|
摘要：本文介紹了一種基于云服務的變電站監測系統的開發與應用，詳細描述了該系統的結構和功能。運行結果表明，該系統運行穩定可靠，實現了監控中心和手機客戶端的測量和顯示功能的一體化，使工作人員對變電站的運行狀況一目了然，工作效率大大提高。
關鍵詞：變電站監測系統，網絡通訊，云服務，移動終端，供配電
資料提供：本文涉及方案已在用戶現場實施，?技術方案先進，運行穩定。歡迎聯系藍普鋒深入探討、交流。
1引言
變電站自動化是電力系統自動化一個重要方面。變電站實現自動化的核心是變電站監控系統的自動化。將計算機技術和網絡通信技術應用于變電站監控系統，使得變電站自動化水平有了極大的提高，為變電站實現無人值守打下了良好的基礎。本文研發一種基于云服務和移動互聯網的變電站監測系統。傳統的計算機網絡技術在變電站的應用比較多，但是云服務和移動互聯網技術在變電站的應用則比較少，所以本文的研究具有較大的創新性。
2基于云服務的變電站監測系統網絡結構
基于云服務的變電站監測系統采用先進的互聯網技術、云計算技術、計算機技術和自動化技術，可以獲取輸配電的全景信息，及時報警，預見可能發生的故障，并具備保護功能，可以實現集中和移動終端兩種方式監控。系統的網絡結構如圖1所示，主要包括各個變電站、監控站、移動終端、工程師站、云端服務器、云端存儲器、移動通訊網絡、GPRS通訊服務器等。
圖1基于云服務的變電站監測系統網絡結構
整個互聯網智能箱變分為四部分：現場設備層、通訊層、云服務、監控層。
（1）現場設備層設計
現場設備層由箱變智能設備和監測儀表組成。
箱變智能設備：由高壓控制器、中央負荷開關（或真空斷路器）、變壓器、低壓進線柜、低壓饋電、低壓補償等部分組成。
監測儀表：具有四遙功能的遠傳接口和在線統計功能。對箱變高壓柜、變壓器和低壓進、出線的電流、電壓、無功、有功功率、無功功率、頻率、相位等參數的實時監測，對配電變壓器的運行情況進行統計。
（2）通訊層設計
通訊層主要由網絡控制器和通訊網絡組成，該層是數據信息交換的橋梁，負責對現場設備的信息進行采集、分類和傳送等工作，同時轉達上位機對現場設備的各種控制命令。
網絡控制器：控制現場各種智能儀表通訊，同時也提供數據遠傳功能，能夠向兩個及以上的數據中心轉發數據。
通訊網絡：可采用有線/無線的傳輸方式。有線傳輸方式對智能儀表采用RS485總線通訊，在現場不具備布線條件或有特殊要求的情況下可采用無線傳輸方式，采用既有的信息化網絡平臺或通過GPRS等無線傳輸方式通訊。
（3）云服務設計
云服務是整個系統的運行中心，負責數據采集、存儲、運算等功能，根據箱變的數量確定云服務的規模。
（4）監控層設計
站控層是箱變管理人員用于人機交互的直接窗口，也是系統的最上層部分。主要有系統軟件和必要的硬件設備，如監控計算機、打印機、移動終端（如手機、平板電腦）。
監控計算機：用于監控箱變的所有運行狀態以及報警。
移動終端：通過手機或平板電腦，使操作人員進行遠程數據的接收、處理和轉發，完成系統的簡單管理、維護和分析。
3 基于云服務的變電站監測系統關鍵技術
3.1 網絡通訊技術
基于云服務的變電站監測系統的通訊主要包括有線通訊和無線通訊兩種方式。
有線通訊需要線纜作為傳輸介質，隨著傳輸距離的增加，也要加大對傳輸介質的投資。需要用到的有現場總線和RS-485總線。
現場總線連接的系統可以進行數字式雙向傳輸，對于箱變內電力設備和智能系統的連接非常適用。箱變內各模塊的一般工作環境都比較復雜，電磁干擾嚴重，而且內部需要通信的點較多，箱變智能系統各模塊一般都是協同工作，它們之間的信息交流較多，現場總線組網靈活，通信快速并且可靠，能夠達到智能箱變內部通信的要求。但是，智能箱變與監控中心的通信距離較遠，一般一個監控中心需要管理好幾個智能箱變，在這里使用現場總線會存在布線不方便、前期投資高、后期維護難度大等缺點。所以，現場總線不適合智能箱變和監控中心的通信。
RS-485總線是對普通串口通信改進的一種通信方式，由于其傳輸速率低，抗干擾能力差，適合少量數據在周圍環境變化小的地方傳輸使用，在箱變內可以進行少量數據的傳輸，監控中心的控制數據傳輸也適合，不能用在智能箱變與監控中心的數據傳輸。
無線通信是一種不需要通信線路的通信方式，前期安裝簡單，實現通信快速。現在的無線通信一般都能工作在雙工形式下，只要無線信號能夠到達，就能實現偏遠地區與停電地區的通信，這對智能箱變和監控中心的通信是最佳的選擇。
GPRS通信是無線通信的一種方式。GPRS是在GSM基礎上開發的一種適合遠距離傳輸信息的無線通信方式，具有實時在線、按流量收費、適應性強、數據帶寬較寬、網絡覆蓋范圍較廣的優點，特別適合少量的、頻繁的、突發的、間斷的數據傳輸，同時也適合偶爾大量數據傳輸，所以完全滿足箱變智能系統的數據信息傳輸要求。隨著GPRS技術的不斷發展，其已經在許多領域得到了廣泛的應用，也為智能箱變與監控中心通信提供了一種選擇。
GPRS通信使用了分組交換技術，不但具有GSM的基本功能，而且在前邊基礎上加入了高速數據的傳輸，為以前的GSM用戶提供了高速數據傳輸的分組形式的數據業務。通用分組無線業務的網絡進行了分層，不同層都具有各自獨特的功能，其中最高層使用了差錯和流量控制，為中間網絡層減少了開銷，提高了傳輸速度。數據傳輸安全性也很重要，在網絡傳輸的部分環節上設置服務等級，只有符合等級才能對數據信息進行查看。
GPRS通信作為現在應用較廣泛的一種通信方式，在數據傳輸過程中，一個用戶可以同時使用多個傳輸通道來提高速度，多個用戶也可用一個傳輸通道，無線通信的資源被充分利用，不會造成浪費。使用GPRS通信技術實現數據信息的遠程接收和發送，只按照傳輸流量收費，并且能長期在線，能滿足用戶要求而且費用低。GPRS通信技術的特點：
（a）運用分組交換技術
（b）支持高速率數據傳輸
（c）可以與任何通訊網快速連接
（d）GPRS既支持大量數據偶爾的傳輸，又支持突發式數據間歇的傳輸。
3.2 云服務與云計算技術
采集到的數據經處理后通過GPRS網絡，傳到云服務器端，再通過云技術將數據傳送到上位機和移動終端。
云計算是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源�？梢园哑髽I的數據中心和應用部署在公有云上，減少企業一次投入和運維費用。
3.3 移動終端應用技術
移動通信技術的發展是一場偉大的工業變革。設備智能化的發展使移動設備變成了拿在手上的電腦，使無線替代了有線，使手機替代了電腦。與傳統的模擬監控、數字監控和有線網絡監控對比，無線網絡監控完全是一場技術變革。無線網絡監控系統采用了全新的移動通信技術，例如Wi-Fi、3G或4G網絡，進行監控數據的傳輸。人們可將多個監控地點的情況進行匯總，在一臺手機上就可以隨時隨地查看。
從目前的發展來看，受益于多方面因素的影響，移動監控的發展日趨成熟，其中移動終端設備的發展和網絡技術的升級是遠程監控發展的兩個重要因素。如今，個人手機和平板電腦已經可以被認為是個拿在手中的個人電腦了，從單核到雙核，再到多核的CPU的升級，運行內存RAM不斷地增加，移動終端的運行速度不斷提高。更為可貴的是，移動終端產品還在不斷完善，智能化的移動設備性能也越來越強大。
移動終端也就是客戶端，是基于Android或iOS系統的安裝在手機或是其他移動設備上的嵌入式軟件，擁有這個軟件的移動產品稱之為移動終端，這里也稱為客戶端。這個軟件主要由數據接收、網絡通信、數據解析和云臺控制等四個部分組成。
4基于云服務的變電站監測系統應用實例
內蒙古呼和浩特三聯化工廠是呼和浩特市用電量較大的重要用戶，我們為其35KV變電站開發了一套監測系統，用來給呼和浩特供電局提供實時監測服務。監測系統的實現方案如圖2所示，數據采集系統的硬件配置如圖3所示，移動終端的監測界面如圖4所示。
圖2 三聯化工廠35KV變電站監測系統的實現方案
圖3數據采集系統的硬件配置
圖4 移動終端的監測界面
通訊管理機從三聯化工35KV變電站一次系統中讀取數據，無線溫度監測儀測量電纜A、B、C相電流。將數據傳輸到可編程控制器RPC2107N模塊，可編程控制器把接收到的電壓、電流、頻率等非開關量和開關量數據進行處理，將數據通過GPRS模塊將數據傳輸到阿里云，PC端和手機端可以通過相應軟件從阿里云服務器中獲取相關數據，對用戶系統狀態進行監控。
PC端軟件或者手機APP通過無線溫度監測儀實時顯示電纜溫度，無線溫度傳感器Wtem751測量A、B、C相電纜溫度，通過ZigBee通訊將測量溫度傳輸給無線溫度監測儀Aptem200，無線溫度監測儀實時顯示各相電纜溫度，同時將溫度數據傳輸到阿里云，手機端和PC端能夠隨時查看各相電纜溫度狀態。
手機端和PC端客戶端將各相電纜溫度生成歷史曲線，用戶可以通過溫度曲線觀察過去一段時間內電纜溫度變化狀態，同時可以查看某一時間點電纜溫度狀態。溫度傳感器的布置如圖5所示，溫度監控參數如圖6所示，溫度監控曲線如圖7所示。
圖5溫度傳感器的布置 圖6溫度監控參數
圖7溫度監控曲線
5 結論
變電站自動化系統是電力系統安全穩定運行的重要保證，變電站實現自動化的核心是監控系統的自動化，計算機及網絡技術應用于監控系統后，變電站自動化水平有了極大的提高。計算機監控系統深刻改變了電力系統的運行管理模式，為變電站實現無人值班奠定了良好的基礎。變電站計算機監控系統是以計算機和網絡技術為核心，計算機監控系統集變電站控制、測量和監視于一體。
變電站監測系統投入使用后，可以24小時不間斷地監控變電站，不需要工作人員定期巡視，節省了人力資源，減輕了勞動強度。用戶側配電網監控系統投入使用后，實現了監控中心和手機客戶端的測量、顯示、控制等功能的一體化，使工作人員對變電站的運行狀況一目了然，工作效率大大提高。這種方便、快捷、有效的監控手段，大大提高了變電站的工作可靠性。用戶側配電網監控系統投入使用后，會大大提高供電的質量，進而會帶來較高的經濟效益。
參考文獻
- [1] 高翔編著．智能變電站技術[M]．北京：中國電力出版社，2012．
- [2] 林為民，郭經紅，吳軍民等著．云計算與物聯網技術在電力系統中的應用[M]．北京：中國電力出版社，2013．
- [3] RPC2000系列可編程控制器硬件手冊[M]．北京藍普鋒科技有限公司，2016．
- [4] RPC2000系列可編程控制器軟件手冊[M]．北京藍普鋒科技有限公司，2016．
- [5] RPC2000系列可編程控制器指令手冊[M]．北京藍普鋒科技有限公司，2016．
|
