（国网阜阳市城郊供电公司 236000）
摘要：传统的变配电系统采用就地控制，需要专人看护，不能实时掌握运行情况，无法及时发现故障，排除隐患等，这些问题一直是供电系统运行可靠性的薄弱环节。随着计算机、通信、网络和数据库技术的发展，SCADA系统应用越来越广泛，采用抗干扰能力强的通信设备及智能电力仪表，经上位机软件，实现高低压配电系统的数据集中处理和集中监控。通过该系统可以使值班人员根据电网运行情况和高低压配电系统的运行情况进行负荷分析，合理调度，削峰填谷，使设备按最佳工况运行，节约能源。采用智能变配电SCADA系统，可使供电系统更安全、合理地运行，提高供配电系统的可靠性。
关键词：C#；变配电；SCADA系统；多串口卡
智能化变电站的特点是通过采用先进的电子式传感器、电子、信息、通信、控制、人工智能等技术，以智能化的一次设备和统一的信息平台为基础，实现变电站的实时全景监测、自动运行控制、设备状态的检修、运行状态的自适应、智能分析决策等功能，对智能电网进行安全状态评估、预警和控制，优化智能系统的运行，实现新能源的实时接入和退出，并与调度中心、电源及相关变电站能够协同互动提供支撑。
一、系统结构
基于C#的智能变配电SCADA系统结构如图1所示。系统可划分为4层：移动监控层、配电室监控层、网络通信层、配电层。
1.移动监控层。在移动终端上安装手机软件，将配电室监控层工业控制计算机上传的数据解包，进行数据呈现和分析，负责整个高低压配电的移动监控。智能变配电系统具有通信功能，通过无线的方式向移动监控层发送相关的数据和信息。
2.配电室监控层。该层位于监控室内，包括工业控制计算机及其上面智能变配电监控软件和SQLServer数据库等。负责将网络通信层上传的电力仪表信息解析，进行集中管理和分析，执行相关操作。通过PCI卡槽连接网络通信层的多串口卡，使用Modbus-RTU通信协议采集配电层的数据。
3.网络通信层。根据高低压室和变压室电力仪表通信方式，采用多串口卡与配电层的各类电力仪表进行通信，采集各类仪表的数据、参数，通过Modbus-RTU通信协议传输到配电室监控层。Modbus-RTU协议具有良好的适用性，在工业控制领域应用非常广泛，可以保证系统可靠稳定地运行。
4.配电层。位于高低压配电现场，包括高压室、变压室、低压室以及高压室的微机保护装置、变压室的温度控制器和低压室的多功能电测表等。各种电力仪表采集配电层的开关状态和电量参数，通过屏蔽线发送给网络通信层。
二、智能变电站关键性技术
智能变电站的关键技术使得智能变电站与传统变电站的区别如下：
1.智能变电站系统应是一种面向服务的架构？（SOA）
2.建立起以设备为对象的分布式智能节点。实现既分布又协同的信息共享机制。
3.从业务需求出发。把技术问题、经济问题、管理问题统筹考虑。实现能量流、信息流、业务流一体化。
4.通过智能电子装置（IED）整合有价值的能量流、信息流。突出标准化规范化。强调功能性和互操作性。提供模型统一、规约统一、时标统一、来源唯一的高品质基础信息。
5.智能变电站作为智能电网的基础环节，将统一和简化变电站的数据源，形成基于同一断面的唯一性、一致性基础信息，以统一标准方式实现变电站内外的信息交互和信息共享，形成纵向贯通、横向互通的电网信息支撑平台，并提供以此为基础的多种业务应用。
6.采用更加高速（快速以太网）和更加经济的技术手段。传输变电站内外信息，包括与变电站。相关电源。负荷及线路的信息。掌握整个电网的状态。
7.将高级调度中心的部分功能下放到智能变电站实现。智能变电站系统管理好站内网络数据的同时可以根据运行需求，以更高的频率来储存数据。实现基于实时数据仓库的数据挖掘，完成智能电网所要求的高级分析和优化功能。
8.智能变电站（Smart Substation）建设需要采用先进的理念重新设计新建变电站。也需要采用先进的技术改造现有变电站，以便远程监测临界和非临界运营数据。分析和处理大量实时数据。将断路器、变压器、变电站的环境因素等数据进行综合分析。并与相临变电站互通信息。
三、通信设计
在工业自动化控制系统中，RS-485通信方式得到广泛应用，因为它抗干扰能力强、传输速率高、传输距离远且造价低廉。系统采用Modbus-RTU协议，该协议的数据通信采用Master/Slave（主/从）方式，即Master端发出数据请求消息，Slave端接收到消息后进行CRC校验，如果校验正确就发送数据到Master端以响应请求。Modbus通信数据格式为“设备地址（1 byte）、功能代码（1 byte）、数据段（n byte）、CRC校验（2 byte）”。Modbus协议查询应答数据流如图2所示
1.多串口卡的配置。在确保工控机关闭的情况下，把多串口卡插入PCI卡槽上，启动电脑，进行驱动安装。驱动安装成功后，在设备管理器中会看到自动添加的4个COM口，和多串口卡的4个COM口一一对应。CP-134U提供4个串口支持RS-232和RS-422/485，每个端口数据速率可达921.6Kbps。用串口转端子将9针引出，使用其中3引脚接仪表端的Data+，4引脚接仪表端的Data-。
2.仪表通信的配置。通过设备管理器查看设备对应的的COM口，在电力仪表中查看设备地址、波特率、奇偶校验、数据位和停止位。系统高低压室、变压室的通信参数如表1所示。
以低压室为例，使用C#进行串口通信的步骤如下：（1）对串口参数进行设定.
SerialPort spLow=new SerialPort（）；//实例化串口
spLow.PortName="COM11"；//端口号为COM11
spLow.BaudRate=9600；//波特率为9600
spLow.DataBits=8；//数据位为8
spLow.Parity=Parity.None；//无奇偶校验
spLow.StopBits=StopBits.One；//停止位为1
（2）打开串口.spLow.Open（）；//打开串口
（3）串口读写.//地址为01，仪表功能代码04为读数据寄存器，0x3b为寄存器数，B1D9为CRC校验byte[]send={01，04，00，00，00，0x3b，0xB1，0xD9}；
spLow.Write（send，0，send.Length）；//将数据帧写入串口
byte[]response=new byte[123]；//定义字节数组，存放接收到的数据
spLow.Read（response，0，response.Length）；//读取仪表回应数据帧到response中
（4）关闭串口.spLow.Close（）；//关闭串口低压室采集界面如图3所示。
四、软件设计
配电室监控层的工控机安装的智能变配电SCADA系统负责将网络通信层的数据解包，进行集中管理和分析，负责整个高低压配电系统的整体监控，使用SQLServer2008数据库进行数据存储。
1.系统功能，（1）用户管理.该系统可以为用户进行权限分配，不同的权限可进行不同的操作，从而保证系统在运行过程中的安全性和可靠性。如对通信参数的设置和报警上下限的设置，需要系统管理员权限才能进行设置。（2）数据采集处理.智能变配电SCADA系统可以实时采集现场设备的各电参量及开关量状态（包括三相电压、电流、功率、功率因数、频率、电能、温度、设备运行状态等），将采集到的数据直接显示，并将采集的数据存入数据库进行保存。（3）曲线分析.系统提供了历史曲线查询分析界面，通过对已存储数据进行曲线绘制，可以直观地观察设备在运行过程中的数据波动，方便工程人员对监测的配电网络进行质量分析。（4）报表管理.报表分为历史数据报表和报警报表两类。可以根据需要按时间等条件进行查询，将查询的结果导出到本地，方便进行进一步的分析。（5）报警与故障分析.系统提供报警和故障分析功能。检测到设备运行状态异常，当采集值大于上限值或小于下限值时界面报警提示，显示报警的原因与处理措施，并伴有报警声音，方便工作人员迅速对故障进行处理。
2.移动端设计。上位机监控软件作为服务器，通过Socket接口使用TCP通信协议，向Android客户端实时发送当前的电参量及开关量状态，根据电参量进行曲线绘制和历史数据查询。由于移动终端不能存取太多的数据，在进行历史曲线查询时使用向服务器端发送指令的方式，由服务器端将按条件查询的数据传递给移动终端，然后在移动端进行显示。内网地址不能被外部所访问，需要使用花生壳软件进行IP映射，将内网IP映射为公网IP，Android手机客户端通过GPRS或者WIFI进行连接，从而实现远程监控功能。
智能变配电SCADA系统，使用户既可以实时监控高低压、变压室的运行情况，又可以实时远程监控各用能设备的情况，使过去人工管理时存在的安全隐患得到最大限度的降低，况且企业电网的安全性也由于实时监控和报警功能的存在而大大提高。
参考文献
[1]李恒.一种变配电智能化监控系统的设计与应用.电气应用,2015.
[2]张小平.基于组态王的智能建筑变配电监控系统设计.低压电器,2016.
论文作者:李慧霜,王群杰,孙伟,杨惠
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/13
标签：变电站论文; 数据论文; 系统论文; 智能论文; 串口论文; 仪表论文; 通信论文; 《电力设备》2017年第30期论文;