张永炼
中船澄西船舶修造有限公司江苏江阴214433
摘要：随着中国产业结构优化进程的加快，电力的生产和消耗也随着经济的发展进入新常态，同时，由于气候等各方面自然因素的影响，全社会的用电量不断增长。为了稳定我国的能源结构，促进可持续发展战略的实施，国家能源局及相关的行业自律组织分别做出了能源体制改革、电价政策调整的部署工作并成立了相关学会和专委会来组织、研究可再生能源的开发和利用，推进包括电力工业在内的能源行业在发展的过程中提高能源利用率、节约保护能源、保护环境。2016年，《“十三五”节能减排综合工作方案》、《能源发展“十三五”规划》的发布更是给电力系统的供配电工作提出了越来越高的要求。
数字化技术的进步为人们带来了诸多智能的用电设备，与此同时各种用电设备引起的电能质量问题也给人们的生活带来不便，而电力监控系统在供配电设计中发挥着及其重要而广泛的作用。它不仅可以及时地为供配电系统提供智能数据、监测开关情况，而且还可以帮助人们避免隐患，降低生产生活成本、提高生产效能。所以，本文将通过分析和探讨电力监控系统的基本功能和基本要求，从系统概述入手，进而深入阐述电力监控系统在供配电设计中的现代应用，为电力系统的供配电工作相关方面提供更多更实用的理论与实践知识，以便解决电能的各种质量问题、推进我国电力工业发展提高利用效率，达到优化能源结构的目的。
关键词：电力监控系统；供配电；电力应用
一、电力监控系统的简述
1.1电力监控系统的概念
电力监控系统主要是以网络技术、电子技术以及先进的控制技术等多种高科技方式，并利用计算机设备、交流通信工具、计量保护设备等多样化的高级装置为供配电系统的智能数据、开关状态监测、远程操控等功能搭建一个基本的平台，同时和监测设备，操控设备共同构成的一个监控系统，而这样的电力监控系统设计从监控角度来讲一般由三个层次部分组成。这三个层次分别是系统管理层、通信网络层和计算机监管层。
当代电力网络装置的运行是由装置自身的操作程序来完成的，和电网运行的状态是没有关系的，这样的配电方式被称为“被动配电网络”；当装置的运行可以由自身的操作程序来完成，并且能够由配电网络进行检测后，根据电网的能力等多个方面的参考标准，生成装置操作程序的运行指令，然后按照负荷的等级性步骤控制系统运行的，这样的配电方式被称为“主动配电网络”。一个被动的配电网络想要转变为主动的配电网络需要注意以下的操作：一是要适当地分配电力负荷——将电力的负荷按照重要性分成数个等级层次（此为动态的）；二是要使电力所形成的网络有“自我诊断”能力——即有调控电力负荷的能力。通常情况下，电力监控系统的正常工作状态是这样的：首先，需要确保系统的工作具有合理性、科学性，只有合理分配电力的负荷，才有可能充分地消除“配电高峰”，填补“配电低谷”；其次，关于变压器的“过负能力”，应提高其利用率，每一处的小功能所发挥的作用都不容小觑；再者，在前者的基础上充分发挥各种技术措施来节能、储能，有利于提高电力的利用效率；最后，当发生电力方面的故障时（如双路电源其中的一路停电或某台变压器运转异常等），智能电力监测系统将会在分析故障、判断故障的基础上，确定首级负荷的安全，之后分别通过调整二级负荷和三级负荷来完成较远距离的系统调节和监控、智能搜集、记录数据等众多功能的协调，进而促进整个电力系统的科学化、规范化运行，进一步提高电力系统运行的灵活性和可靠性，为人们生产生活用电提供更高质量的服务。
一个先进而健全的电力监控系统将在变配电与供配电监控系统中扮演着重要的角色并产生很多有利于用户生产生活的影响，如节省生产成本、防范未知隐患、促进供配电事业安全有效地开展等等。在实际操作中，操作人员需要做好供配电的电力监控布置工作，尤其是人机交互方面的作业，若完成得好将在很大程度上提高系统的实际价值。
1.2电力监控系统的基本功能
电力监控系统作为一个智能的高级系统有四个基本的功能，分别为：采集与数据、记录事件顺序与记录故障、远程操作与安全监视、监视电能质量。
1.2.1采集与处理数据
采集数据功能大致包括开关量采集、模拟量的采集、电能计量三个部分。开关量采集所收到的有效信息主要包括是否开关的状况、异常报警信息、自身保护动作等；模拟量的采集通过直流、交流两种采样方式采集包括电力监控系统中的各个模拟量，如电压、电流、功率、功率因数以及各段线路的电压等；电能计量通常指的是对有功电能和无功电能的采集。电能表中转动的圈数表示电能的大小即为一种较为常见的机械式电能脉冲计量方法，用计算机网络信息技术软件来采集数据则是较为先进的电能计量方法。处理数据则包含分析、记录数据的功能，是记录事件顺序的前期基础工作，可以通过报表的形式展现出来。
1.2.2记录事件顺序与记录故障
当电能监控系统在拥有足够多的内部存储情况下可以存储近期采集的所有数据信息包括断路器记录、保护动作记录、母线电压记录等，该功能可以保证在通信突然中断的情况下保存重要的数据信息和故障发生过程中的数据。
1.2.3远程操作与安全监视
数据的采集为电力监控系统的安全监视提供了数据保障，记录事件顺序与记录故障是远程操作与安全监视所要重点保护和防控的措施。电力监控系统中的电动操作和人工操作均包括就地或远距离的智能化操作程序。远程操作和安全监视功能中必有防失误的闭锁功能，并在采集模拟量发现操作失误或操作异常的行为时及时发出警报以实现安全监视的强大作用。
1.2.4监视电能质量
电能质量通常指的是电压与国家规定下的一般电压波形产生了较大程度的偏离电能质量问题具体表现为电压短时间内呈现的不稳定变动，或升或降或中断等。监视电能质量是安全监视功能的升级之举，集中于安全监视电能、电流、电压情况。当供配电出现问题时，系统就会通过所采集的数据及时发现异常，自动调节相应的参数以保证用电安全。
二、电力监控系统的“三大层次、六大功能”
2.1电力监控组态软件
电力监控系统设计从监控角度来讲一般由三个层次部分组成。这三个层次分别是系统管理层、通信网络层和计算机监管层。
电力监控组态软件是一种采集、监控数据并可以由此产生智能应用系统的组态化专用软件。工作人员在使用电力监控组态软件的过程中能够直接获得当时的详细数据，并且及时操控软件，实现操作的灵活性、通用性。而电力监控组态软件特有的七个基本功能更是为人们的生活创造了更多的便利，带来了更多的效益。进入二十一世纪以来，我国的应用工程师增多，人才济济，电力监控组态软件技术有了很大的提升，应用领域也愈来愈见宽泛。接下来将以在国内处于领先地位的北京三维力控科技有限公司（下面简称“力控”）所研发的组态软件为例来介绍电力监控组态软件的七大功能。
其一，绘图与编辑功能。组态软件的绘画功能不仅包括绘制位图、元图、按钮、编辑框、滑动条、标签、时钟、OLE文档等而且绘画环境灵活，提供了各种款式的工程模板和画面模板，画面制作支持插入GIF动态、JPG等多种格式的图画，这样的功能明显减少了开发者的工作量。除此之外，画面制作皆支持多个图层，可以灵活隐藏或显示脚本，复制、粘贴、剪切、删除、撤销画图对象，力控公司改善了包括浏览器在内的众多子图、并添加大量使用子图，改善了文本输入下拉框、复选框等众多Windows附件，操作属性因此变得更加方便简洁，图形工具实用性增强。
其二，校验身份功能。开启和关闭程序时有安全用户访问接口以便于分别进行用户身份的校验；如果用户在控件程序中想要进行实际操作（如修改文件、读／写数据等）则必须对其身份进行权限验证，这一功能不仅可以避免失误操作，而且还能防止不法分子进行非法操作。
其三，实时曲线和历史曲线功能。力控监控软件具有现代的网络功能，实现了数据传送接口丰富化、浏览门户定制化、终端访问简易化、数据处理多样化，在展现实时曲线和历史曲线的基础上，使数据更加可靠，设置众多访问接口以便用户更直观地了解实时数据的变化情况。
其四，报表功能。将特定的数据信息按照指令汇总，并按照预先要求好的格式打印出来或者存为文档。力控所开发的监控软件拥有灵活的报表生成系统，其中涵盖了函数集操作、部分Excel的计算和编辑功能、文件格式的多样化输出功能，同时支持嵌套型的复杂报表，操作实用，为相关工作人员减少了部分负担，大大地提高了工作效率。
其五，OPC（全称为：ObjectLinkingandEmbeddingforProcessControl）接口功能。电力监控系统作为各个自动智能化系统的的子系统，OPC接口必不可少，这一重要的接口功能使上一层的系统能够快速地通过此接口与电力监控系统互换数据，提升了企业控制系统的过程控制网络化性能。
其六，报警功能。电力监控系统的报警功能包括选择服务器、数据源、显示方式以及报警信号打印功能等，最重要的是可以实现动态报警确认功能，这是预防隐患最直接的方式。力控公司的监控软件所具备的报警、事件处理功能具有很强的分散性、恢复性，线下的数据存储依旧可行，功能强大，实现了监控平台的开放化、直观化。
三、电力监控系统的设计应用
3.1监控系统的基本要求
3.1.1对于主/中等重要压进线回路的八项监控要求如下：
①遥测。即远距离测量、采集、传输相关的重要运行参数，其中包括相与相之间的三相电压、线路上的电流、有功和无功功率以及单口网络端钮的有效视在功率等发电机发出的总功率、有功和无功电能、衡量电气设备的重要参数——功率因数、频率、电流与电压谐波畸变率以及它们的最大、最小值和负荷潮流等等，遥测的精度应该在0．2％左右。
②遥信。即远程信号——采集、传输相关的重要保护信息、开关分合量以及故障状态下的相关数据信息。
③遥控。即远程控制，是指在收到遥控命令后所进行的开关分合闸相关设备的远距离控制内容。
④合理设定报警输出值，体现监控的科学性、严谨性。
⑤就地显示。要求：相关显示设备要及时、准确、可循环地显示数据。
⑥标准通信接口，通用通信规约。要求：规范化、国际化。
⑦电能质量监测。为综合显示供配电系统的安全性、可靠性、稳固性，需对单次谐波（大于63次）检测进行分析、对电压骤变及干扰进行监视、与电压、电流相关的波形报警以及波形捕捉进行分析。
⑧设备应选择符合国际和地方的要求的配置。
3.1.2对于低压进线回路等重要出线回路的八项监控要求如下：
①遥测。即远距离测量、采集、传输相关的重要运行参数，其中包括相与相之间的三相电压、线路上的电流、有功和无功功率以及单口网络端钮的有效视在功率等发电机发出的总功率、有功和无功电能、衡量电气设备的重要参数——功率因数、频率、电流与电压谐波畸变率以及它们的最大、最小值和负荷潮流等等，远距离测量精确度在0．5％左右。
②遥信。即远程信号——采集、传输相关的重要保护信息、开关分合量以及故障状态下的相关数据信息。
③遥控。即远程控制，是指在收到遥控命令后所进行的开关分合闸相关设备的远距离控制内容。
④在进行继电输出中，通过设备的常开或常闭接点设定确切的数值，即可设定报警输出设置，当所测的数据高于或者低于设定值时，便可实现电力控制。
⑤就地显示，数字直观，具有较强的可视性，且要求具备较好的准确性和重复性。
⑥标准通信接口，通用通信规约。确保中央处理器和标准通信的子系统之间的串口符合国际电气水准；熟悉电力系统的通用通信规约，包括它的发展与制定任务与目标，将国际与国内情况相结合，准守地方规约。
⑦电能质量监测（特定人群）。单次谐波分析（小于63次）、电压骤升／骤降监视。
⑧设备应选择符合国际和地方的要求的配置。
3.1.3对于一般出线回路的五项监控要求如下：
①遥测。远距测量单相或三相交流电和母线排电压，必要时设定报警输出值和延长时。
②遥信。远程信号——采集、传输相关的重要保护信息以及（高压开关）断路器的分合状态、故障状态。
③遥控。即远程控制，是指在收到遥控命令后所进行的开关分合闸相关设备的远距离控制内容。
④标准通信接口，通用通信规约。确保中央处理器和标准通信的子系统之间的串口符合国际电气水准；熟悉电力系统的通用通信规约，包括它的发展与制定任务与目标，将国际与国内情况相结合，准守地方规约。
⑤设备应选择符合国际和地方要求的配置。（如MC系列的多个回路监控配置）
【结束语】
电力监控系统在供配电设计中的应用不仅可以及时地为供配电系统提供智能数据、监测开关情况，而且还可以帮助人们避免隐患，降低生产生活成本、提高生产效能，对于未来社会实现智能化生活、私人定制型家庭等众多领域有着很重大而深远的意义。
本文分析和探讨了电力监控系统的基本功能和基本要求，从系统概述入手，深入地阐述电力监控系统在供配电设计中的现代应用，随着人们对工业自动化的要求逐渐提高，组态软件越来越多且功能繁杂，系统应用在满足生产生活需求的同时更应该加大创新力度，简化繁琐的控制程序，提高软件的重复使用率，实现电力工业技术的“普遍化、平民化”。高新技术产业的茁壮成长为电力监控系统在供配电设计的应用中插上了腾飞的翅膀，相信在国家政策的引领下，在科技人才的努力下，中国的能源产业可以真正地实现科学发展、绿色发展、可持续发展。
参考文献：
[1]高士宏.《电力监控系统在供配电设计中的应用》[D].2013
[2]张静，谢路锋.《电力监控系统在供配电设计中的应用》[J].电力学报1994年01期
[3]魏彦朋，乔杨，孙成.电力监控系统在供配电设计中的应用研究[J].科技创新与应用，2015（11）：160