電力監(jiān)控軟件的可擴展性設計

周杰1  吳冬2  吳海峰2  趙娜2

（1.湖南省建筑科學研究院，湖南 長沙 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)軟件的設計過程，論述了電力監(jiān)控系統(tǒng)高擴展性的設計思路和方法，對于電力監(jiān)控組態(tài)軟件與電力平臺方案的研究有一定的參考價值。

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、規(guī)約、自動報表、自定義報表

   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)，是在計算機上對系統(tǒng)中各設備的實時運行情況、工作狀態(tài)、運行歷史數(shù)據(jù)信息、階段運行后報表信息展示等各方面進行實時監(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)實現(xiàn)了設備數(shù)據(jù)的實時采集、處理和實時數(shù)據(jù)儲存、歷史數(shù)據(jù)匯總等，圖形化展示各設備實時工作情況、設備數(shù)據(jù)，對設備數(shù)據(jù)異常提供實時告警等功能。通過在供電配電設計中使用電力監(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、設備異常反應的實時性等。

   認真研究電力監(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)應用到各個行業(yè)中去，能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，主要從應用的角度介紹可擴展性電力監(jiān)控系統(tǒng)的設計實現(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)展起來的，運用計算機技術(shù)，在電力系統(tǒng)運行過程中進行調(diào)度與控制，對設備進行數(shù)據(jù)采集與設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)上可以應用于所有工業(yè)控制領(lǐng)域的各種場景。

2　電力監(jiān)控軟件要求

   電力監(jiān)控系統(tǒng)運行的典型場景模型如圖1所示，這種監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)實際情況的不同作相應改變。

圖1 典型場景模型

2.1 系統(tǒng)可用性

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

   b.工程人員根據(jù)電力設計圖紙與現(xiàn)場終端設備拓撲，進行電力監(jiān)控項目開發(fā)，在此過程中，要求配置過程相對簡單，方便工程調(diào)試和修改，以及設備的更換等。

   c.界面組態(tài)開發(fā)人員能夠快速對應電力監(jiān)控系統(tǒng)圖形界面的畫面布局、圖形層次與信息表達等內(nèi)容。

   d.用戶共性的自動化報表以外的個性化支持與擴展，以報表模板的方式支持用戶擴展生成多樣化的報表，并且與電力監(jiān)控系統(tǒng)對接，通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)合模板生成終報表。

2.2 高實時性與可靠性

   采用實時數(shù)據(jù)庫技術(shù)，對數(shù)據(jù)進行處理與展示，保證系統(tǒng)的實時性要求。

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用為導向，終以圖形和報表的形式，展示當前各終端設備數(shù)據(jù)給用戶，顯示當前系統(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)功能模塊與框架說明。

圖2 系統(tǒng)功能模塊與框架說明

3.1 對電力設備進行數(shù)據(jù)采集與處理

   電力監(jiān)控軟件實時采集各終端設備的遙信、遙測、遙脈等數(shù)據(jù)，提供實時數(shù)據(jù)庫高實時性的數(shù)據(jù)訪問與處理，確保系統(tǒng)中各設備數(shù)據(jù)實時更新，圖形化動態(tài)展示及監(jiān)控系統(tǒng)實時提醒非正常運行的供電設備。

3.2 對電力設備進行控制

   系統(tǒng)調(diào)度或監(jiān)控發(fā)出命令以實現(xiàn)遠程操作。利用電力監(jiān)控軟件主動發(fā)出信號給遠程終端設備實施控制操作，遠程終端設備接受并執(zhí)行相應命令實現(xiàn)遠程控制。電力監(jiān)控系統(tǒng)對操作進行流程化與規(guī)范化，對整個電力監(jiān)控系統(tǒng)的運行過程進行控制規(guī)范化，減少人工控制帶來的誤操作風險。

3.3 設備階段數(shù)據(jù)監(jiān)視

   電力監(jiān)控系統(tǒng)實時動態(tài)圖形化展示設備階段時間內(nèi)運行的設備數(shù)據(jù)情況，系統(tǒng)管理者可根據(jù)設備階段運行動態(tài)情況決策分析出當前設備運行情況與系統(tǒng)內(nèi)可能出現(xiàn)的問題，并做趨勢判斷以確保系統(tǒng)的正常運行。

3.4 報表處理

   在電力監(jiān)控系統(tǒng)中提供電子報表系統(tǒng)，可對接電力監(jiān)控系統(tǒng)中的歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)，根據(jù)報表模板、運算公式生成結(jié)果并載入，形成自定義與自動生成的具有圖文并貌特征的數(shù)據(jù)信息報表，直觀清晰反映出階段內(nèi)系統(tǒng)中終端數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況。

4.可擴展電力監(jiān)控軟件的接入方式與場景需求變化應對

   當前數(shù)據(jù)終端設備通訊方式、協(xié)議多樣，應用場景多變，因此需要設計出高可擴展性電力監(jiān)控軟件，以快速對應各項目應用，提高軟件的適用性與項目開發(fā)的效率，提高軟件的生命力，實現(xiàn)軟件設計過程中的數(shù)據(jù)接入與轉(zhuǎn)發(fā)、系統(tǒng)圖形、內(nèi)存庫動態(tài)調(diào)配大小、報表等方面的動態(tài)擴展性。

4.1數(shù)據(jù)處理

   數(shù)據(jù)接入和轉(zhuǎn)發(fā)：提供系統(tǒng)本地數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給第三方平臺或者系統(tǒng)作為對稱的結(jié)點存在于大系統(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。分布式光伏有時還會用到無線通訊。

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

   各協(xié)議的驅(qū)動由單獨模塊實現(xiàn)，規(guī)約驅(qū)動管理模塊通過規(guī)范化模塊接口，系統(tǒng)根據(jù)規(guī)約驅(qū)動模塊名稱，執(zhí)行規(guī)范接口，加載規(guī)約驅(qū)動。圖3對系統(tǒng)驅(qū)動可擴展設計交互流程說明。

圖3 對系統(tǒng)驅(qū)動可擴展設計交互流程說明

4.2系統(tǒng)圖形組態(tài)

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

   圖元：系統(tǒng)默認提供常用設備圖元，用戶也可自定義繪制

   圖形：圖形高度組態(tài)，系統(tǒng)拓撲圖、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：曲線圖形提供實時與歷史曲線結(jié)合，展示多點的所有歷史和當前運行情況，為決策提供直觀數(shù)據(jù)

4.3報表系統(tǒng)

   報表系統(tǒng)作為電力管理系統(tǒng)中重要的組成部分，將整個系統(tǒng)階段運營情況作匯總。報表的用途多樣，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，系統(tǒng)支持自動化報表、自定義報表，滿足用戶多樣化需求及電力管理系統(tǒng)的報表可擴展性需求。

   自動報表：電參量報表、電能報表能夠自動生成，直接反映系統(tǒng)中各終端設備真實數(shù)據(jù)。

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

4.4內(nèi)存數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

   電力監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，主要是因為電力監(jiān)控管理軟件對數(shù)據(jù)實時性要求高，需要*時間反映設備運行狀態(tài)，且系統(tǒng)與終端設備進行數(shù)據(jù)交互頻繁，數(shù)據(jù)不斷變化且大多是中間臨時數(shù)據(jù)，所以采用高速內(nèi)存存儲實時數(shù)據(jù)信息，通過計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)進行轉(zhuǎn)儲到數(shù)據(jù)庫，即保證了系統(tǒng)的實時性與數(shù)據(jù)保存的持久。

   使用內(nèi)存庫保存數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)量大，多個系統(tǒng)需要共享數(shù)據(jù)，從多個角度展示給不同的系統(tǒng)用戶，實現(xiàn)形式上采用文件內(nèi)存映射的方式，組織形式上在設計內(nèi)存數(shù)據(jù)庫時與數(shù)據(jù)庫管理相似，便于各程序?qū)υO備數(shù)據(jù)進行查找與讀寫操作，索引過程可根據(jù)數(shù)據(jù)量大小建立直接索引與HASH索引，管理形式上由實際數(shù)據(jù)量決定文件全量映射或者分頁式管理文件映射（LRU換頁），各表在內(nèi)存數(shù)據(jù)庫大小可調(diào)配，由接入設備與數(shù)據(jù)點數(shù)量決定，從而支持系統(tǒng)可擴展，減少大開小用的浪費情形。

5　總結(jié)

   電力監(jiān)控系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的一個重要組成部分，在電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展過程中，要求電力監(jiān)控系統(tǒng)能夠適應不斷發(fā)展的電力終端設備與電力技術(shù)。以上從數(shù)據(jù)接入轉(zhuǎn)發(fā)、系統(tǒng)圖形組態(tài)、報表系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等四個系統(tǒng)的核心方面，在技術(shù)實現(xiàn)角度對可擴展性電力監(jiān)控軟件的設計進行說明，可擴展設計保證了軟件的對于行業(yè)不斷發(fā)展適用性。

   文章來源：《自動化博覽》2017年2期。