基于物聯(lián)網(wǎng)架構的變電所參數監測報警系統設計

　　10kV變電所低壓配電系統位于電力系統的末端，是最終面向用戶(hù)的配電網(wǎng)絡(luò )，直接與用戶(hù)設備相連，為用戶(hù)設備供應、分配電能，它的運行情況與區域內的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)。長(cháng)期以來(lái)由于電力行業(yè)重視發(fā)電、輕視配電、不管用電，導致低壓配電網(wǎng)絡(luò )的智能化、信息化水平發(fā)展較慢。采用人工抄表的方式工作量大，對緊急情況反映不及時(shí)，早以不能滿(mǎn)足現代化監管要求;而采用現場(chǎng)設備層和過(guò)程監控層兩層結構的現場(chǎng)監測方式，雖然數據傳輸具有一定的實(shí)時(shí)性，數據吞吐量較大，但一般只能實(shí)現本地監管的功能，離開(kāi)現場(chǎng)就無(wú)法獲取實(shí)時(shí)的監測信息;文獻中所述的數據采集與監控(SCADA)系統雖然技術(shù)比較成熟，但這類(lèi)系統比較龐大，投資規模大、建設復雜，主要應用于大型的電力調度自動(dòng)化方面，而對于小型變電所配電系統則不太適用;文獻中所述的GPRS方式，雖然減少了系統布線(xiàn)，但是這種無(wú)線(xiàn)方式是收費的，存在著(zhù)傳輸數據量小，數據傳輸容易丟失的問(wèn)題。

　　物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一種新型技術(shù)體系，自被提出以來(lái)，已經(jīng)在眾多領(lǐng)域得到了應用。本文結合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)，針對10kV變電所低壓配電系統提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)四層架構的變電所參數監測系統設計方案，通過(guò)網(wǎng)關(guān)將變電所底層信息傳感設備網(wǎng)絡(luò )和互聯(lián)網(wǎng)結合起來(lái)形成一個(gè)巨大的智能網(wǎng)絡(luò )，從而實(shí)現人與物的溝通和對話(huà)。本文分層介紹了每一層的功能結構，對系統功能模塊進(jìn)行設計，在實(shí)時(shí)報警模塊上采用了無(wú)插件的Server Push方式以保證報警的實(shí)時(shí)性，實(shí)現了變電所的遠程監測和管理。

　　1. 系統整體設計

　　根據物聯(lián)網(wǎng)的四層架構體系，系統由下至上分別由感知層、傳輸層、服務(wù)層、應用層構成，其結構如圖1所示。

　　圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)架構的變電所監測系統結構圖

　　感知層主要獲取變電所低壓端參數信息。10kV變電所低壓端設備主要有變壓器、次總開(kāi)關(guān)、電容柜、出線(xiàn)柜等，分別安裝有不同的監測儀表，它們主要監測的參數如表1所示。這些儀表均提供統一的RS485接口，通過(guò)Modbus總線(xiàn)與上層網(wǎng)關(guān)相連。由于本系統的通信數據量大，且數據大都為二進(jìn)制數值，因此，采用Modbus RTU的通信方式，一個(gè)Modbus RTU幀最大為256字節。

　　表1 變電所低壓端設備參數表

　　傳輸層主要對感知層參數信息進(jìn)行接入和傳輸，該層的主要設備為網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)具有較強的硬件支撐，是系統上下層信息交換的樞紐。它向下通過(guò)Modbus總線(xiàn)與終端監測設備相連，向上通過(guò)以太網(wǎng)接口連接Internet.網(wǎng)關(guān)的主要仕務(wù)就是實(shí)現上下兩種網(wǎng)絡(luò )數據包格式的轉換。如果接收到的Modbus數據包為緊急類(lèi)型的信息，如異常報警信息，則馬上轉換成以太網(wǎng)幀;而一般數據則等待后續數據包到來(lái)后組合成一個(gè)以太網(wǎng)幀上傳。

　　服務(wù)層主要對大量的數據進(jìn)行處理、存儲，為上層實(shí)際應用建立了一個(gè)高效、可靠的技術(shù)支撐平臺，服務(wù)層的主要設備包括WEB服務(wù)器和數據庫服務(wù)器。Web服務(wù)器完成與網(wǎng)關(guān)的通信、數據采集、數據解析、數據保存工作，并向客戶(hù)端提供Web服務(wù)。數據庫服務(wù)器用于存放變電所的監測數據、報警記錄、操作信息等，這些數據分別保存在數據庫的不同表單中，它是變電所實(shí)時(shí)監測數據顯示、報表打印等的數據來(lái)源。系統數據存儲分本地數據中心和通過(guò)公有云存儲接口連接的遠程大數據中心。

　　私有數據保存于本地數據中心，而公共數據則存儲至遠程大數據中心。通過(guò)這樣保證了海量數據的高并發(fā)性訪(fǎng)問(wèn)及存儲，可大幅減輕本地數據中心存儲數據的壓力，又可使公共大數據及非敏感數據對第三方開(kāi)放，系統提供公共數據訪(fǎng)問(wèn)接口。系統后臺支持數據建模、內建數據庫存儲模板及數據智能調度服務(wù)。

　　應用層的設計主要面向用戶(hù)，解決用戶(hù)端信息處理和人機交互的問(wèn)題，利用經(jīng)過(guò)分析處理的感知數據，為用戶(hù)提供豐富的應用功能。

　　2. 系統功能模塊介紹

　　該系統主要有實(shí)時(shí)監測、參數分析、數據報表、異常報警、系統管理等功能模塊，如圖2所示。系統采用B/S網(wǎng)絡(luò )結構模式，遠程用戶(hù)通過(guò)電腦、平板、手機等終端的瀏覽器就可以登錄系統進(jìn)行監管。

　　圖2 變電所監測系統用戶(hù)功能模塊框圖

　　2.1 系統管理

　　系統管理模塊可以查看變電所以及變電所內監測儀表、數據網(wǎng)關(guān)等設備的基本信息。也可以對系統用戶(hù)權限進(jìn)行管理。普通用戶(hù)只能查看基本的監測信息，管理員用戶(hù)可以進(jìn)行相應的操作，如打印報表、設置報警策、排班管理等。此外，還具有設備管理功能，可以查看設備狀態(tài)信息、修改設備模板，添加登記設備等。