电力通信电源监控系统的设计与研究
深圳艺朴露科技有限公司、海南电网有限责任公司海口供电局的研究人员谢本建、徐平、林海英、宋志坚、宋禹飞，在2017年第11期《电气技术》杂志上撰文指出，电力系统通信是电力系统安全稳定运行的强有力的技术支持，特别是对于智能电网的发展来说，电力通信更是不可或缺的载体。
而通信电源是电力通信的心脏，是保证通信系统安全稳定的关键。电力通信电源有着诸多运行方案，本文列举了几种典型的应用设计方案，引入以智能IPDU为核心的架构来实现电力通信机房微环境的监控。并以某地区变电站为例，详细介绍了该变电站通信电源监控系统。
随着电力行业技术的不断发展，电力系统的安全稳定运行始终作为电力系统运行首要任务。对于智能电网来说，电力通信系统是保障电力系统技术和功能运行的最有力的支撑和传输媒体。
通信系统的运行离不开通信电源为其提供能量支持，通信电源是通信系统的心脏，没有通信电源的动力保障，通信系统中任何模块都无法正常运行，稳定可靠的通信电源是通信系统也是电力系统安全可靠运行的重要环节。
通信电源产品种类繁多，发展速度也比较快，其组成主要有高频开关电源设备，半导体整流设备，AC-DC模块电源，DC-DC模块电源，逆变电源，UPS电源，交流稳压电源，发电机组及电源监控系统等。
1典型电力通信电源方案
通过近几年电力通信网络的发展，电力主网通信电源的设计和建设都已日渐成熟，形成了一套较为完整的方案，对于220KV变电站，采用的是双套通信电源分4个机柜安装的配套通信电源，不仅安全可靠性高，而且便于维护管理，4个机柜主要包括：交流电源配电屏1面，高频开关电源柜2面，直流配电屏1面。
其中，直流配电屏安装2条配出母排，2套开关电源共配备4组免维护的铅酸蓄电池，每套开关电源2组，且蓄电池单独配电屏安装，采用架式架构，安放在单独的蓄电池室，通信电源配电屏结构示意图1。
图1 某变电站通信电源结构示意图
交流配电屏电源来自2路不同配电系统配出的380V交流电源，且配备一定数量的配出空开为其他配电屏备用电源，2面开关电源屏交流电源引自交流配电屏的不同配电系统的交流电源，且应配备自互投装置，为开关电源屏内整流装置提供可靠的电源输入。
通信电源配出没有特殊负荷要求时，整流模块容量一般选择6×30A，原理示意图见图2。两面高频开关电源屏分别为直流电源屏两个母排提供直流电源，直流分配母排间用大容量的手动开关连接起来，正常运行时在断开状态，故障状态时可根据负荷情况选择其运行状态。
图2 高频开关电源原理图
在电力系统的二级通信网络的建设过程中，特别是对于110KV，35KV变电站，由于其通信设备数量相对较少，容量也相对较小，按照电力系统规划设计原则，一般配备1套通信电源。
其结构也比一级通信网络的电源简单些，通常将电源系统和蓄电池系统安装在同一面配电屏中，蓄电池不再单独设立蓄电池室。高频开关电源容量按3×30A选择。
2电源监控系统架构的设计
除了提高通信电源的稳定性之外，对电源系统的运行情况进行监控也非常重要。通信电源监控系统是一个多级分布式的计算机监控网络，一般可分为监控中心（SC），监控站（SS），监控单元（SU）。其组成示意图见图3。
图3 通信电源监控系统示意图
监控电源与被控设备相连，并周期性的将采集到的被控设备的运行参数和工作状态的数据进行处理，向监控站发送，监控单元也可接收监控中心下达的监控命令，如通信发生中断，监控单元将保存主要告警数据，等待通信恢复后将中断期间数据上报。
可见监控站的计算机系统是监控系统中数据采集及数据处理的重要环节，监控站向下与各监控单元相连接，接收监控单元采集的数据，进行处理后在传送给上一级。
而监控中心是整个监控系统中级别最高的设备，不仅具有与各监控站通信及实时监控的功能，还具有设置告警等级，用户权限及监控点性能门限值等参数的权限。
传统的通信机房中，现场环境复杂，机柜中设备运行情况不均衡，难以监测，为通信系统及电力系统安全稳定运行带来了巨大隐患。目前，针对通信机房监测中的薄弱环节，提出了建立机房设备微环境的概念。设备微环境是指机柜中网络设备运行环境，包括温度，湿度电力及监控等相关参数和运行情况。
在传统的运行模式中，温度的控制通过空冷设备将机房室内温度降低，从而达到设备的冷却，从没有考虑过机柜和机架等环节。而微环境的引入就是将过去机房大环境参数正常但网络设备所处微环境参数不正常的弊端解决了，以降低网络设备重启，死机等故障的概率。
现而今对机柜内机架上设备的微环境监测已经被各界重视起来，一种基于多传感自校正技术，传感网络信息预测技术的智能电源分配单元（Intelligent Power Distribution Unit,IPDU）已作为设备微环境智能检测的模型被业界列为研究的重点。
IPDU也可称为远程电源管理器，能实时监测机柜内电力的电压，电流，功率，用电量等参数，同时也监测其分路或每个设备端口的电力参数，当电力参数出现过压，欠压，过流或分路断路等情况时，能够第一时间发出报警，从而提高设备运行的安全性。
TEDS格式的引擎校正方式可以将不同接口模式的传感器引入实现多信息的自校正。而信息的同步问题则可以通过预测补偿算法修正模型来完成。根据目前智能传感器的技术发展情况，还需要对传感器进行自校正从而提高测算精度，这就要采用基于特定TEDS格式的引擎校正方式，主要包括：最后校正日期周期和所涉及的校正参数等等。
而新架构下的自校正引擎在IPDU上而不是在传统构架中的监控主机内，采用TEDU的校正系数，利用分段线性插值函数进行多参数传感数据的自校准，K通道传感模型矫正公式：
K通道传感模型矫正公式
3通信电源监控系统实例
某地区变电站将远程控制单元，站端视频处理单元等站端控制设备通过环境设备管理层的信息处理，将不同类型的监控模块及通讯模块采用的不同类型的通讯协议采集的各种遥信遥测数据，统一为数据量，实现了与主站平台之间的通信问题，通过协议封装，将环境变量和门禁系统等模块接入到系统中来，统称为RPU，组成变电站综合监控系统，实现了对视频，环境等信息实时处理功能。
通过RPU的连接将通信电源的相关供电系统，温度等参数虚拟为一个环境信息量，相当于将遥信数据虚拟成遥信设备，遥测数据虚拟为遥测设备后，将数据上传或平台主动获取资源列表,定时与监测模块通信，读取模块数据，并将采集到的数据上传至平台，自定义阀值。
此外，通过RPU的本地存储功能，还可将采集的数据以历史记录的形式保存至本地以供查询。通信电源监控模块监控的内容见表1，遥信数据见表2。
表1监控的遥测数据
表2 监控的遥信数据
该地区通信电源监控系统结构如图4
图4 某地区变电站通信电源监控系统结构图
该监控系统中各通信电源监控模块都支持前端智能设备协议，其他模块系统满足modbus协议类型。结合该监控系统的个监控摸块的特点，将监控模块的通信网络设计为多种总线类型并存的方式，根据通信距离可采用RS-232C总新接口或RS-485/RS-422总线接口，其中RS-232C总线接口主要用在15m距离内可靠通信系统中，而RS-485/RS-422接口采用的是差分信息传输，距离范围可达1500m，使用与距离较远监控模块的连接。
此外，当监控网络不大，而扩展更高一级监控系统时，可采用MODEM接口，通过主板上的接口拨码开关，选择接口方式，可以通过该接口，公用现有的公用电话网与远程计算机通信。
根据该系统的结构可总结出该系统的特点如下：该系统兼容性强，把视频监控，电源监控集中在同一套系统中，提高了平台的使用效率。将通信电源数据统一虚拟成环境变量，通信电源的监测数据与其他环境变量数据相同，平台不需要重新投入资金开发，实现无缝集成。
实时监测各系统运行参数，发生异常，短时就能接到报警数据降低了相应时间。操作简单，不需要重新培训就能使操作人员上手操作。
4 结论
通信电源监测系统是通信设备及电力系统正常运行的保障，大大提高了各个站点通信电源运行的稳定性和可靠性，降低了维护成本，是通信电源维护管理从靠人力模式向自动化集中监控管理模式迈进的重要标志。
基于IPDU的设备微环境监测构架，可是远程管理电源系统机柜内的网络设备，还可对服务器微环境进行远程管理，利用TEDS校正引擎实现多传感器的自校正。传输同步的问题通过补偿预测算法的广义预测模型，分析数据延时的原因得以解决。
通过实例，更直观的感受到了电源监控系统能有效的辅助电力系统安全稳定的运行，为电源监测系统日后的改进提供了参考。
