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摘要：本文介紹了一種基于云服務(wù)的變電站監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，詳細描述了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。運行結(jié)果表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)了監(jiān)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(guān)鍵詞：變電站監(jiān)測系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通訊，云服務(wù)，移動終端，供配電
資料提供：本文涉及方案已在用戶現(xiàn)場實施，?技術(shù)方案先進，運行穩(wěn)定。歡迎聯(lián)系藍普鋒深入探討、交流。
1引言
變電站自動化是電力系統(tǒng)自動化一個重要方面。變電站實現(xiàn)自動化的核心是變電站監(jiān)控系統(tǒng)的自動化。將計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用于變電站監(jiān)控系統(tǒng)，使得變電站自動化水平有了極大的提高，為變電站實現(xiàn)無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)和移動互聯(lián)網(wǎng)的變電站監(jiān)測系統(tǒng)。傳統(tǒng)的計算機網(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)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
基于云服務(wù)的變電站監(jiān)測系統(tǒng)采用先進的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計算技術(shù)、計算機技術(shù)和自動化技術(shù)，可以獲取輸配電的全景信息，及時報警，預(yù)見可能發(fā)生的故障，并具備保護功能，可以實現(xiàn)集中和移動終端兩種方式監(jiān)控。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括各個變電站、監(jiān)控站、移動終端、工程師站、云端服務(wù)器、云端存儲器、移動通訊網(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)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
整個互聯(lián)網(wǎng)智能箱變分為四部分：現(xiàn)場設(shè)備層、通訊層、云服務(wù)、監(jiān)控層。
（1）現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)計
現(xiàn)場設(shè)備層由箱變智能設(shè)備和監(jiān)測儀表組成。
箱變智能設(shè)備：由高壓控制器、中央負荷開關(guān)（或真空斷路器）、變壓器、低壓進線柜、低壓饋電、低壓補償?shù)炔糠纸M成。
監(jiān)測儀表：具有四遙功能的遠傳接口和在線統(tǒng)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(shù)的實時監(jiān)測，對配電變壓器的運行情況進行統(tǒng)計。
（2）通訊層設(shè)計
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，負責(zé)對現(xiàn)場設(shè)備的信息進行采集、分類和傳送等工作，同時轉(zhuǎn)達上位機對現(xiàn)場設(shè)備的各種控制命令。
網(wǎng)絡(luò)控制器：控制現(xiàn)場各種智能儀表通訊，同時也提供數(shù)據(jù)遠傳功能，能夠向兩個及以上的數(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(xiàn)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(wǎng)絡(luò)平臺或通過GPRS等無線傳輸方式通訊。
（3）云服務(wù)設(shè)計
云服務(wù)是整個系統(tǒng)的運行中心，負責(zé)數(shù)據(jù)采集、存儲、運算等功能，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
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(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)控計算機、打印機、移動終端（如手機、平板電腦）。
監(jiān)控計算機：用于監(jiān)控箱變的所有運行狀態(tài)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(shù)據(jù)的接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)，完成系統(tǒng)的簡單管理、維護和分析。
3 基于云服務(wù)的變電站監(jiān)測系統(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)測系統(tǒng)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(zhì)，隨著傳輸距離的增加，也要加大對傳輸介質(zhì)的投資。需要用到的有現(xiàn)場總線和RS-485總線。
現(xiàn)場總線連接的系統(tǒng)可以進行數(shù)字式雙向傳輸，對于箱變內(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，電磁干擾嚴重，而且內(nèi)部需要通信的點較多，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)場總線組網(wǎng)靈活，通信快速并且可靠，能夠達到智能箱變內(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，一般一個監(jiān)控中心需要管理好幾個智能箱變，在這里使用現(xiàn)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(xiàn)場總線不適合智能箱變和監(jiān)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(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(xiàn)通信快速。現(xiàn)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(xiàn)偏遠地區(qū)與停電地區(qū)的通信，這對智能箱變和監(jiān)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(chǔ)上開發(fā)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(yīng)性強、數(shù)據(jù)帶寬較寬、網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍較廣的優(yōu)點，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)。通用分組無線業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)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(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，只有符合等級才能對數(shù)據(jù)信息進行查看。
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(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的遠程接收和發(fā)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(shù)的特點：
（a）運用分組交換技術(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)與云計算技術(shù)
采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，傳到云服務(wù)器端，再通過云技術(shù)將數(shù)據(jù)傳送到上位機和移動終端。
云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴展且經(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)一次投入和運維費用。
3.3 移動終端應(yīng)用技術(shù)
移動通信技術(shù)的發(fā)展是一場偉大的工業(yè)變革。設(shè)備智能化的發(fā)展使移動設(shè)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(tǒng)的模擬監(jiān)控、數(shù)字監(jiān)控和有線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控對比，無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控完全是一場技術(shù)變革。無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)采用了全新的移動通信技術(shù)，例如Wi-Fi、3G或4G網(wǎng)絡(luò)，進行監(jiān)控數(shù)據(jù)的傳輸。人們可將多個監(jiān)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(fā)展來看，受益于多方面因素的影響，移動監(jiān)控的發(fā)展日趨成熟，其中移動終端設(shè)備的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的升級是遠程監(jiān)控發(fā)展的兩個重要因素。如今，個人手機和平板電腦已經(jīng)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(nèi)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(chǎn)品還在不斷完善，智能化的移動設(shè)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(tǒng)的安裝在手機或是其他移動設(shè)備上的嵌入式軟件，擁有這個軟件的移動產(chǎn)品稱之為移動終端，這里也稱為客戶端。這個軟件主要由數(shù)據(jù)接收、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)解析和云臺控制等四個部分組成。
4基于云服務(wù)的變電站監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用實例
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)測系統(tǒng)，用來給呼和浩特供電局提供實時監(jiān)測服務(wù)。監(jiān)測系統(tǒng)的實現(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，移動終端的監(jiān)測界面如圖4所示。
圖2 三聯(lián)化工廠35KV變電站監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)方案
圖3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件配置
圖4 移動終端的監(jiān)測界面
通訊管理機從三聯(lián)化工35KV變電站一次系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)，無線溫度監(jiān)測儀測量電纜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)進行處理，將數(shù)據(jù)通過GPRS模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨⒗镌疲琍C端和手機端可以通過相應(yīng)軟件從阿里云服務(wù)器中獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，對用戶系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)控。
PC端軟件或者手機APP通過無線溫度監(jiān)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(jiān)測儀Aptem200，無線溫度監(jiān)測儀實時顯示各相電纜溫度，同時將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨⒗镌疲謾C端和PC端能夠隨時查看各相電纜溫度狀態(tài)。
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(nèi)電纜溫度變化狀態(tài)，同時可以查看某一時間點電纜溫度狀態(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
變電站自動化系統(tǒng)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要保證，變電站實現(xiàn)自動化的核心是監(jiān)控系統(tǒng)的自動化，計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于監(jiān)控系統(tǒng)后，變電站自動化水平有了極大的提高。計算機監(jiān)控系統(tǒng)深刻改變了電力系統(tǒng)的運行管理模式，為變電站實現(xiàn)無人值班奠定了良好的基礎(chǔ)。變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)是以計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心，計算機監(jiān)控系統(tǒng)集變電站控制、測量和監(jiān)視于一體。
變電站監(jiān)測系統(tǒng)投入使用后，可以24小時不間斷地監(jiān)控變電站，不需要工作人員定期巡視，節(jié)省了人力資源，減輕了勞動強度。用戶側(cè)配電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)投入使用后，實現(xiàn)了監(jiān)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(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，會大大提高供電的質(zhì)量，進而會帶來較高的經(jīng)濟效益。
參考文獻
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