配电网优化监控系统方案设计 徐双蝶 指导老师：刘东 (上海交通大学电气工程系，上海市200240：) 摘要：介绍了目前国内配电网数据采集与监控系统的现状和存在的问题。针对配电网监控 系统存在的功能单一、集成度低、互操作性及实时性差等问题，提出了对现有多类监测装置、 通信标准和管理系统进行统一化，设计了包含设备终端层、通信网络层、数据分析处理与集 成层、系统维护与管理层在内的配电网优化监控系统。 关键词：配电网，监控系统，信息集成，通信 配电网自动化系统，是目前电力行业信息 1.引言 化的主要方向之一，具体涉及电网监控、电网 配电网监控系统是近年来电力系统自动控制和电网保护。其中，电网监控系统主要通 化研究的热点和未来趋势之一，目前己有很多。过采集配电网上的数据信息，对配电网的运行 相关的成果。 状况进行监视和分析，并将结果反馈给操作人 文献[]分析了目前国内配电网监控系统员和用户[3]。 的需求和功能设计：文献2,3]分别设计了总体 随着国民经济的发展，电网不断扩大，用 的配电网监测系统：文献[4,5]提出了适用于县户对供电质量和供电可靠性要求越来越高，因 级企业中低压配电网的统一数据采集与监控而对配电网监控系统的要求也越来越高。长期 系统：文献[610]研究了配电网监控系统中的以来，我国的电力发展有“重输轻配”的倾向， 通信系统，并提出了基于GPRS的通信方法： 造成目前配电网建设管理远远滞后于输电网。 文献11-13]提出了高级应用GIS、UML语言在 2009年，国家电网公司提出要建设国际领 配电网系统中的应用：文献14-16]分别就配电先、具有中国特色的坚强智能电网。预期到 过程中的具体问题（电能质量，过电压，线损）2014年底，用户用电信息采集系统覆盖率达到 作出了具体的方案设计：文献[17-23]针对不同100%。2015年，国家能源局提出要“加强配 行业（油田，铁路，煤矿）和地区（农村，县电自动化建设，加强配电通信网支撑，推进用 市)设计了具体的监控方案。 电信息采集全覆盖”[26]。 本文在以上文章的基础上，综合了各个系 随着我国电力系统自动化建设进程的不 统的特点与优点，对当前配电网监控系统中的 断推进，使得配电网在线监控技术快速发展， 问题进行了分析，并结合以上已有系统设计出初步实现了“四遥”功能，对保障电网的稳定 了一套综合、全面、统一的配电网监控系统。 运行起到了很好的作用，但也存在一些问题， 如：系统大多属于单一功能的监控管理：实时 性差，可移动性和可扩展性差：无法统一监控， 不同厂家的设备状态数据无法共享，沦为“信 2.问题的提出 息孤岛”：电网设备种类繁多，分布广泛，造 配电网通常指电力系统中二次降压，即变成采集计算和实时监测系统之间接口可扩展 电站低压侧直接降压，或降压后直接向用户供性差、开放性差、稳定性欠佳等2]。 电的网络，是电力系统发电、输电、变电、配 目前我国的电力系统配电网中，虽然大都 电流程中面向用户的最后一环节，是国民经济 配有监控系统，但大多局限于县市级别的企业 和社会发展的重要公共基础设施，在整个电力 和配电网，采用地方供电企业内部独立的数据 系统中占有至关重要的地位[4]。 采集标准和通信与管理系统，缺乏自顶而下的
配电网优化监控系统方案设计 徐双蝶 指导老师：刘东 （上海交通大学 电气工程系，上海市 200240；） 摘 要：介绍了目前国内配电网数据采集与监控系统的现状和存在的问题。针对配电网监控 系统存在的功能单一、集成度低、互操作性及实时性差等问题，提出了对现有多类监测装置、 通信标准和管理系统进行统一化，设计了包含设备终端层、通信网络层、数据分析处理与集 成层、系统维护与管理层在内的配电网优化监控系统。 关键词： 配电网，监控系统，信息集成，通信 1．引言 配电网监控系统是近年来电力系统自动 化研究的热点和未来趋势之一，目前已有很多 相关的成果。 文献[1]分析了目前国内配电网监控系统 的需求和功能设计；文献[2,3]分别设计了总体 的配电网监测系统；文献[4,5]提出了适用于县 级企业中低压配电网的统一数据采集与监控 系统；文献[6-10]研究了配电网监控系统中的 通信系统，并提出了基于GPRS的通信方法； 文献[11-13]提出了高级应用GIS、UML语言在 配电网系统中的应用；文献[14-16]分别就配电 过程中的具体问题（电能质量，过电压，线损） 作出了具体的方案设计；文献[17-23]针对不同 行业（油田，铁路，煤矿）和地区（农村，县 市）设计了具体的监控方案。 本文在以上文章的基础上，综合了各个系 统的特点与优点，对当前配电网监控系统中的 问题进行了分析，并结合以上已有系统设计出 了一套综合、全面、统一的配电网监控系统。 2．问题的提出 配电网通常指电力系统中二次降压，即变 电站低压侧直接降压，或降压后直接向用户供 电的网络，是电力系统发电、输电、变电、配 电流程中面向用户的最后一环节，是国民经济 和社会发展的重要公共基础设施，在整个电力 系统中占有至关重要的地位[4]。 配电网自动化系统，是目前电力行业信息 化的主要方向之一，具体涉及电网监控、电网 控制和电网保护。其中，电网监控系统主要通 过采集配电网上的数据信息，对配电网的运行 状况进行监视和分析，并将结果反馈给操作人 员和用户[3]。 随着国民经济的发展，电网不断扩大，用 户对供电质量和供电可靠性要求越来越高，因 而对配电网监控系统的要求也越来越高。长期 以来，我国的电力发展有“重输轻配”的倾向， 造成目前配电网建设管理远远滞后于输电网。 2009年，国家电网公司提出要建设国际领 先、具有中国特色的坚强智能电网。预期到 2014年底，用户用电信息采集系统覆盖率达到 100% 。2015年，国家能源局提出要“加强配 电自动化建设，加强配电通信网支撑，推进用 电信息采集全覆盖”[26]。 随着我国电力系统自动化建设进程的不 断推进，使得配电网在线监控技术快速发展， 初步实现了“四遥”功能，对保障电网的稳定 运行起到了很好的作用，但也存在一些问题， 如：系统大多属于单一功能的监控管理；实时 性差，可移动性和可扩展性差；无法统一监控， 不同厂家的设备状态数据无法共享，沦为“信 息孤岛”；电网设备种类繁多，分布广泛，造 成采集计算和实时监测系统之间接口可扩展 性差、开放性差、稳定性欠佳等[2]。 目前我国的电力系统配电网中，虽然大都 配有监控系统，但大多局限于县市级别的企业 和配电网，采用地方供电企业内部独立的数据 采集标准和通信与管理系统，缺乏自顶而下的
信息化规划统一指导，形成“信息孤岛”，而 高级应用 企业内部各部分之间甚至可能出现小孤岛，相 GIS PMS 互之间很难进行信息统一管理和集成共享 念 [24]。尽管国际电工委员会制定了描述输电网 用户 香 实时数据 及配电网信息建模和监控技术与功能、面向对 系统维护 电网 系 处理系统 象的变电站通信网络与系统的EC61970、 RTU 统 IEC61968、EC61850等系列标准[25]，但要 将它们在短时间内完全适用到国内的配电系 信息 统中去，还需要大量工程技术人员和管理人员 集成平台 的熟悉与配合，而这目前在国内都是达不到 图1监控系统总体架构 的。 另外，目前电力系统中运行的集中抄表系 系统涵盖电力、通信、采集管理、平台设 统一般仅采集用户的月电量数据，没有对用户计、系统接口等多项专业技术领域，是一项复 的电压、电流、功率因数、漏电流、剩余电量杂的系统工程。系统总体架构可分为设备终端 等信息进行采集，对电能质量的监控非常不完层、通信网络层、数据分析处理与集成层、系 整，无法实现对用户电能质量的实时分析和治统维护与管理层四层。 理、预付费管理、需求侧响应、实时电价管理 设备终端层主要包括变电站远程终端设 等智能化及互动化管理。负荷控制系统则仅停备(RTU)、开闭所数据终端设备(DTU)、馈 留在简单的采集阶段，不具有电网与用户直接线终端设备(FTU)、配电台区配变远程终端 互动的功能。原有的配变监测系统能够提供综(TTU)、用户等设备采集终端：通信通信层 合配变的电力电量和运行信息，但不具有集中主要包括光纤专网、电力线载波、无线专网、 器功能，无法实现对台区的实时线损分析、电无线公网等通信和传输网络：数据分析处理与 能质量治理等功能[S]。 信息集成层主要包括实时数据分析处理与监 总体来说，当前国内的配电网监控系统的控系统、信息集成与共享平台与地理信息系统 实时、准实时系统功能配置不够完善，各系统(GIS)、生产管理系统(PMS)、营销管理信 之间存在信息孤岛，没有实现数据的横向集成息系统(M$)、可视化平台等高级应用系统。 和纵向贯通，无法为企业经营管理提供综合数系统维护与管理层包括系统历史数据与档案 据分析和辅助决策功能，智能化水平低，无法 存储、用户管理、权限管理等。 实现对中低压配电网很好的管理和监控。因 各模块之间的关系为：用户终端传感器和 此，需要设计一套统一的配电网监控系统，提 RTU将采集到的数据送入通信网络：通信网 供信息集成与交流的大平台。 络将数据送到实时数据处理系统：系统对数据 进行分析后将结果共享到信息集成平台、输入 到高级应用中进行进一步处理、返回通信网络 3.解决问题的方法 中将结果反馈给用户、存入到历史数据库中： 为了解决上述配电网监控系统中的问题， 同时维护与管理系统将相应的操作与限制输 设计了如下的配电网优化监控系统方案。 入到系统中。 从图1可以看出，为了解决第二节中提出 3.1系统总体架构 的信息孤岛和数据分析不完善的问题，优化监 本文根据一般的市县级中低压配电系统 控系统方案的核心应当为数据分析处理与信 设计了如图1所示的监控系统总体架构。 息集成层和通信通信层。 系统设计采用分布式多层架构模式，充分 利用实时数据库海量数据先进处理技术，应用 性能设计实现配电网各层电气设备运行、状态 数据广度和深度覆盖，且安全可控，以服务于
信息化规划统一指导，形成“信息孤岛”，而 企业内部各部分之间甚至可能出现小孤岛，相 互之间很难进行信息统一管理和集成共享 [24]。尽管国际电工委员会制定了描述输电网 及配电网信息建模和监控技术与功能、面向对 象的变电站通信网络与系统的 IEC61970、 IEC61968、IEC 61850 等系列标准[25]，但要 将它们在短时间内完全适用到国内的配电系 统中去，还需要大量工程技术人员和管理人员 的熟悉与配合，而这目前在国内都是达不到 的。 另外，目前电力系统中运行的集中抄表系 统一般仅采集用户的月电量数据，没有对用户 的电压、电流、功率因数、漏电流、剩余电量 等信息进行采集，对电能质量的监控非常不完 整，无法实现对用户电能质量的实时分析和治 理、预付费管理、需求侧响应、实时电价管理 等智能化及互动化管理。负荷控制系统则仅停 留在简单的采集阶段，不具有电网与用户直接 互动的功能。原有的配变监测系统能够提供综 合配变的电力电量和运行信息，但不具有集中 器功能，无法实现对台区的实时线损分析、电 能质量治理等功能[5]。 总体来说，当前国内的配电网监控系统的 实时、准实时系统功能配置不够完善，各系统 之间存在信息孤岛，没有实现数据的横向集成 和纵向贯通，无法为企业经营管理提供综合数 据分析和辅助决策功能，智能化水平低，无法 实现对中低压配电网很好的管理和监控。因 此，需要设计一套统一的配电网监控系统，提 供信息集成与交流的大平台。 3．解决问题的方法 为了解决上述配电网监控系统中的问题， 设计了如下的配电网优化监控系统方案。 3.1 系统总体架构 本文根据一般的市县级中低压配电系统 设计了如图 1 所示的监控系统总体架构。 图 1 监控系统总体架构 系统涵盖电力、通信、采集管理、平台设 计、系统接口等多项专业技术领域，是一项复 杂的系统工程。系统总体架构可分为设备终端 层、通信网络层、数据分析处理与集成层、系 统维护与管理层四层。 设备终端层主要包括变电站远程终端设 备（RTU）、开闭所数据终端设备（DTU）、馈 线终端设备（FTU）、配电台区配变远程终端 （TTU）、用户等设备采集终端；通信通信层 主要包括光纤专网、电力线载波、无线专网、 无线公网等通信和传输网络；数据分析处理与 信息集成层主要包括实时数据分析处理与监 控系统、信息集成与共享平台与地理信息系统 （GIS）、生产管理系统（PMS）、营销管理信 息系统（MIS）、可视化平台等高级应用系统。 系统维护与管理层包括系统历史数据与档案 存储、用户管理、权限管理等。 各模块之间的关系为：用户终端传感器和 RTU 将采集到的数据送入通信网络；通信网 络将数据送到实时数据处理系统；系统对数据 进行分析后将结果共享到信息集成平台、输入 到高级应用中进行进一步处理、返回通信网络 中将结果反馈给用户、存入到历史数据库中； 同时维护与管理系统将相应的操作与限制输 入到系统中。 从图 1 可以看出，为了解决第二节中提出 的信息孤岛和数据分析不完善的问题，优化监 控系统方案的核心应当为数据分析处理与信 息集成层和通信通信层。 系统设计采用分布式多层架构模式，充分 利用实时数据库海量数据先进处理技术，应用 性能设计实现配电网各层电气设备运行、状态 数据广度和深度覆盖，且安全可控，以服务于
生产管理、营销服务、需求侧响应需求为基准， 移植：片内、片外两部分通过标准接口进行连 与调度自动化、配电自动化、智能配电台区、 接[2]。 电力用户用电信息采集等新建系统以及配电 监测、电压监测、集中抄表、负荷控制等已有 3.3数据通信层 的实时和准实时系统有机结合，统一数据采 数据通信层主要基于GPRS设计，辅以光 集，保证数据源的唯一性和资源共享，消除数 纤通信网、电力无线专网(230MHz)、电力载 据信息孤岛现象。 波网等多种通信通道，提高数据传输高效性与 系统建立在实时数据采集的基础上，系统 可靠性，如图3所示。 设计重点体现安全性、实时性、可靠性、易维 光纤通信专网 远程数据通 通信 护性等特点。另外，系统设计还具有开放性和 信和传输系统 协议 无线专网 实时数据 处理模块 可扩展性，可根据配电网高级应用具体需求， 通信接口 GPRS 方便地集成各种分析计算工具，通过接口配 I通信协议 置，在保持系统结构稳定的基础上，实现升级 光纤通信专网 通信接口 和功能扩展。 微功率无线通信专网 本地数据通 低压电力载波通信网 信和传输系统 3.2设备终端层 图3数据通信网络 其中RTU及用户终端的传感器采用无线 传感器网络。借助于分布在监测区域的各种传 GPRS是通用分组无线业务(General 感器和ZigBee模块，对配电网运行过程中的设 Packet Radio Service)的英文简称，是在现有 备及线路状态信息（电压信号、电流信号、变 GSM系统上发展出来的一种新的承载业务， 压器监控、开关电参量监测、电能质量数据、 目的是为GSM用户提供分组形式的数据业 负荷监测等)和环境监测信息（现场温湿度监 务，又被称为2.5G。GPRS允许用户在分组交 测、烟雾报警、水浸报警等)进行监测，实现 换模式下发送和接收数据，从而提供了一种高 数据采集及信息传输。 效、低成本的无线分组数据业务。分组交换可 系统利用ZigBee技术构建无线传感器网 以使不同的数据传输“共用”传输带宽，从而 络，硬件结构如图2所示。 分享资源[13]。其理论带宽为171.2kbs,实 际应用为40-100kb/s,分组交换接入时间<1s。 调试和程序下载接口 在配电网监测的大量工程实际应用中，由于数 电 射频前端电路 据传输速率受网络编码方式和终端支持等因 测传感 CC2530模块 素影响，接入速率为3040kb/s,使用数据加 速系统后，速率为60~80kb/s,因此，GPRS平 电源模块 台可完全支持配电网信息采集传输[2]。由于 GPRS用户的数据通信费用是以数据流量为 图2无线传感器网络结构 基础，而不考虑通信时长，所以GPRS用于IP 业务的接入将更为用户所接受。用中国移动公 ZigBee模块由CC2530芯片及其外围电路 司提供的覆盖范围非常广的GPRS承载低压 组成，集成了标准的增强型8051MCU内核， 配电网的数据传输，是一种理想的选择。 提供101dB的链路质量、优秀的接收器灵敏度 和较强的抗干扰性，能很好地支持一般的低功 34数据分析处理与信息集成层 耗无线通信，最高传输速率达250kbs。传感 该层的功能包括数据的计算与分析、实时 器部分采集配电网相关监测数据：C℃2530模/历史数据库的写入与读取、信息共享平台的 块存储和收发传来的数据与协调器进行无线 数据传输与显示、为高级应用提供支持等，具 通信：射频前端电路实现射频功率放大及传输 体结构如图4所示。 范围：调试端口实现系统程序开发调试和软件
生产管理、营销服务、需求侧响应需求为基准， 与调度自动化、配电自动化、智能配电台区、 电力用户用电信息采集等新建系统以及配电 监测、电压监测、集中抄表、负荷控制等已有 的实时和准实时系统有机结合，统一数据采 集，保证数据源的唯一性和资源共享，消除数 据信息孤岛现象。 系统建立在实时数据采集的基础上，系统 设计重点体现安全性、实时性、可靠性、易维 护性等特点。另外，系统设计还具有开放性和 可扩展性，可根据配电网高级应用具体需求， 方便地集成各种分析计算工具，通过接口配 置，在保持系统结构稳定的基础上，实现升级 和功能扩展。 3.2 设备终端层 其中RTU及用户终端的传感器采用无线 传感器网络。借助于分布在监测区域的各种传 感器和ZigBee模块，对配电网运行过程中的设 备及线路状态信息(电压信号、电流信号、变 压器监控、开关电参量监测、电能质量数据、 负荷监测等)和环境监测信息(现场温湿度监 测、烟雾报警、水浸报警等)进行监测，实现 数据采集及信息传输。 系统利用ZigBee技术构建无线传感器网 络，硬件结构如图2所示。 图 2 无线传感器网络结构 ZigBee模块由CC2530芯片及其外围电路 组成，集成了标准的增强型8051MCU内核， 提供101 dB的链路质量、优秀的接收器灵敏度 和较强的抗干扰性，能很好地支持一般的低功 耗无线通信，最高传输速率达250 kb /s。传感 器部分采集配电网相关监测数据；CC2530 模 块存储和收发传来的数据与协调器进行无线 通信；射频前端电路实现射频功率放大及传输 范围；调试端口实现系统程序开发调试和软件 移植；片内、片外两部分通过标准接口进行连 接[2]。 3.3 数据通信层 数据通信层主要基于 GPRS 设计，辅以光 纤通信网、电力无线专网（230MHz）、电力载 波网等多种通信通道，提高数据传输高效性与 可靠性，如图 3 所示。 图 3 数据通信网络 GPRS 是 通 用 分 组 无 线 业 务 (General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有 GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务， 目的是为 GSM 用户提供分组形式的数据业 务，又被称为 2.5G。GPRS 允许用户在分组交 换模式下发送和接收数据，从而提供了一种高 效、低成本的无线分组数据业务。分组交换可 以使不同的数据传输“共用”传输带宽，从而 分享资源[13]。其理论带宽为 171.2 kb /s，实 际应用为 40~100 kb/s，分组交换接入时间<1s。 在配电网监测的大量工程实际应用中，由于数 据传输速率受网络编码方式和终端支持等因 素影响，接入速率为 30~40 kb/s，使用数据加 速系统后，速率为 60~80 kb/s，因此，GPRS 平 台可完全支持配电网信息采集传输[2]。由于 GPRS 用户的数据通信费用是以数据流量为 基础，而不考虑通信时长，所以 GPRS 用于 IP 业务的接入将更为用户所接受。用中国移动公 司提供的覆盖范围非常广的 GPRS 承载低压 配电网的数据传输，是一种理想的选择。 3.4 数据分析处理与信息集成层 该层的功能包括数据的计算与分析、实时 /历史数据库的写入与读取、信息共享平台的 数据传输与显示、为高级应用提供支持等，具 体结构如图 4 所示
前置机群 局城网 电力GIS是将电力企业的电力设备、变电 通信 前置机1 实时/历史 站、输配电网络、电力用户与电力负荷和生产 数据通 协议 数据库 信和传 前置机2 通信 及管理等核心业务连接形成电力信息化的生 输系统 协议高领应 数据库推护站 用模块 前置机V 产管理的综合信息系统。它提供的电力设备设 数据库备份站 施信息、电网运行状态信息、电力技术信息、 数据分发机 生产管理信息、电力市场信息与山川、河流、 图4实时数据处理 地势、城镇、公路街道、楼群，以及气象、水 文、地质、资源等自然环境信息集中于统一系 前置机群通过数据通信和传输系统采集统中。通过GIS可查询有关数据、图片、图象、 终端设备的实时数据，对各实时和准实时系统 地图、技术资料、管理知识等。 的数据进行集中整合，采用优化压缩算法预处 针对配电网设备数量大、分布广及信息量 理后存入实时/历史数据库，形成数据仓库， 大等特点，综合考虑C/S模式在交互性、响应 为各种应用系统提供唯一实时数据源。数据库速度方面的优势及B/S模式在开放性、扩展 维护站的主要作用包括数据库维护、通道管性、信息发布方面的优势，设计基于CS与 理、实时数据监测等。数据备份站主要用于实BS两种结构下的可视化实时监控系统：桌面 时/历史数据库备份。数据分发机主要用于对版GIS实时监控系统和Wb版GIS实时监控 多台采集前置机进行数据分发管理，当某台前系统。配电网自动化系统设计采用符合EC 置机退出时，与该前置机通信的数据包将被平 61968标准的UIB软总线和IEC61970标准的 均分配到其他前置机进行数据通信[5]。 CM模型的数据交换平台[12]。 系统分析得到的数据包括：电力系统各点 公共集成总线(Utility Integ ratio n Bus, 的电压、电流、功率、负荷、系统运行状态、UIB),主要实现基于CIM模型的信息交换， 各设备（断路器、变压器等）状态、报警信号、解决各种采用不同语言和软件技术实现的应 不正常运行状态、人为操作（合闸、拉闸、查 用系统间的信息交换。UIB使得一个系统（如 询信息等)信号与结果，电气量日变化曲线分 实时监控系统)与另一个系统（如SCADA系 析及长期变化曲线分析等。 统)在统一的信息模型表达方式(CM)下可以 在高级应用中，可加入基于GIS(地理信 通过标准的数据交换平台进行信息交换和共 息系统)的配电网智能监控系统，如图5所示。享。UIB可以解决异构系统之间的数据传递问 配电网自动化系统各个子系统之间存在大量 题，使得每个子系统通过中间件接口，不需修 的数据信息交换，如实时监控系统需要改现有的应用结构就可以从其它系统获取所 SCADA系统的配电网运行实时信息，也需要 需的数据，同时方便地把自己系统的数据共享 GS系统的配电网地理信息。 给其它系统。采用UB软总线式结构，即便 于己有电网各应用系统的集成（需设计UB适 配器)，也便于今后对配电网自动化系统或其 它电力系统进行扩展，实现了信息集成与共享 平台的核心功能，且便于扩展。 通信 3.5系统维护与管理层 系统维护模块供系统管理人员使用，用 指令 实时数据 以对系统中的配电网设备档案台帐、企业内部 1Alarn Viewer 捉 Statelnfo 组织人员、系统用户权限密码等进行管理。 消息 在一个高度自动化的配电网监控系统下， 所需的人力必然减少，但系统的综合性大幅提 消息 OpidClient 升，出错的几率也会提高，对系统管理员的要 图5GIS模型组件关系图 求大大提高。管理人员需要熟悉系统各个模块
图 4 实时数据处理 前置机群通过数据通信和传输系统采集 终端设备的实时数据，对各实时和准实时系统 的数据进行集中整合，采用优化压缩算法预处 理后存入实时/历史数据库，形成数据仓库， 为各种应用系统提供唯一实时数据源。数据库 维护站的主要作用包括数据库维护、通道管 理、实时数据监测等。数据备份站主要用于实 时/历史数据库备份。数据分发机主要用于对 多台采集前置机进行数据分发管理，当某台前 置机退出时，与该前置机通信的数据包将被平 均分配到其他前置机进行数据通信[5]。 系统分析得到的数据包括：电力系统各点 的电压、电流、功率、负荷、系统运行状态、 各设备（断路器、变压器等）状态、报警信号、 不正常运行状态、人为操作（合闸、拉闸、查 询信息等）信号与结果，电气量日变化曲线分 析及长期变化曲线分析等。 在高级应用中，可加入基于 GIS（地理信 息系统）的配电网智能监控系统，如图 5 所示。 配电网自动化系统各个子系统之间存在大量 的 数 据 信 息 交 换 , 如 实 时 监 控 系 统 需 要 SCADA 系统的配电网运行实时信息，也需要 GIS 系统的配电网地理信息。 图 5 GIS 模型组件关系图 电力 GIS 是将电力企业的电力设备、变电 站、输配电网络、电力用户与电力负荷和生产 及管理等核心业务连接形成电力信息化的生 产管理的综合信息系统。它提供的电力设备设 施信息、电网运行状态信息、电力技术信息、 生产管理信息、电力市场信息与山川、河流、 地势、城镇、公路街道、楼群，以及气象、水 文、地质、资源等自然环境信息集中于统一系 统中。通过 GIS 可查询有关数据、图片、图象、 地图、技术资料、管理知识等。 针对配电网设备数量大、分布广及信息量 大等特点，综合考虑 C/S 模式在交互性、响应 速度方面的优势及 B/S 模式在开放性、扩展 性、信息发布方面的优势，设计基于 C/S 与 B/S 两种结构下的可视化实时监控系统：桌面 版 GIS 实时监控系统和 Web 版 GIS 实时监控 系统。配电网自动化系统设计采用符合 IEC 61968 标准的 UIB 软总线和 IEC 61970 标准的 CIM 模型的数据交换平台[12]。 公共集成总线(Utility Integ ratio n Bus, UIB)，主要实现基于 CIM 模型的信息交换， 解决各种采用不同语言和软件技术实现的应 用系统间的信息交换。UIB 使得一个系统(如 实时监控系统) 与另一个系统(如 SCADA 系 统) 在统一的信息模型表达方式(CIM)下可以 通过标准的数据交换平台进行信息交换和共 享。UIB 可以解决异构系统之间的数据传递问 题，使得每个子系统通过中间件接口，不需修 改现有的应用结构就可以从其它系统获取所 需的数据，同时方便地把自己系统的数据共享 给其它系统。采用 UIB 软总线式结构，即便 于已有电网各应用系统的集成(需设计 UIB 适 配器)，也便于今后对配电网自动化系统或其 它电力系统进行扩展，实现了信息集成与共享 平台的核心功能，且便于扩展。 3.5 系统维护与管理层 系统维护模块供系统管理人员使用， 用 以对系统中的配电网设备档案台帐、企业内部 组织人员、系统用户权限密码等进行管理。 在一个高度自动化的配电网监控系统下， 所需的人力必然减少，但系统的综合性大幅提 升，出错的几率也会提高，对系统管理员的要 求大大提高。管理人员需要熟悉系统各个模块
的原理，定期维护，对系统发出的各种信号作[D]沈阳工业大学，2010 出反应，并对企业内部人员的权限进行管理。 [8]刘艺，聂一雄，王星华，彭显刚，黄立虹，许 健.基于GPRS的低压配电网监控系统下行控 4.总结与体会 制信号通信研究[U.电力系统保护与控制， 2010,38(11):147-150 本文对现有的几种配电网自动化监控系 [9]彭德林.基于GPRS的配电网自动化 统作出了比较和分析，结合了各种方案的长监控系统的研究D],哈尔滨理工大学，2007 处，提出了一份配电网优化监控系统方案，应 [1O]任工昌，苗新强，黄龙云.基于GPRS 当能够完成大部分现今配电网监测要求的功的配电网自动化监控系统研究J机械设计与 能，符合配电网监控系统发展的大方向。 制造，2009(4)：233-235 由于客观原因，本方案只能是一个理论上 [11]王建东.基于地理信息系统的配电网 可行的方案，没有经过仿真模拟或是实地测优化设计[.治金电气，2016,35(4)：69-72 试，希望在以后可以将之付诸实践。该课题仍 [12]谢斌，吴健，陈剑.基于GS的配电网 有许多改进和进一步探究的方向，如可以针对自动化实时监控系统的设计计算机测量与 某些具体的电气量（电能质量、过电压、线损 控制，2011,19(1)：89-94 等)设计出更加具体准确的监测方案[14-16]， [13刘有珠，朱杰斌，李沛武.基于UML的 针对不同的行业或不同地区设计更贴合实际 低压配电网实时监控系统的设计[J]微计算机 的方案[17-23]。 信息，2006,22(7-1)：134-136 [14欧阳森，廖一键，冯天瑞.配电网电能 心得：本次小论文写作，是大学以来第一质量监测系统的设计和应用]低压电器， 次进行纯理论的学术论文写作。刚开始时因对2013(1)：46-50 选题不甚了解，感觉无从下手，在查阅了大量 [15]姚陈果，孙才新，米彦，王士彬，周凯，席 的资料和同类论文之后总结了每篇的侧重点， 世友.配电网过电压在线监测系统的设计与 并且结合每篇文章的优点列出了小论文的总 实现[U].电力系统自动化，2004,28(9)：74-76 体框架，再结合具体，查阅资料，最终完成了 [16]王兰涛.配电网降损在线监测系统的 本次论文。其中多有不足，还望包涵。 设计及应用D]华北电力大学，2010 [17刀孙立国.一种适合配电网的电能质量 参考文献： 监测系统结构设计[U农业科技与装备， [1黄自习.配电网状态监测系统设计与2011(8)：36-37 实现[D].云南大学，2014 [18]孟欠欠，王超.基于局域网的配电网 [2]刘新辉，林东敏，岐艳芳.高集成度配电综合监控系统的设计应用[U数字技术与应 网远程智能监控系统的设计U低压电器， 用，2013(3)：10 2013(8):39-47 [19]张旭.基于GS的油田配电网远程监 [3]韩秋阳.配电网供电可靠性信息在线测系统的设计与实现[D].中国石油大学，2010 监测系统的设计开发D].华北电力大学，2013 [20]陈兴元.配电网自动优化运行监控系 [4]李光军，袁丹.配电网统一采集和监控统的研究[.节能，2004(7)：37-39 平台的设计[J].电力信息化，2015(7)：38-41 [21]肖鸿威.工矿企业配电网电压事件监 [5]王金丽，盛万兴，王金宇，杨洪磊，宋祺鹏.测系统设计[D]西南交通大学，2009 中低压配电网统一数据采集与监控系统设计 [22]赵宁.铁路电力配电网智能监控系统 和实现J.电力系统自动化，的研究D]河北工业大学，2005 2012,36(18):72-81 [23]弓伟才.忻州地区配电网自动化通信 [⑥樊利民，柏吉宽.配电网计算机监控系系统组网方案设计[D].华北电力大学，2013. 统中的通信设计U.电子技术，1998(5)：13-16 [24]吴晋萍.供电企业“信息孤岛”现象及 [7徐陆飞.配电网在线监控系统的设计其解决之途J山西电力，2008，S1:74-80
的原理，定期维护，对系统发出的各种信号作 出反应，并对企业内部人员的权限进行管理。 4．总结与体会 本文对现有的几种配电网自动化监控系 统作出了比较和分析，结合了各种方案的长 处，提出了一份配电网优化监控系统方案，应 当能够完成大部分现今配电网监测要求的功 能，符合配电网监控系统发展的大方向。 由于客观原因，本方案只能是一个理论上 可行的方案，没有经过仿真模拟或是实地测 试，希望在以后可以将之付诸实践。该课题仍 有许多改进和进一步探究的方向，如可以针对 某些具体的电气量（电能质量、过电压、线损 等）设计出更加具体准确的监测方案[14-16]， 针对不同的行业或不同地区设计更贴合实际 的方案[17-23]。 心得：本次小论文写作，是大学以来第一 次进行纯理论的学术论文写作。刚开始时因对 选题不甚了解，感觉无从下手，在查阅了大量 的资料和同类论文之后总结了每篇的侧重点， 并且结合每篇文章的优点列出了小论文的总 体框架，再结合具体，查阅资料，最终完成了 本次论文。其中多有不足，还望包涵。 参考文献： [1]黄自习. 配电网状态监测系统设计与 实现[D].云南大学,2014 [2]刘新辉,林东敏,岐艳芳. 高集成度配电 网远程智能监控系统的设计[J].低压电器， 2013(8):39-47 [3]韩秋阳. 配电网供电可靠性信息在线 监测系统的设计开发[D].华北电力大学,2013 [4]李光军,袁丹. 配电网统一采集和监控 平台的设计[J].电力信息化，2015(7):38-41 [5]王金丽,盛万兴,王金宇,杨洪磊,宋祺鹏. 中低压配电网统一数据采集与监控系统设计 和 实 现 [J]. 电 力 系 统 自 动 化 ， 2012,36(18):72-81 [6]樊利民,柏吉宽. 配电网计算机监控系 统中的通信设计[J].电子技术，1998(5):13-16 [7]徐陆飞. 配电网在线监控系统的设计 [D].沈阳工业大学,2010 [8]刘艺,聂一雄,王星华,彭显刚,黄立虹,许 健. 基于GPRS的低压配电网监控系统下行控 制信号通信研究[J].电力系统保护与控制， 2010,38(11):147-150 [9]彭德林. 基于GPRS的配电网自动化 监控系统的研究[D].哈尔滨理工大学,2007 [10]任工昌,苗新强,黄龙云. 基于GPRS 的配电网自动化监控系统研究[J].机械设计与 制造，2009(4):233-235 [11]王建东. 基于地理信息系统的配电网 优化设计[J].冶金电气，2016,35(4):69-72 [12]谢斌,吴健,陈剑. 基于GIS的配电网 自动化实时监控系统的设计[J].计算机测量与 控制，2011,19(1):89-94 [13]刘有珠,朱杰斌,李沛武. 基于UML的 低压配电网实时监控系统的设计[J].微计算机 信息，2006,22(7-1):134-136 [14]欧阳森,廖一键,冯天瑞. 配电网电能 质量监测系统的设计和应用[J].低压电器， 2013(1):46-50 [15]姚陈果,孙才新,米彦,王士彬,周凯,席 世友. 配电网过电压在线监测系统的设计与 实现[J].电力系统自动化，2004,28(9):74-76 [16]王兰涛. 配电网降损在线监测系统的 设计及应用[D].华北电力大学,2010 [17]孙立国. 一种适合配电网的电能质量 监测系统结构设计[J].农业科技与装备， 2011(8):36-37 [18]孟欠欠,王超. 基于局域网的配电网 综合监控系统的设计应用[J].数字技术与应 用，2013(3):10 [19]张旭. 基于GIS的油田配电网远程监 测系统的设计与实现[D].中国石油大学,2010 [20]陈兴元. 配电网自动优化运行监控系 统的研究[J].节能，2004(7):37-39. [21]肖鸿威. 工矿企业配电网电压事件监 测系统设计[D].西南交通大学,2009. [22]赵宁. 铁路电力配电网智能监控系统 的研究[D].河北工业大学,2005. [23]弓伟才. 忻州地区配电网自动化通信 系统组网方案设计[D].华北电力大学,2013. [24]吴晋萍. 供电企业“信息孤岛”现象及 其解决之途[J].山西电力，2008,S1:74-80
[25]李同智.灵活互动智能用电的技术内 [26]中华人民共和国国家能源局.配电网 涵及发展方向.电力系统自动化，建设改造行动计划(2015一2020年)Z 2012(2):11-17. 2015-07-05 An Optimal Design of Monitoring System for Power Distribution Networks XU Shuangdie Instructor:LIU Dong Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200240,China) Abstract:This article introduces the current situation and problems of the data collecting and monitoring system for domestic power distribution networks in China.Under the knowledge of weaknesses in the current monitoring system such as lack of function variety,insufficient intrgration,incapability in mutual-operation and real-time features,an optimal design of monitoring system for power distribution networks is proposed.The design suggests the standardization of monitoring devices,communication protocols and managing systems.The design contains four layers,device and terminal layer,communication network layer,data processing and integration layer,and system maintainence and management layer Key words:power distribution network,monitoring system,information integration, communication
[25]李同智. 灵活互动智能用电的技术内 涵 及 发 展 方 向 [J]. 电 力 系 统 自 动 化 ， 2012(2):11-17. [26]中华人民共和国国家能源局. 配电网 建 设 改 造 行 动 计 划 (2015—2020 年 ) [Z]. 2015-07-05 An Optimal Design of Monitoring System for Power Distribution Networks XU Shuangdie Instructor: LIU Dong （ Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China） Abstract：This article introduces the current situation and problems of the data collecting and monitoring system for domestic power distribution networks in China. Under the knowledge of weaknesses in the current monitoring system such as lack of function variety, insufficient intrgration, incapability in mutual- operation and real-time features, an optimal design of monitoring system for power distribution networks is proposed. The design suggests the standardization of monitoring devices, communication protocols and managing systems. The design contains four layers, device and terminal layer, communication network layer, data processing and integration layer, and system maintainence and management layer. Key words：power distribution network, monitoring system, information integration, communication
