电力监控系统（Power Monitoring System, PMS）：原理、组成与应用

电力监控系统是保障电力系统安全、稳定、经济运行的核心技术手段，通过对电力生产、传输、分配、消费各环节的电气参数、设备状态进行实时采集、监视、控制和分析，实现对电力系统运行状态的全面掌控，是智能电网的重要组成部分。

一、电力监控系统的核心功能

电力监控系统的核心目标是解决电力系统 “看得见、控得住、调得优” 的问题，具体功能可分为基础监控和高级应用两大类：

1. 基础监控功能（实时运行保障）

• 数据采集与处理：通过传感器、智能仪表等设备，实时采集电压、电流、功率、频率、功率因数、电量、设备温度、开关状态等核心数据，对数据进行滤波、校验、转换后，形成统一格式的运行数据。
• 实时监视与告警：以图形化（一次接线图、厂站平面图）、列表（实时数据报表）等形式，直观展示电力系统运行状态；当参数超阈值（如电压过高 / 过低、电流过载）或设备故障（如开关跳闸、变压器异常）时，通过声光、弹窗、短信等方式分级告警，提醒运维人员处理。
• 远程控制操作：在授权前提下，运维人员可通过系统远程执行断路器分合闸、变压器分接头调节、电容器投切等操作，减少现场操作工作量，提升响应速度。
• 事件记录与追溯：自动记录设备操作记录（如 “2024-XX-XX 10:00 手动分闸 #1 断路器”）、故障事件（如 “2024-XX-XX 14:30 #2 变压器过温告警”）、参数越限记录等，形成不可篡改的日志，用于故障分析和责任追溯。

2. 高级应用功能（优化运行与决策支持）

• 电能质量分析：对电压偏差、频率偏差、谐波畸变率、三相不平衡度等电能质量指标进行持续监测和分析，生成电能质量报告，为改善供电质量提供依据（如针对性配置滤波装置）。
• 能耗统计与分析：按区域、回路、设备类型统计用电量，生成日 / 月 / 年能耗报表，分析能耗趋势、峰谷用电规律，为节能改造（如错峰用电、更换高耗能设备）提供数据支撑。
• 设备状态评估与预测性维护：通过长期监测设备的运行参数（如变压器油温、电缆温度、开关机械特性），结合设备寿命模型，评估设备健康状态，预测潜在故障（如提前预警变压器绝缘老化），实现 “按需维护” 替代 “定期维护”，降低运维成本。
• 潮流计算与网损分析：模拟电力系统中功率的流动方向和大小，计算线路、变压器的损耗，优化电网运行方式（如调整负荷分配），降低网损，提升经济性。

二、电力监控系统的组成架构

电力监控系统通常采用 **“分层分布式” 架构 **，按功能和层级可分为现场设备层、通信层、站控层（或主站层），各层级独立又协同工作。

层级

核心设备 / 组件

主要作用

现场设备层

智能仪表（多功能电力仪表、电能表）、传感器（温度、湿度、压力传感器）、PLC（可编程逻辑控制器）、RTU（远程终端单元）、智能断路器、保护装置等

直接采集电力参数（电压、电流等）和设备状态（分 / 合闸、温度等），执行站控层下发的控制指令（如分闸操作）。

通信层

通信介质（网线、光纤、4G/5G 无线模块、LoRa、电力线载波 PLC）、通信设备（交换机、路由器、DTU 数据传输单元、通信管理机）

构建数据传输通道，将现场设备层采集的数据上传至站控层，同时将站控层的控制指令下发至现场设备，保障数据传输的实时性和可靠性。

站控层 / 主站层

服务器（数据服务器、应用服务器）、监控主机、人机交互界面（HMI）、数据库软件、监控系统软件（如 SCADA 系统）、打印机等

接收、存储、处理通信层上传的数据，通过 HMI（如监控画面、报表）向运维人员展示运行状态，提供告警、控制、分析等功能，是系统的 “大脑”。

三、电力监控系统的关键技术

1. 数据采集技术

• 模拟量采集：通过电流互感器（CT）、电压互感器（PT）将高电压、大电流转换为标准小信号（如 4-20mA 电流信号、0-5V 电压信号），再由智能仪表或 RTU 转换为数字信号。
• 数字量采集：直接采集设备的开关状态（如断路器 “分”/“合”）、故障信号（如 “过流保护动作”）等离散信号，通常通过干接点或数字通信方式实现。

2. 通信技术（决定系统响应速度与稳定性）

不同场景下通信技术的选择差异较大，核心考量 “实时性”“可靠性”“成本”：

• 有线通信：
• 光纤：抗干扰能力强、传输速率高（千兆 / 万兆）、距离远（数十公里），适用于变电站、电厂等核心场景的主干通信。
• 以太网（网线）：速率高、成本低，适用于厂站内短距离设备互联（如监控主机与交换机、智能仪表之间）。
• 电力线载波（PLC）：利用现有电力线路传输数据，无需额外布线，成本低，但抗干扰能力较弱，适用于居民小区、农村配网等对实时性要求不高的场景。
• 无线通信：
• 4G/5G：覆盖广、速率高，适用于分散式设备（如偏远地区的配电变压器、光伏电站）的数据传输。
• LoRa/NB-IoT：低功耗、广覆盖、大连接，适用于海量小型终端（如智能电表、传感器）的远程数据采集，常用于物联网电力监控场景。

3. 监控与控制核心技术

• SCADA 技术：即 “数据采集与监视控制系统”（Supervisory Control and Data Acquisition），是电力监控系统的核心软件框架，整合数据采集、实时监控、远程控制、告警管理等基础功能，是绝大多数电力监控系统的 “标配”。
• HMI 人机交互技术：通过可视化界面（如一次系统接线图、设备状态模拟图、数据趋势曲线）将复杂的电力参数转化为直观的图形、文字，方便运维人员快速掌握系统状态，常见于监控主机的操作界面。
• 数据库技术：分为实时数据库（如 InTouch Historian、OSIsoft PI）和关系型数据库（如 MySQL、SQL Server）。实时数据库用于存储毫秒级的实时运行数据，支撑实时监控；关系型数据库用于存储历史数据、操作日志、报表等，支撑统计分析和追溯。

四、电力监控系统的典型应用场景

1. 工业领域（核心需求：保障生产连续性、降低能耗）

• 应用场景：工厂高低压配电室、生产线供电回路。
• 核心功能：实时监控配电回路电压、电流、功率，避免设备过载跳闸；统计各生产线能耗，优化用电方案；对关键设备（如电机、变频器）进行状态监测，提前预警故障，减少生产停机时间。

2. 建筑领域（核心需求：安全用电、节能管理）

• 应用场景：商业综合体、写字楼、住宅小区、数据中心。
• 核心功能：监控楼宇配电系统、电梯、空调等设备的用电状态；对充电桩、公共照明等回路进行远程控制；通过能耗分析，识别高耗能环节（如老旧空调），推动节能改造；当发生漏电、短路时，快速告警并联动切断电源，保障人身安全。

3. 电力系统自身（核心需求：稳定运行、调度优化）

• 应用场景：发电站（火电、水电、风电、光伏）、变电站（输变电枢纽）、配电网（城市 / 农村配电线路）。
• 核心功能：发电站需监控机组发电量、母线电压，配合电网调度调整出力；变电站需实时监视主变、开关设备状态，实现远程分合闸操作；配电网需监测线路负荷、电压质量，快速定位故障（如电线杆倒杆导致的线路断电），缩短抢修时间。

五、电力监控系统的发展趋势

1. 与 “智能电网” 深度融合

随着新能源（风电、光伏）大规模并网、电动汽车充电桩普及，电力系统的 “源、网、荷、储”（电源、电网、负荷、储能）互动需求增强。电力监控系统将整合储能设备、分布式电源的数据，实现 “源荷互动”（如电网负荷过高时，调度储能放电补充供电），提升电网对波动性电源的接纳能力。

2. 引入 AI 与大数据分析

• 故障诊断智能化：通过机器学习算法分析历史故障数据，建立设备故障模型，实现 “故障自动识别 + 原因分析 + 处理建议” 的闭环，减少对运维人员经验的依赖。
• 负荷预测精准化：基于历史用电数据、气象数据（如气温影响空调负荷）、节假日因素，通过 AI 模型精准预测未来用电负荷，为电网调度、错峰用电提供更科学的依据。

3. 向 “边缘计算 + 云端协同” 架构演进

• 边缘计算：在靠近现场设备的边缘节点（如通信管理机、边缘服务器）部署计算能力，实现数据的本地实时处理（如快速告警、本地控制），减少数据向云端传输的延迟，提升系统响应速度。
• 云端协同：边缘节点将汇总后的历史数据、分析结果上传至云端平台，实现多站点、跨区域的统一监控和管理（如集团企业对下属各工厂配电系统的集中监控）。

4. 强化网络安全防护

电力监控系统属于 “关键信息基础设施”，网络攻击可能导致电网瘫痪，因此安全防护成为核心重点。未来将进一步完善 “物理隔离 + 防火墙 + 入侵检测 + 数据加密” 的多层防护体系，同时通过国产化软硬件（如国产操作系统、数据库）替代，降低外部安全风险。

六、总结

电力监控系统已从早期单纯的 “实时监视” 升级为集 “监控、控制、分析、优化、预测” 于一体的综合管理平台，是电力系统从 “传统运维” 向 “智能运维” 转型的核心支撑。随着技术的发展，其将更加智能化、协同化、安全化，为新型电力系统（以新能源为主体）的稳定运行提供关键保障。

《电力监控系统安全防护规定》（国家发展和改革委员会令2024年第27号，取代原2014年14号令，以下简称《规定》：

近日，国家发展改革委在深入调查研究、广泛听取意见的基础上修订出台了《电力监控系统安全防护规定》（国家发展和改革委员会令2024年第27号，取代原2014年14号令，以下简称《规定》），《规定》以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，深入落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略，适应新型能源体系和新型电力系统建设的要求，为我国新型电力系统建设提供了有力支撑。

一、《规定》的修订具有重要意义

（一）体现了国家主管部门对网络安全高度重视。

自2000年二滩水电站遭受网络攻击之后，国家电力行业主管部门高度重视，已相继颁布了三个相关法令，指导电力行业逐步建立了比较完善的电力监控系统安全防护体系，并形成了两个国家标准。2002年，国家经济和贸易委员会颁布第30号令，明确电力控制系统必须采用专用通信网络和计算机系统；2005年，国家电力监管委员会颁布第5号令，提出了“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的十六字方针；2014年，国家发展改革委颁布第14号令，提出建立电力监控系统安全防护体系，核心内容形成了国家标准GB/T 36572-2018《电力监控系统网络安全防护导则》，防护体系由三维空间和一维时间构成：安全防护技术作为X轴（包括基础安全、结构安全、本体安全、可信免疫），应急备用措施作为Y轴（包括拟态冗余备用、横向三道防线、纵向三道防线）、全面安全管理作为Z轴（包括全部设备管理、全体人员管理、全生命周期管理）、体系的不断发展完善作为t轴（时间轴，已经发的三个法令代表三大阶段，现在进入第四阶段）。该标准于2022年泛化为GB/Z 41288-2022《信息安全技术 重要工业控制系统网络安全防护导则》，指导其他重要工控领域建立本领域的网络安全防护体系。本次新颁布的《规定》是二十多年来国家电力行业主管部门相继颁布的第四个法令，体现了国家对电力监控系统安全的持续高度关注。

（二）贯彻党中央网络安全强国战略部署的重要举措。

习近平总书记多次强调，没有网络安全就没有国家安全，没有信息化就没有现代化。近年来，随着《中华人民共和国网络安全法》《关键信息基础设施安全保护条例》《中华人民共和国数据安全法》等法律法规陆续颁布，我国正从网络大国向网络强国转变，网络安全已上升到国家战略，事关国家安全和经济发展、事关广大人民群众工作生活。《规定》的颁布既秉承国家新的战略要求，又适应日益严峻的网络安全形势，对加强电力行业网络安全管理，规范系统运行提供了具体指引。

（三）顺应新型电力系统发展建设的客观要求。

2022年国家关于建设电力市场体系、“十四五”能源体系规划中，明确了构建新型电力系统是国家能源战略的重要发展方向。在新型电力系统建设背景下，新业务形态和运行模式不断涌现，原《规定》在指导网络安全工作实践过程中需要不断发展完善。如新型电力系统接入主体更多样、边端分布更广泛、交互方式更丰富等特征增加了网络安全防护的难度、降低了防护体系的强度。《规定》分析了新型电力系统环境下电源结构、电网形态、业务模式、技术基础等方面的变化带来的安全风险，从技术、应急、管理三个层面明确了防护标准，细化了防护措施，为电力系统安全发展保驾护航。

二、《规定》完善了电力监控系统安全防护要求

（一）明确电力监控系统范围。《规定》对电力监控系统的定义进行了更全面的描述，以系统功能描述的形式，对电力监控系统的具体定义范围进行解释，涵盖了从发电、输电、变电、配电到用电的全链条新型业务形态。在适用范围上，《规定》不仅适用于传统公用的各级电网、各类变电站（换流站、开关站等）和各类发电厂，也适用于与主网并网运行的地方电网或专用电网、以及各类自备发电厂和变电站，还将与电力监控系统相关的产品制造、安装调试等单位纳入监管范围，强调供应商须承诺所提供的设备和系统不存在恶意安全隐患，并终身负责，凸显了对全系统安全和供应链安全的重视，增强了安全防护措施的适用性。

（二）深化防护原则与策略。随着电力系统源网荷储互动频繁，网络空间边界不再局限于封闭的环境，安全威胁的源头和形式更加多样。《规定》明确提出了“安全免疫”和“态势感知”的防护要求，通过引入主动免疫、智能监测、实时溯源、多功能预警等前沿技术手段，提升防护体系的层次感和动态感，确保实时感知潜在威胁，提高系统的主动应急响应能力，帮助应对多样复杂的网络攻击场景。

（三）完善违规事项和罚则。《规定》根据《网络安全法》《关键信息基础设施安全保护条例》等上位法律法规及相关网络安全管理制度要求，首次规定了运营者的违规事项及对应的处罚标准，罚则包括责令改正、警告、罚款三种，不仅提升了《规定》的教育引导作用，强调了运营者的安全主体责任和义务，又强化了《规定》的严肃性和权威性，确保各级机构的监管穿透和下沉，保障各项措施高效落地执行。

三、《规定》有助于解决安全防护面临的突出问题

（一）深化生产控制系统本体内生安全。经过多年的持续发展建设，早期投运的电力生产控制系统及网络设施已陆续进入更新换代阶段。《规定》要求充分利用技改大修和更新换代的机会，采用更先进实用的技术和更安全的产品，逐步构建更安全的电力监控系统，不断完善电力监控安全防护体系。

（二）强化安全接入区防护措施。安全接入区是生产控制区与采用非电力监控专用网络的终端之间的一个过渡区域，《规定》明确了安全接入区的功能定位和防护要求。安全接入区内应简化功能配置，主要实现代理和转发功能，控制指令需要进行端到端的身份认证，防止数据在传输过程中被窃取或篡改。同时，应使用可信验证措施加强通信代理模块的保护，提升安全接入区的安全。相关措施有效强化了负荷控制与管理、配电自动化、用电采集、分布式能源监控等低压电力监控系统中涉控功能模块的网络安全防护。

（三）强化电力监控系统专用安全产品管理。电力监控系统专用安全产品，是落实“安全分区，网络专用，横向隔离，纵向认证”结构安全原则，构建网络安全防护体系的核心设备。《规定》明确由国家电力调度控制中心牵头组建电力监控系统专用安全产品管理委员会，保障电力监控系统专用安全产品安全可控，对推动专用安全产品技术更新换代和全生命周期安全管理具有积极意义。

（四）优化技术监督管理。《规定》明确不同主体的技术监督职责和范围，运营者应建立本单位电力监控系统安全防护技术监督体系，全方位开展技术监督工作，电力调度机构应按照《规定》要求开展涉网部分电力监控系统技术监督工作。《规定》还增加技术监督过程中风险管控措施，明确存在重大安全风险情况时，可采取断开其数据网络连接、断开其电力一次设备连接等措施管控安全风险。

此次修订印发的《规定》全面贯彻党的二十大精神，深入落实党中央、国务院决策部署，对安全技术、安全管理、应急措施、监督管理等方面进行了系统的修订。我们要在工作中认真学习领会《规定》修订精神，确保相关要求和措施落地，切实提高电力监控系统安全防护水平，保障电力生产及供应可靠，更好的支撑新型电力系统建设。（作者：辛耀中 工业控制系统产业联盟理事长、原国家电网公司国家电力调度控制中心副主任）