使用NI LabVIEW和CompactRIO開發自動化儀表讀取系統

　　The Challenge:

　　由于電網是龐大而復雜的，使用傳統的數據采集方法很難改進現狀，采集精確而充足的數據有助于發射站和用于電力分布式設備的分布式網絡的每日決策。

　　The Solution:

　　開發高級自動化儀表讀取(AMR)系統幫助設備從儀表系統采集精確而充足的數據，從而提高目前印度電力分布式網絡的現狀。

　　Author(s):

　　Jaswinder Singh - NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.

　　Ravinder Singh - NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.

　　Abhishek Gaur - NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.

　　Yashwant Shrimali - NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.

　　Deepak Singh - NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.

　　Vaibhav Gupta - NexGEN Consultancy Pvt. Ltd.

　　我們需要AMR系統能夠從遠程子站的儀表設備中采集數據來，提供實時數據進行長期數據管理和每日電源使用分析。此外，系統必須能夠提供自動化報告生成、能量統計和在地理信息系統(GIS)中圖形化展示電網。另外，我們需要能夠幫助電力公司提供更多服務的系統。

　　我們的應用程序解決以下傳統儀表系統中的重要挑戰：

　　對于人的依賴

　　大量的操作時間

　　人為錯誤

　　在鄉村子站使用儀表設備的限制

　　采集到的數據不夠精確，無法用于可靠性分析

　　無法進行故障通知

　　我們使用NI cRIO-9014嵌入式實時控制器和GPRS通信接口開發了靈活的子站AMR系統，用于從遠程子站儀表設備使用NI LabVIEW實時模塊采集數據。CompactRIO系統為處理數據、管理多個任務和用TCP/IP網絡協議通信提供了良好的解決方案。

　　AMR系統用于從安裝在遠程子站的儀表設備測量電氣參數。我們構建了基于GIS的應用程序在集中式數據中心提供了子站的圖形化視圖。該軟件提供了從遠程子站更新GIS實時參數的功能。

　　軟件系統分成五個模塊：

　　從子站儀表設備采集數據

　　在數據中心與CompactRIO控制器之間通信

　　GIS模塊

　　子站單通道顯示/網絡原理模型模塊

　　報告與分析



 圖1. AMR系統體系結構

　　從子站儀表設備采集數據

　　這個模塊從安裝在子站的輸入和輸出設備上的儀表設備網絡采集數據。CompactRIO控制器為處理使用Modbus通信協議從儀表設備采集到的數據提供了可靠一致的解決方案。CompactRIO能夠處理包括RS232和單個現場可編程門陣列(FPGA)上的模擬數字I/O等不同接口，讓實時數據處理成為可能。

　　數字I/O模塊可以用于監視斷路器狀態，并且可以在斷路器狀態發生變化時，通過SMS和電子郵件發送到負責子站。模塊從儀表設備讀取以下參數：

　　電氣

　　溫度檢測

　　最大需求

　　故障檢測

　　在數據中心和CompactRIO之間的通信

　　NI的GPRS模塊作為通信媒體，允許遠程子站和數據中心之間進行通信。來自AMR接口采集到的數據通過GPRS調制解調器使用TCP/IP傳送，使用LabVIEW數據庫連接工具包寫入數據中心的SQL服務器數據庫。我們使用LabVIEW網頁發布工具構建了定制網站，提供對實時數據和歷史數據的訪問。系統能夠在通信故障時，將數據記錄在CompactRIO控制器的內存中，它能夠在通信恢復的時候讀取數據。

　　GIS

　　GIS用于顯示能源系統資源的位置。集成GIS和AMR的想法是為AMR系統提供圖形化用戶界面，從而讓電網能被可視化，如圖2和圖3所示。

　　GIS包含使用AMR數據動態更新的特殊符號，從而連續表示電網的目前狀態。操作員能夠查看地圖上的目標位置，并且進行放大和縮小。地圖自動按照預定的縮放比例在等級之間切換，從而在窗口中顯示操作員熟悉的地圖。



圖2. GIS與子站


圖3. GIS縮小

       子站單行顯示器

　　單行顯示器(SLD)用于將子站、子站總線配置、變壓器和斷路器符號化。AMR系統在SLD上更新來自遠程子站的儀表參數，例如每個相位電流、電壓、功率和斷路器的電源狀態(圖4)。詳細參數可以在另一個窗口中查看(圖5)。顯示的數據來自數據庫，并且由AMR系統進行更新。

圖4. 子站單行顯示器


圖5. 子站實時參數

　　網絡原理模型

　　這個應用程序包含繪制并記錄物理電網模型(子站、HT接頭、變壓器和LT接頭)的功能，可以根據變化進行更新(圖6)。這個應用程序是AMR系統的擴展，能夠圖形化顯示分布式網絡，并且在子站級配置網絡元素。數據從分布式變壓器采集，并且使用手持設備將儀表設備數據存儲為CSV格式。采集到的數據存儲到數據庫中，用于報告和分析。



圖6. 電網模型

　　報告與分析

　　從遠程儀表設備采集到的數據提供以下信息和報告：

　　被篡改的或讀數為零的儀表設備

　　能量消耗/供應級別，網絡設備(LT接頭、變壓器、HT接頭和變電站)在一段時間內的能源消耗

　　每個接頭的最大需求、電壓、電流、功率消耗/負載

　　包含峰值需求與基本需求、線路和變壓器/變電站負載、功率因數、無功功率需求、多樣因數和電壓情況的工作情況報告

　　包含供應中斷持續性的可靠性報告

　　包含負載、電壓波形、負載持續和功率因數曲線的圖形化報告

　　LT/HT接頭、變壓器和變電站的最大需求

　　異常消耗報告

　　例如能源平衡、高消耗區域、消耗趨勢與負載/電壓曲線等定制報告

圖8. 能量帳戶報告

　　結論

　　我們使用NI硬件和軟件開發的AMR系統是為電力設施提供的可靠一致的解決方案。我們能夠使用單一平臺整合儀表設備、狀態監視、GPRS通信和例如GIS、數據采集、SLD與報告生成等應用軟件。因此，我們避免了整合問題，縮短了開發時間。系統幫助電力設施提高電網狀態，滿足了印度電力領域未來的挑戰。

　　在本文發表的時候，系統已經完成子站測試，我們正在開發從跨越地理區域的分布式網絡中的多個子站讀取儀表的應用程序，并且將更多的高級功能添加到應用程序中。