|
摘要：本文介紹了一種基于云服務(wù)的變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，詳細(xì)描述了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控中心和手機(jī)客戶端的測(cè)量和顯示功能的一體化，使工作人員對(duì)變電站的運(yùn)行狀況一目了然，工作效率大大提高。
關(guān)鍵詞：變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通訊，云服務(wù)，移動(dòng)終端，供配電
資料提供：本文涉及方案已在用戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施，?技術(shù)方案先進(jìn)，運(yùn)行穩(wěn)定。歡迎聯(lián)系藍(lán)普鋒深入探討、交流。
1引言
變電站自動(dòng)化是電力系統(tǒng)自動(dòng)化一個(gè)重要方面。變電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的核心是變電站監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化。將計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用于變電站監(jiān)控系統(tǒng)，使得變電站自動(dòng)化水平有了極大的提高，為變電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守打下了良好的基礎(chǔ)。本文研發(fā)一種基于云服務(wù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在變電站的應(yīng)用比較多，但是云服務(wù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變電站的應(yīng)用則比較少，所以本文的研究具有較大的創(chuàng)新性。
2基于云服務(wù)的變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
基于云服務(wù)的變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)，可以獲取輸配電的全景信息，及時(shí)報(bào)警，預(yù)見可能發(fā)生的故障，并具備保護(hù)功能，可以實(shí)現(xiàn)集中和移動(dòng)終端兩種方式監(jiān)控。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括各個(gè)變電站、監(jiān)控站、移動(dòng)終端、工程師站、云端服務(wù)器、云端存儲(chǔ)器、移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)、GPRS通訊服務(wù)器等。
圖1基于云服務(wù)的變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)智能箱變分為四部分：現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層、通訊層、云服務(wù)、監(jiān)控層。
（1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)計(jì)
現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層由箱變智能設(shè)備和監(jiān)測(cè)儀表組成。
箱變智能設(shè)備：由高壓控制器、中央負(fù)荷開關(guān)（或真空斷路器）、變壓器、低壓進(jìn)線柜、低壓饋電、低壓補(bǔ)償?shù)炔糠纸M成。
監(jiān)測(cè)儀表：具有四遙功能的遠(yuǎn)傳接口和在線統(tǒng)計(jì)功能。對(duì)箱變高壓柜、變壓器和低壓進(jìn)、出線的電流、電壓、無(wú)功、有功功率、無(wú)功功率、頻率、相位等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)配電變壓器的運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。
（2）通訊層設(shè)計(jì)
通訊層主要由網(wǎng)絡(luò)控制器和通訊網(wǎng)絡(luò)組成，該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的信息進(jìn)行采集、分類和傳送等工作，同時(shí)轉(zhuǎn)達(dá)上位機(jī)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的各種控制命令。
網(wǎng)絡(luò)控制器：控制現(xiàn)場(chǎng)各種智能儀表通訊，同時(shí)也提供數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能，能夠向兩個(gè)及以上的數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。
通訊網(wǎng)絡(luò)：可采用有線/無(wú)線的傳輸方式。有線傳輸方式對(duì)智能儀表采用RS485總線通訊，在現(xiàn)場(chǎng)不具備布線條件或有特殊要求的情況下可采用無(wú)線傳輸方式，采用既有的信息化網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或通過(guò)GPRS等無(wú)線傳輸方式通訊。
（3）云服務(wù)設(shè)計(jì)
云服務(wù)是整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行中心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、運(yùn)算等功能，根據(jù)箱變的數(shù)量確定云服務(wù)的規(guī)模。
（4）監(jiān)控層設(shè)計(jì)
站控層是箱變管理人員用于人機(jī)交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部分。主要有系統(tǒng)軟件和必要的硬件設(shè)備，如監(jiān)控計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、移動(dòng)終端（如手機(jī)、平板電腦）。
監(jiān)控計(jì)算機(jī)：用于監(jiān)控箱變的所有運(yùn)行狀態(tài)以及報(bào)警。
移動(dòng)終端：通過(guò)手機(jī)或平板電腦，使操作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)，完成系統(tǒng)的簡(jiǎn)單管理、維護(hù)和分析。
3 基于云服務(wù)的變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
3.1 網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)
基于云服務(wù)的變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通訊主要包括有線通訊和無(wú)線通訊兩種方式。
有線通訊需要線纜作為傳輸介質(zhì)，隨著傳輸距離的增加，也要加大對(duì)傳輸介質(zhì)的投資。需要用到的有現(xiàn)場(chǎng)總線和RS-485總線。
現(xiàn)場(chǎng)總線連接的系統(tǒng)可以進(jìn)行數(shù)字式雙向傳輸，對(duì)于箱變內(nèi)電力設(shè)備和智能系統(tǒng)的連接非常適用。箱變內(nèi)各模塊的一般工作環(huán)境都比較復(fù)雜，電磁干擾嚴(yán)重，而且內(nèi)部需要通信的點(diǎn)較多，箱變智能系統(tǒng)各模塊一般都是協(xié)同工作，它們之間的信息交流較多，現(xiàn)場(chǎng)總線組網(wǎng)靈活，通信快速并且可靠，能夠達(dá)到智能箱變內(nèi)部通信的要求。但是，智能箱變與監(jiān)控中心的通信距離較遠(yuǎn)，一般一個(gè)監(jiān)控中心需要管理好幾個(gè)智能箱變，在這里使用現(xiàn)場(chǎng)總線會(huì)存在布線不方便、前期投資高、后期維護(hù)難度大等缺點(diǎn)。所以，現(xiàn)場(chǎng)總線不適合智能箱變和監(jiān)控中心的通信。
RS-485總線是對(duì)普通串口通信改進(jìn)的一種通信方式，由于其傳輸速率低，抗干擾能力差，適合少量數(shù)據(jù)在周圍環(huán)境變化小的地方傳輸使用，在箱變內(nèi)可以進(jìn)行少量數(shù)據(jù)的傳輸，監(jiān)控中心的控制數(shù)據(jù)傳輸也適合，不能用在智能箱變與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)傳輸。
無(wú)線通信是一種不需要通信線路的通信方式，前期安裝簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)通信快速�，F(xiàn)在的無(wú)線通信一般都能工作在雙工形式下，只要無(wú)線信號(hào)能夠到達(dá)，就能實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)地區(qū)與停電地區(qū)的通信，這對(duì)智能箱變和監(jiān)控中心的通信是最佳的選擇。
GPRS通信是無(wú)線通信的一種方式。GPRS是在GSM基礎(chǔ)上開發(fā)的一種適合遠(yuǎn)距離傳輸信息的無(wú)線通信方式，具有實(shí)時(shí)在線、按流量收費(fèi)、適應(yīng)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)帶寬較寬、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較廣的優(yōu)點(diǎn)，特別適合少量的、頻繁的、突發(fā)的、間斷的數(shù)據(jù)傳輸，同時(shí)也適合偶爾大量數(shù)據(jù)傳輸，所以完全滿足箱變智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息傳輸要求。隨著GPRS技術(shù)的不斷發(fā)展，其已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，也為智能箱變與監(jiān)控中心通信提供了一種選擇。
GPRS通信使用了分組交換技術(shù)，不但具有GSM的基本功能，而且在前邊基礎(chǔ)上加入了高速數(shù)據(jù)的傳輸，為以前的GSM用戶提供了高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆纸M形式的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了分層，不同層都具有各自獨(dú)特的功能，其中最高層使用了差錯(cuò)和流量控制，為中間網(wǎng)絡(luò)層減少了開銷，提高了傳輸速度。數(shù)據(jù)傳輸安全性也很重要，在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牟糠汁h(huán)節(jié)上設(shè)置服務(wù)等級(jí)，只有符合等級(jí)才能對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行查看。
GPRS通信作為現(xiàn)在應(yīng)用較廣泛的一種通信方式，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，一個(gè)用戶可以同時(shí)使用多個(gè)傳輸通道來(lái)提高速度，多個(gè)用戶也可用一個(gè)傳輸通道，無(wú)線通信的資源被充分利用，不會(huì)造成浪費(fèi)。使用GPRS通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)程接收和發(fā)送，只按照傳輸流量收費(fèi)，并且能長(zhǎng)期在線，能滿足用戶要求而且費(fèi)用低。GPRS通信技術(shù)的特點(diǎn)：
（a）運(yùn)用分組交換技術(shù)
（b）支持高速率數(shù)據(jù)傳輸
（c）可以與任何通訊網(wǎng)快速連接
（d）GPRS既支持大量數(shù)據(jù)偶爾的傳輸，又支持突發(fā)式數(shù)據(jù)間歇的傳輸。
3.2 云服務(wù)與云計(jì)算技術(shù)
采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)，傳到云服務(wù)器端，再通過(guò)云技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)和移動(dòng)終端。
云計(jì)算是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。可以把企業(yè)的數(shù)據(jù)中心和應(yīng)用部署在公有云上，減少企業(yè)一次投入和運(yùn)維費(fèi)用。
3.3 移動(dòng)終端應(yīng)用技術(shù)
移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展是一場(chǎng)偉大的工業(yè)變革。設(shè)備智能化的發(fā)展使移動(dòng)設(shè)備變成了拿在手上的電腦，使無(wú)線替代了有線，使手機(jī)替代了電腦。與傳統(tǒng)的模擬監(jiān)控、數(shù)字監(jiān)控和有線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控對(duì)比，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控完全是一場(chǎng)技術(shù)變革。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)采用了全新的移動(dòng)通信技術(shù)，例如Wi-Fi、3G或4G網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳輸。人們可將多個(gè)監(jiān)控地點(diǎn)的情況進(jìn)行匯總，在一臺(tái)手機(jī)上就可以隨時(shí)隨地查看。
從目前的發(fā)展來(lái)看，受益于多方面因素的影響，移動(dòng)監(jiān)控的發(fā)展日趨成熟，其中移動(dòng)終端設(shè)備的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的升級(jí)是遠(yuǎn)程監(jiān)控發(fā)展的兩個(gè)重要因素。如今，個(gè)人手機(jī)和平板電腦已經(jīng)可以被認(rèn)為是個(gè)拿在手中的個(gè)人電腦了，從單核到雙核，再到多核的CPU的升級(jí)，運(yùn)行內(nèi)存RAM不斷地增加，移動(dòng)終端的運(yùn)行速度不斷提高。更為可貴的是，移動(dòng)終端產(chǎn)品還在不斷完善，智能化的移動(dòng)設(shè)備性能也越來(lái)越強(qiáng)大。
移動(dòng)終端也就是客戶端，是基于Android或iOS系統(tǒng)的安裝在手機(jī)或是其他移動(dòng)設(shè)備上的嵌入式軟件，擁有這個(gè)軟件的移動(dòng)產(chǎn)品稱之為移動(dòng)終端，這里也稱為客戶端。這個(gè)軟件主要由數(shù)據(jù)接收、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)解析和云臺(tái)控制等四個(gè)部分組成。
4基于云服務(wù)的變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例
內(nèi)蒙古呼和浩特三聯(lián)化工廠是呼和浩特市用電量較大的重要用戶，我們?yōu)槠?/span>35KV變電站開發(fā)了一套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用來(lái)給呼和浩特供電局提供實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)服務(wù)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案如圖2所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件配置如圖3所示，移動(dòng)終端的監(jiān)測(cè)界面如圖4所示。
圖2 三聯(lián)化工廠35KV變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案
圖3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件配置
圖4 移動(dòng)終端的監(jiān)測(cè)界面
通訊管理機(jī)從三聯(lián)化工35KV變電站一次系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)，無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)儀測(cè)量電纜A、B、C相電流。將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇删幊炭刂破鱎PC2107N模塊，可編程控制器把接收到的電壓、電流、頻率等非開關(guān)量和開關(guān)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨⒗镌�，PC端和手機(jī)端可以通過(guò)相應(yīng)軟件從阿里云服務(wù)器中獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)用戶系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。
PC端軟件或者手機(jī)APP通過(guò)無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)儀實(shí)時(shí)顯示電纜溫度，無(wú)線溫度傳感器Wtem751測(cè)量A、B、C相電纜溫度，通過(guò)ZigBee通訊將測(cè)量溫度傳輸給無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)儀Aptem200，無(wú)線溫度監(jiān)測(cè)儀實(shí)時(shí)顯示各相電纜溫度，同時(shí)將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨⒗镌疲謾C(jī)端和PC端能夠隨時(shí)查看各相電纜溫度狀態(tài)。
手機(jī)端和PC端客戶端將各相電纜溫度生成歷史曲線，用戶可以通過(guò)溫度曲線觀察過(guò)去一段時(shí)間內(nèi)電纜溫度變化狀態(tài)，同時(shí)可以查看某一時(shí)間點(diǎn)電纜溫度狀態(tài)。溫度傳感器的布置如圖5所示，溫度監(jiān)控參數(shù)如圖6所示，溫度監(jiān)控曲線如圖7所示。
圖5溫度傳感器的布置 圖6溫度監(jiān)控參數(shù)
圖7溫度監(jiān)控曲線
5 結(jié)論
變電站自動(dòng)化系統(tǒng)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保證，變電站實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的核心是監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化，計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)控系統(tǒng)后，變電站自動(dòng)化水平有了極大的提高。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)深刻改變了電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理模式，為變電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班奠定了良好的基礎(chǔ)。變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)集變電站控制、測(cè)量和監(jiān)視于一體。
變電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)投入使用后，可以24小時(shí)不間斷地監(jiān)控變電站，不需要工作人員定期巡視，節(jié)省了人力資源，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。用戶側(cè)配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)投入使用后，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控中心和手機(jī)客戶端的測(cè)量、顯示、控制等功能的一體化，使工作人員對(duì)變電站的運(yùn)行狀況一目了然，工作效率大大提高。這種方便、快捷、有效的監(jiān)控手段，大大提高了變電站的工作可靠性。用戶側(cè)配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)投入使用后，會(huì)大大提高供電的質(zhì)量，進(jìn)而會(huì)帶來(lái)較高的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
- [1] 高翔編著．智能變電站技術(shù)[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2012．
- [2] 林為民，郭經(jīng)紅，吳軍民等著．云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2013．
- [3] RPC2000系列可編程控制器硬件手冊(cè)[M]．北京藍(lán)普鋒科技有限公司，2016．
- [4] RPC2000系列可編程控制器軟件手冊(cè)[M]．北京藍(lán)普鋒科技有限公司，2016．
- [5] RPC2000系列可編程控制器指令手冊(cè)[M]．北京藍(lán)普鋒科技有限公司，2016．
|
