智能電網(wǎng)基于力控電力軟件FcPower的低壓配電系統(tǒng)，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù)對(duì)配電網(wǎng)及其設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和管理的綜合系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化、饋線自動(dòng)化、用電自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)配電系統(tǒng)綜合自動(dòng)化。

一、概述

我國(guó)配電網(wǎng)自動(dòng)化的建設(shè)發(fā)展比較緩慢，建設(shè)資金短缺，設(shè)備技術(shù)性能落后，事故頻繁發(fā)生，影響了生活和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著電業(yè)的發(fā)展和電力市場(chǎng)的建立，配電網(wǎng)自動(dòng)化的薄弱環(huán)節(jié)顯得越來越突出，形成電力需求與電網(wǎng)設(shè)施不協(xié)調(diào)的局面。電網(wǎng)末端的用電主要表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)混亂、裝備陳舊、自動(dòng)化水平低、維護(hù)工作量大、供電可靠性低等方面。這種情況嚴(yán)重制約了電網(wǎng)末端的樓宇居民用電和大中型企業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)、電子技術(shù)為代表的3C技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和電力工業(yè)自動(dòng)化的飛速發(fā)展，為配電自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。該系統(tǒng)是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、電子技術(shù)和控制技術(shù)對(duì)配電網(wǎng)及其設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和管理的綜合系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)變電站自動(dòng)化、饋線自動(dòng)化、用電自動(dòng)化，以滿足中低壓配電自動(dòng)化的需求，促進(jìn)電力工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展。

1、總體體系結(jié)構(gòu)

該自動(dòng)化系統(tǒng)總體上采用分層分布式體系結(jié)構(gòu)，按照縱向分為遠(yuǎn)程管理層、設(shè)備控制層和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層三大部分，如圖1所示。

圖1 總體體系結(jié)構(gòu)圖

管理層是由四臺(tái)計(jì)算機(jī)和一臺(tái)打印機(jī)組成。其中兩臺(tái)計(jì)算機(jī)作為數(shù)據(jù)服務(wù)器，并且互為冗余架構(gòu)，正常情況下主站工作從站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主站狀態(tài)，當(dāng)主站出現(xiàn)故障時(shí)，從站可以迅速切換保證整個(gè)系統(tǒng)更符合電力行業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性的要求。

力控FcPower系列軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)配電設(shè)備的“遙控、遙調(diào)、遙信、遙測(cè)”四遙功能，具有友好的人機(jī)界面，操作簡(jiǎn)單快速，配置直觀簡(jiǎn)便。在上位機(jī)上不僅可以看到所有的電參數(shù)(三相電壓、電流、功率、電能等)、線路運(yùn)行參數(shù)、開關(guān)(分合閘)狀態(tài);而且可以通過上位機(jī)對(duì)各種配電設(shè)備進(jìn)行控制操作，例如：智能斷路器的分合閘操作、整定參數(shù)的設(shè)定修改、電動(dòng)機(jī)的起停、正反轉(zhuǎn)以及速度的設(shè)定修改，操作簡(jiǎn)單快速。各種故障報(bào)警、趨勢(shì)曲線、數(shù)據(jù)報(bào)表，操作記錄能在屏幕上清楚的顯示，減輕了工作人員的工作強(qiáng)度;同時(shí)對(duì)電能質(zhì)量和設(shè)備故障及時(shí)檢測(cè)、分析，使值班人員能在事故初始階段及時(shí)處理，減少電網(wǎng)事故造成的損失，是現(xiàn)代配電自動(dòng)化的最佳選擇。

考慮到系統(tǒng)安全性，特別單獨(dú)設(shè)立一臺(tái)WEB服務(wù)器，用于遠(yuǎn)程客戶瀏覽。客戶可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)直接輸入WEB服務(wù)器IP地址即可隨時(shí)瀏覽到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)畫面、報(bào)表數(shù)據(jù)、趨勢(shì)曲線等。同時(shí)單獨(dú)設(shè)立WEB服務(wù)器也避免了網(wǎng)絡(luò)病毒及黑客對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)器的直接攻擊，WEB服務(wù)器可加裝防火墻，并且力控FcPower系列軟件具備用戶授權(quán)機(jī)制，只有具備權(quán)限的用戶才可以登錄到服務(wù)器。

考慮到電力行業(yè)的特殊性，單獨(dú)配備一臺(tái)事件報(bào)警服務(wù)器，主要用于記錄系統(tǒng)運(yùn)行日志以及系統(tǒng)報(bào)警記錄，可以實(shí)時(shí)聚合來自分布式系統(tǒng)的信息，為系統(tǒng)維護(hù)人員提供全面準(zhǔn)確的系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行信息，并且支持實(shí)時(shí)打印輸出。

3、設(shè)備控制層

設(shè)備控制層主控制器選用西門子S7-400H，并且采用硬件冗余架構(gòu)，這樣設(shè)計(jì)更能符合電力現(xiàn)場(chǎng)對(duì)穩(wěn)定性的要求。S7-400H是一個(gè)容錯(cuò)(冗余)的PLC，它可以明顯地減少停機(jī)生產(chǎn)的危險(xiǎn)。它的容錯(cuò)結(jié)構(gòu)使S7-400H是一個(gè)適用于那些需要盡可能減少或避免MTTR以及故障停機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合的理想的控制器。例如發(fā)電或輸、配電、化學(xué)工業(yè)、采礦、運(yùn)輸?shù)取?/p>

容錯(cuò)性是通過二個(gè)并行的中央控制器實(shí)現(xiàn)的。它們的CPU通過光纜連接并通過冗余的PROFIBUS DP線路對(duì)冗余的I/O進(jìn)行控制。除了故障CPU和PROFIBUS外，I/O自身可以冗余。當(dāng)發(fā)生錯(cuò)誤或故障時(shí)進(jìn)行無擾動(dòng)的切換，即未受影響的熱備控制器將在中斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行控制而不丟失任何信息。

4、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層主要由智能電能表、電度表、通信模塊和通信線組成。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備均可通過以太網(wǎng)方式將數(shù)據(jù)送到設(shè)備控制層的西門子S7-400H。包括三相電流、三相電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)等四遙數(shù)據(jù)。

5、工業(yè)以太網(wǎng)

整個(gè)系統(tǒng)的通信方式采用工業(yè)以太網(wǎng)方式，工業(yè)以太網(wǎng)是為工業(yè)應(yīng)用而專門設(shè)計(jì)，是一種遵循IEEE802.3國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的開放式、多供應(yīng)商、高性能的區(qū)域和單元級(jí)網(wǎng)絡(luò)。西門子工業(yè)以太網(wǎng)按照通信速度分為工業(yè)以太網(wǎng)和快速工業(yè)以太網(wǎng)兩類，通信速度分別為10Mbit/s和100Mbit/s.利用工業(yè)以太網(wǎng)，SIMATIC NET提供了一個(gè)無縫集成到新的多媒體世界的途徑。

力控FcPower系列軟件為我們提供實(shí)現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)這一功能的條件，在此軟件平臺(tái)上組建西門子S7-400設(shè)備，在設(shè)備控制層上對(duì)每臺(tái)設(shè)備進(jìn)行了地址編排，可以很清楚的知道設(shè)備的物理地址，方便故障查詢、線路維修。