電力監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：本文根據安科瑞電力監控系統軟件的設計過程，論述了電力監控系統高擴展性的設計思路和方法，對于電力監控組態軟件與電力平臺方案的研究有定的參考價值。

關鍵字：安科瑞電力監控軟件、組態、內存數據庫、規約、自動報表、自定義報表

   隨著電力行業的不斷發展，電力監控系統逐漸成為供電配電系統中的重要組成部分。所謂電力監控系統，是在計算機上對系統中各設備的實時運行情況、工作狀態、運行歷史數據信息、階段運行后報表信息展示等各方面進行實時監控及信息處理的套信息管理系統。

   電力監控系統實現了設備數據的實時采集、處理和實時數據儲存、歷史數據匯總等，圖形化展示各設備實時工作情況、設備數據，對設備數據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控系統，的提高了系統的工作效率與系統穩定性、設備異常反應的實時性等。

   認真研究電力監控系統，有助于我們更加完善供電配電技術，將電力監控系統應用到各個行業中去，能有效地提高供電配電技術水平。安科瑞電力監控軟件是為用戶提供智能電力監控而研發出的套完整的供電配電系統解決方案，在本文中，介紹電力監控系統的基本功能，主要從應用的角度介紹可擴展性電力監控系統的設計實現

1　電力監控系統

   電力監控系統是基于采集與監視數據的軟件控制系統（SCADA，其全稱是：Supervisory Control And Data Acquisition）發展起來的，運用計算機技術，在電力系統運行過程中進行調度與控制，對設備進行數據采集與設備控制等行為的種抽象描述，所以控制系統本身技術上可以應用于所有工業控制領域的各種場景。

2　電力監控軟件要求

   電力監控系統運行的典型場景模型如圖1所示，這種監控系統可以根據實際情況的不同作相應改變。

圖1 典型場景模型

2.1 系統可用性

   a.系統能夠可擴展支持新的設備類型接入與新的協議，設備數據接入是系統核心。

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

   c.界面組態開發人員能夠快速對應電力監控系統圖形界面的畫面布局、圖形層次與信息表達等內容。

   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，并且與電力監控系統對接，通過系統數據結合模板生成zui終報表。

2.2 高實時性與可靠性

   采用實時數據庫技術，對數據進行處理與展示，保證系統的實時性要求。

3　電力監控軟件主要功能

   電力監控軟件的核心是以應用為導向，zui終以圖形和報表的形式，展示當各終端設備數據給用戶，顯示當系統狀態和為用戶決策行為提供數據支持，圖2為系統功能模塊與框架說明。

圖2 系統功能模塊與框架說明

3.1 對電力設備進行數據采集與處理

   電力監控軟件實時采集各終端設備的遙信、遙測、遙脈等數據，提供實時數據庫高實時性的數據訪問與處理，確保系統中各設備數據實時更新，圖形化動態展示及監控系統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

   系統調度或監控發出命令以實現遠程操作。利用電力監控軟件主動發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行相應命令實現遠程控制。電力監控系統對操作進行流程化與規范化，對整個電力監控系統的運行過程進行控制規范化，減少人工控制帶來的誤操作風險。

3.3 設備階段數據監視

   電力監控系統實時動態圖形化展示設備階段時間內運行的設備數據情況，系統管理者可根據設備階段運行動態情況決策分析出當設備運行情況與系統內可能出現的問題，并做趨勢判斷以確保系統的正常運行。

3.4 報表處理

   在電力監控系統中提供電子報表系統，可對接電力監控系統中的歷史數據、實時數據，根據報表模板、運算公式生成結果并載入，形成自定義與自動生成的具有圖文并貌特征的數據信息報表，直觀清晰反映出階段內系統中終端數據統計情況。

4.可擴展電力監控軟件的接入方式與場景需求變化應對

   當數據終端設備通訊方式、協議多樣，應用場景多變，因此需要設計出高可擴展性電力監控軟件，以快速對應各項目應用，提高軟件的適用性與項目開發的效率，提高軟件的生命力，實現軟件設計過程中的數據接入與轉發、系統圖形、內存庫動態調配大小、報表等方面的動態擴展性。

4.1數據處理

   數據接入和轉發：提供系統本地數據轉發給三方平臺或者系統作為對稱的結點存在于大系統中。

   通訊方式： 目電力系統主要為有線通訊，其中包括串口，網口，光口。分布式光伏有時還會用到無線通訊。

   通訊協議： Modbus/RTU、IEC 103、IEC 101、DL/T645、CDT、DISA（CDT規約升級版）規約等。

   各協議的驅動由單獨模塊實現，規約驅動管理模塊通過規范化模塊接口，系統根據規約驅動模塊名稱，執行規范接口，加載規約驅動。圖3對系統驅動可擴展設計交互流程說明。

圖3 對系統驅動可擴展設計交互流程說明

4.2系統圖形組態

   電力管理系統中的各智能終端設備的狀態與數據，需要圖形化直觀的以拓撲圖、電力次圖、二次圖等方式展示給系統的使用者，顯示當系統各設備狀態，其中涉及較多圖元、圖形、圖表等繪圖元素，且組態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形式多樣性。

   圖元：系統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，系統拓撲圖、次圖、二次圖用戶可自由繪制、綁定數據，直觀反映

   圖表：曲線圖形提供實時與歷史曲線結合，展示多點的所有歷史和當運行情況，為決策提供直觀數據

4.3報表系統

   報表系統作為電力管理系統中重要的組成部分，將整個系統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據支撐。根據電力管理的特點，系統支持自動化報表、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，直接反映系統中各終端設備真實數據。

   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數據進行填充，報表數據是進行分析的結果，提供更具體直觀的報表，符合系統使用方多樣化需求。

4.4內存數據庫管理系統

   電力監控系統軟件采用內存數據庫與數據庫相結合，主要是因為電力監控管理軟件對數據實時性要求高，需要*時間反映設備運行狀態，且系統與終端設備進行數據交互頻繁，數據不斷變化且大多是中間臨時數據，所以采用高速內存存儲實時數據信息，通過計算引擎把有意義的數據或者用戶關心的信息數據進行轉儲到數據庫，即保證了系統的實時性與數據保存的持久。

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

5　總結

   電力監控系統作為電力系統的個重要組成部分，在電力系統的不斷發展過程中，要求電力監控系統能夠適應不斷發展的電力終端設備與電力技術。以上從數據接入轉發、系統圖形組態、報表系統和數據庫系統等四個系統的核心方面，在技術實現角度對可擴展性電力監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不斷發展適用性。

   文章來源：《自動化博覽》2017年2期。