基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的變電所參數(shù)監(jiān)測報警系統(tǒng)設(shè)計

　　10kV變電所低壓配電系統(tǒng)位于電力系統(tǒng)的末端，是最終面向用戶的配電網(wǎng)絡(luò)，直接與用戶設(shè)備相連，為用戶設(shè)備供應(yīng)、分配電能，它的運行情況與區(qū)域內(nèi)的生產(chǎn)、生活息息相關(guān)。長期以來由于電力行業(yè)重視發(fā)電、輕視配電、不管用電，導(dǎo)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，早以不能滿足現(xiàn)代化監(jiān)管要求;而采用現(xiàn)場設(shè)備層和過程監(jiān)控層兩層結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場監(jiān)測方式，雖然數(shù)據(jù)傳輸具有一定的實時性，數(shù)據(jù)吞吐量較大，但一般只能實現(xiàn)本地監(jiān)管的功能，離開現(xiàn)場就無法獲取實時的監(jiān)測信息;文獻中所述的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)雖然技術(shù)比較成熟，但這類系統(tǒng)比較龐大，投資規(guī)模大、建設(shè)復(fù)雜，主要應(yīng)用于大型的電力調(diào)度自動化方面，而對于小型變電所配電系統(tǒng)則不太適用;文獻中所述的GPRS方式，雖然減少了系統(tǒng)布線，但是這種無線方式是收費的，存在著傳輸數(shù)據(jù)量小，數(shù)據(jù)傳輸容易丟失的問題。

　　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，已經(jīng)在眾多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特點，針對10kV變電所低壓配電系統(tǒng)提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)四層架構(gòu)的變電所參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案，通過網(wǎng)關(guān)將變電所底層信息傳感設(shè)備網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來形成一個巨大的智能網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)人與物的溝通和對話。本文分層介紹了每一層的功能結(jié)構(gòu)，對系統(tǒng)功能模塊進行設(shè)計，在實時報警模塊上采用了無插件的Server Push方式以保證報警的實時性，實現(xiàn)了變電所的遠(yuǎn)程監(jiān)測和管理。

　　1. 系統(tǒng)整體設(shè)計

　　根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的四層架構(gòu)體系，系統(tǒng)由下至上分別由感知層、傳輸層、服務(wù)層、應(yīng)用層構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的變電所監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　感知層主要獲取變電所低壓端參數(shù)信息。10kV變電所低壓端設(shè)備主要有變壓器、次總開關(guān)、電容柜、出線柜等，分別安裝有不同的監(jiān)測儀表，它們主要監(jiān)測的參數(shù)如表1所示。這些儀表均提供統(tǒng)一的RS485接口，通過Modbus總線與上層網(wǎng)關(guān)相連。由于本系統(tǒng)的通信數(shù)據(jù)量大，且數(shù)據(jù)大都為二進制數(shù)值，因此，采用Modbus RTU的通信方式，一個Modbus RTU幀最大為256字節(jié)。

　　表1 變電所低壓端設(shè)備參數(shù)表

　　傳輸層主要對感知層參數(shù)信息進行接入和傳輸，該層的主要設(shè)備為網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)具有較強的硬件支撐，是系統(tǒng)上下層信息交換的樞紐。它向下通過Modbus總線與終端監(jiān)測設(shè)備相連，向上通過以太網(wǎng)接口連接Internet.網(wǎng)關(guān)的主要仕務(wù)就是實現(xiàn)上下兩種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包格式的轉(zhuǎn)換。如果接收到的Modbus數(shù)據(jù)包為緊急類型的信息，如異常報警信息，則馬上轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)幀;而一般數(shù)據(jù)則等待后續(xù)數(shù)據(jù)包到來后組合成一個以太網(wǎng)幀上傳。

　　服務(wù)層主要對大量的數(shù)據(jù)進行處理、存儲，為上層實際應(yīng)用建立了一個高效、可靠的技術(shù)支撐平臺，服務(wù)層的主要設(shè)備包括WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。Web服務(wù)器完成與網(wǎng)關(guān)的通信、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)保存工作，并向客戶端提供Web服務(wù)。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于存放變電所的監(jiān)測數(shù)據(jù)、報警記錄、操作信息等，這些數(shù)據(jù)分別保存在數(shù)據(jù)庫的不同表單中，它是變電所實時監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示、報表打印等的數(shù)據(jù)來源。系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲分本地數(shù)據(jù)中心和通過公有云存儲接口連接的遠(yuǎn)程大數(shù)據(jù)中心。

　　私有數(shù)據(jù)保存于本地數(shù)據(jù)中心，而公共數(shù)據(jù)則存儲至遠(yuǎn)程大數(shù)據(jù)中心。通過這樣保證了海量數(shù)據(jù)的高并發(fā)性訪問及存儲，可大幅減輕本地數(shù)據(jù)中心存儲數(shù)據(jù)的壓力，又可使公共大數(shù)據(jù)及非敏感數(shù)據(jù)對第三方開放，系統(tǒng)提供公共數(shù)據(jù)訪問接口。系統(tǒng)后臺支持?jǐn)?shù)據(jù)建模、內(nèi)建數(shù)據(jù)庫存儲模板及數(shù)據(jù)智能調(diào)度服務(wù)。

　　應(yīng)用層的設(shè)計主要面向用戶，解決用戶端信息處理和人機交互的問題，利用經(jīng)過分析處理的感知數(shù)據(jù)，為用戶提供豐富的應(yīng)用功能。

　　2. 系統(tǒng)功能模塊介紹

　　該系統(tǒng)主要有實時監(jiān)測、參數(shù)分析、數(shù)據(jù)報表、異常報警、系統(tǒng)管理等功能模塊，如圖2所示。系統(tǒng)采用B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，遠(yuǎn)程用戶通過電腦、平板、手機等終端的瀏覽器就可以登錄系統(tǒng)進行監(jiān)管。

　　圖2 變電所監(jiān)測系統(tǒng)用戶功能模塊框圖

　　2.1 系統(tǒng)管理

　　系統(tǒng)管理模塊可以查看變電所以及變電所內(nèi)監(jiān)測儀表、數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)等設(shè)備的基本信息。也可以對系統(tǒng)用戶權(quán)限進行管理。普通用戶只能查看基本的監(jiān)測信息，管理員用戶可以進行相應(yīng)的操作，如打印報表、設(shè)置報警策、排班管理等。此外，還具有設(shè)備管理功能，可以查看設(shè)備狀態(tài)信息、修改設(shè)備模板，添加登記設(shè)備等。