解決了，以降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備重啟，死機(jī)等故障的概率。

現(xiàn)而今對機(jī)柜內(nèi)機(jī)架上設(shè)備的微環(huán)境監(jiān)測已經(jīng)被各界重視起來，一種基于多傳感自校正技術(shù)，傳感網(wǎng)絡(luò)信息預(yù)測技術(shù)的智能電源分配單元（Intelligent Power Distribution Unit,IPDU）已作為設(shè)備微環(huán)境智能檢測的模型被業(yè)界列為研究的重點(diǎn)。

IPDU也可稱為遠(yuǎn)程電源管理器，能實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)柜內(nèi)電力的電壓，電流，功率，用電量等參數(shù)，同時(shí)也監(jiān)測其分路或每個(gè)設(shè)備端口的電力參數(shù)，當(dāng)電力參數(shù)出現(xiàn)過壓，欠壓，過流或分路斷路等情況時(shí)，能夠第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警，從而提高設(shè)備運(yùn)行的安全性。

TEDS格式的引擎校正方式可以將不同接口模式的傳感器引入實(shí)現(xiàn)多信息的自校正。而信息的同步問題則可以通過預(yù)測補(bǔ)償算法修正模型來完成。根據(jù)目前智能傳感器的技術(shù)發(fā)展情況，還需要對傳感器進(jìn)行自校正從而提高測算精度，這就要采用基于特定TEDS格式的引擎校正方式，主要包括：最后校正日期周期和所涉及的校正參數(shù)等等。

而新架構(gòu)下的自校正引擎在IPDU上而不是在傳統(tǒng)構(gòu)架中的監(jiān)控主機(jī)內(nèi)，采用TEDU的校正系數(shù)，利用分段線性插值函數(shù)進(jìn)行多參數(shù)傳感數(shù)據(jù)的自校準(zhǔn)，K通道傳感模型矯正公式：

K通道傳感模型矯正公式

3通信電源監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例

某地區(qū)變電站將遠(yuǎn)程控制單元，站端視頻處理單元等站端控制設(shè)備通過環(huán)境設(shè)備管理層的信息處理，將不同類型的監(jiān)控模塊及通訊模塊采用的不同類型的通訊協(xié)議采集的各種遙信遙測數(shù)據(jù)，統(tǒng)一為數(shù)據(jù)量，實(shí)現(xiàn)了與主站平臺之間的通信問題，通過協(xié)議封裝，將環(huán)境變量和門禁系統(tǒng)等模塊接入到系統(tǒng)中來，統(tǒng)稱為RPU，組成變電站綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對視頻，環(huán)境等信息實(shí)時(shí)處理功能。

通過RPU的連接將通信電源的相關(guān)供電系統(tǒng)，溫度等參數(shù)虛擬為一個(gè)環(huán)境信息量，相當(dāng)于將遙信數(shù)據(jù)虛擬成遙信設(shè)備，遙測數(shù)據(jù)虛擬為遙測設(shè)備后，將數(shù)據(jù)上傳或平臺主動獲取資源列表,定時(shí)與監(jiān)測模塊通信，讀取模塊數(shù)據(jù)，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳至平臺，自定義閥值。

此外，通過RPU的本地存儲功能，還可將采集的數(shù)據(jù)以歷史記錄的形式保存至本地以供查詢。通信電源監(jiān)控模塊監(jiān)控的內(nèi)容見表1，遙信數(shù)據(jù)見表2。

表1監(jiān)控的遙測數(shù)據(jù)

表2 監(jiān)控的遙信數(shù)據(jù)

該地區(qū)通信電源監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4

圖4 某地區(qū)變電站通信電源監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

該監(jiān)控系統(tǒng)中各通信電源監(jiān)控模塊都支持前端智能設(shè)備協(xié)議，其他模塊系統(tǒng)滿足modbus協(xié)議類型。結(jié)合該監(jiān)控系統(tǒng)的個(gè)監(jiān)控摸塊的特點(diǎn)，將監(jiān)控模塊的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為多種總線類型并存的方式，根據(jù)通信距離可采用RS-232C總新接口或RS-485/RS-422總線接口，其中RS-232C總線接口主要用在15m距離內(nèi)可靠通信系統(tǒng)中，而RS-485/RS-422接口采用的是差分信息傳輸，距離范圍可達(dá)1500m，使用與距離較遠(yuǎn)監(jiān)控模塊的連接。

此外，當(dāng)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)不大，而擴(kuò)展更高一級監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，可采用MODEM接口，通過主板上的接口撥碼開關(guān)，選擇接口方式，可以通過該接口，公用現(xiàn)有的公用電話網(wǎng)與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)通信。

根據(jù)該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可總結(jié)出該系統(tǒng)的特點(diǎn)如下：該系統(tǒng)兼容性強(qiáng)，把視頻監(jiān)控，電源監(jiān)控集中在同一套系統(tǒng)中，提高了平臺的使用效率。將通信電源數(shù)據(jù)統(tǒng)一虛擬成環(huán)境變量，通信電源的監(jiān)測數(shù)據(jù)與其他環(huán)境變量數(shù)據(jù)相同，平臺不需要重新投入資金開發(fā)，實(shí)現(xiàn)無縫集成。

實(shí)時(shí)監(jiān)測各系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，發(fā)生異常，短時(shí)就能接到報(bào)警數(shù)據(jù)降低了相應(yīng)時(shí)間。操作簡單，不需要重新培訓(xùn)就能使操作人員上手操作。

4 結(jié)論

通信電源監(jiān)測系統(tǒng)是通信設(shè)備及電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的保障，大大提高了各個(gè)站點(diǎn)通信電源運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，降低了維護(hù)成本，是通信電源維護(hù)管理從靠人力模式向自動化集中監(jiān)控管理模式邁進(jìn)的重要標(biāo)志。

基于IPDU的設(shè)備微環(huán)境監(jiān)測構(gòu)架，可是遠(yuǎn)程管理電源系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，還可對服務(wù)器微環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，利用TEDS校正引擎實(shí)現(xiàn)多傳感器的自校正。傳輸同步的問題通過補(bǔ)償預(yù)測算法的廣義預(yù)測模型，分析數(shù)據(jù)延時(shí)的原因得以解決。

通過實(shí)例，更直觀的感受到了電源監(jiān)控系統(tǒng)能有效的輔助電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，為電源監(jiān)