淺談基于公有云的用戶側(cè)配電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
李茫茫
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：由于用電端環(huán)網(wǎng)柜及配電室較為分散，數(shù)量多、距離遠(yuǎn)，沒有實(shí)時監(jiān)測手段，發(fā)生故
障只能斷電搶修，嚴(yán)重影響用電可靠性。通過監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)或手機(jī)客戶端可隨時在線監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀況，自診斷設(shè)備的異常運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)配電設(shè)備異常后，通過手機(jī)短信或APP推送報警信息，提醒用戶及時處理，保證了供電可靠性。
關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)；云技術(shù)；移動互聯(lián)；預(yù)警；用戶側(cè)
0 引言
隨著社會的進(jìn)步和人民生活質(zhì)量的提高，對供電質(zhì)量和供電可靠性有了更高的要求，但用電端的環(huán)網(wǎng)柜及配電室較為分散，數(shù)量多、距離遠(yuǎn)，沒有實(shí)時監(jiān)測手段，一旦發(fā)生故障，只能斷電后搶修，嚴(yán)重影響用電可靠性。另外，大部分用戶配電室的運(yùn)行管理目前主要依靠人工定期進(jìn)行現(xiàn)場檢測和記錄，這種工作方式工作量大、數(shù)據(jù)多、檢測記錄時間較長，而且準(zhǔn)確性得不到保證，運(yùn)行成本也大大增加。為此，采用一種針對環(huán)網(wǎng)柜及配電設(shè)備具有實(shí)時監(jiān)測功能的應(yīng)用系統(tǒng)——基于公有云的用戶側(cè)配電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過實(shí)時監(jiān)測保證用電可靠性。
1 用戶側(cè)配電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)概況
1.1 系統(tǒng)特點(diǎn)
用戶側(cè)配電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算、自動化技術(shù)、傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn) 24 h不間斷地對用戶設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，通過監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)或手機(jī)客戶端可隨時在線監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀況，診斷設(shè)備的運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)配電設(shè)備異?；蜓b置內(nèi)部異常時，立即自動報警，通過短信或APP推送信息，提醒用戶及時處理，以保證供電可靠性。基于公有云的用戶側(cè)配電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)，是一種輕資產(chǎn)解決方案，無須鋪設(shè)光纖，不受機(jī)房設(shè)施、服務(wù)器設(shè)備的限制，可以節(jié)約一次投資和日后的維護(hù)費(fèi)用。
1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示，主要包括各箱式變壓器、監(jiān)控站、移動終端、工程師站、云端服務(wù)器、云端存儲器、移動通信網(wǎng)絡(luò)、GPRS通信服務(wù)器等。用戶側(cè)配電網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)分為4部分：現(xiàn)場設(shè)備層、通信層、云服務(wù)、監(jiān)控層。
1.3 系統(tǒng)軟件
1.3.1 系統(tǒng)功能
該系統(tǒng)主要功能為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測及推送故障消息預(yù)警，主要分為以下4部分。
1.3.1.1 開關(guān)狀態(tài)動態(tài)顯示
可以通過電腦或手機(jī) APP 查看高壓負(fù)荷開關(guān)合分狀態(tài)、高壓斷路器合分狀態(tài)及位置（工作/試 驗(yàn)）、隔離開關(guān)合分狀態(tài)、接地刀閘位置、電容補(bǔ)償投切狀態(tài)。
1.3.1.2 遙測值顯示
遠(yuǎn)程查看高壓柜/變壓器的三相相電壓、三相線電壓、三相電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、負(fù)荷及平均負(fù)荷。
1.3.1.3 預(yù)警信息監(jiān)控系統(tǒng)
具有遠(yuǎn)距離無線測溫、避雷器在線監(jiān)測、諧波在線監(jiān)測、視頻在線監(jiān)控、煙霧遙感等功能，并能通過視頻（支持語音雙向傳輸）實(shí)時查看現(xiàn)場情況。具有GPS定位功能，通過手機(jī)APP可直接鏈接導(dǎo)航，快速到達(dá)配電終端位置。
1.3.2 數(shù)據(jù)性措施
電力數(shù)據(jù)涉及機(jī)密，充分考慮以上數(shù)據(jù)問題，特別在硬件及其軟件上做出以下措施。
1.3.2.1 數(shù)據(jù)采集端
現(xiàn)場通過局域組網(wǎng)方式采集數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)為原始數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)不同于現(xiàn)場儀表內(nèi)數(shù)據(jù)，需進(jìn)行進(jìn)制和系數(shù)轉(zhuǎn)化才能得到真實(shí)數(shù)據(jù)，即使遭受網(wǎng)絡(luò)竊聽后對方獲得的數(shù)據(jù)也只是 0、1，無法進(jìn)行解析。
1.3.2.2 數(shù)據(jù)傳輸端
采用自主研發(fā)的 DTU（數(shù)據(jù)傳輸單元）與云服務(wù)器進(jìn)行通信。DTU 工作是基于移動/聯(lián)通 GPRS（通用分組無線業(yè)務(wù)）信道進(jìn)行傳輸，即移動/聯(lián)通為每張 SIM（用戶識別模塊）卡分配 1 個號碼，通過GSM（全球移動通信系統(tǒng)）加密技術(shù)攔截第三方的網(wǎng)絡(luò)竊聽。其次，DTU 傳輸原理采用 Modbus RTU 協(xié) 議，服務(wù)器請求 1 次數(shù)據(jù)后，DTU 工作 1 次，只能實(shí)現(xiàn)單向數(shù)據(jù)傳輸。
1.3.2.3 服務(wù)器端
服務(wù)器具有訪問賬戶密碼和端口雙重保護(hù)功能，內(nèi)置網(wǎng)絡(luò)防火墻，數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫的訪問需要賬戶和密碼認(rèn)證，一旦發(fā)生黑客攻擊，緊急啟動異地備份，杜絕數(shù)據(jù)竊取，啟動數(shù)據(jù)庫掃描系統(tǒng)，分析內(nèi)部配置、防止越權(quán)訪問，發(fā)現(xiàn)外部黑客攻擊漏洞、防止外部攻擊，實(shí)現(xiàn)非授權(quán)的從外到內(nèi)的監(jiān)測。
2 系統(tǒng)應(yīng)用
基于公有云的用戶側(cè)配電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)在手機(jī)客戶端能實(shí)時監(jiān)測配電設(shè)備的運(yùn)行工況、電 流、電壓、溫度、泄漏電流等，以及報警信息推送，并通過視頻可與現(xiàn)場連線，對現(xiàn)場操作人員起到監(jiān)護(hù)的作用。將該系統(tǒng)已安裝于三聯(lián)化工配電室、內(nèi)蒙古少數(shù)民族文化體育運(yùn)動中心配電室、天璽房地產(chǎn)環(huán)網(wǎng)柜、晟航 35 kV光伏變電站等十幾個用戶配電室或環(huán)網(wǎng)柜。通過手機(jī)客戶端和PC端，可以隨時了解設(shè)備運(yùn)行工況，電流、電壓、開關(guān)位置、節(jié)點(diǎn)溫度，實(shí)現(xiàn)避雷器在線監(jiān)測，視頻在線監(jiān)控，煙霧遙感，實(shí)時推送報警信息等。
2.1 系統(tǒng)硬件
通信管理機(jī)從設(shè)備二次系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，電纜終端安裝電纜溫度傳感器，將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娎|溫度監(jiān)測儀，通過RS485通信方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂破髂K，控制器通過總線將數(shù)據(jù)發(fā)送到 GPRS 通信模塊，通過 GPRS 模塊在現(xiàn)場可以檢測到相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)。
2.2 運(yùn)行狀況實(shí)時監(jiān)視
通信管理機(jī)從用戶二次系統(tǒng)中讀取數(shù)據(jù)，無線溫度監(jiān)測儀測量電纜3相電流。將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇删幊炭刂破髂K，可編程控制器對接收到的電壓、電 流、頻率等非開關(guān)量和開關(guān)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過GPRS模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨⒗镌疲琍C端（如圖2）和手機(jī)端（如圖3）可通過相應(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(jìn)行監(jiān)視。
2.3 避雷器狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控
避雷器傳感器穿孔安裝于避雷器上，實(shí)時監(jiān)測避雷器運(yùn)行狀態(tài)（放電次數(shù)和泄漏電流）。當(dāng)累積次數(shù)達(dá)到預(yù)定值時，云服務(wù)器會推送信息至運(yùn)維人員手機(jī)，避免避雷器失效導(dǎo)致元器件燒壞或人身傷亡。無線溫度傳感器測量3相電纜溫度，傳輸至無線溫度監(jiān)測儀，實(shí)時顯示各相電纜溫度，同時將溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨⒗镌品?wù)器，通過計(jì)算機(jī)和手機(jī)能隨時查看各相電纜溫度。
2.4 報警信息推送
手機(jī)端接收報警信息后及時檢查設(shè)備狀況，減少用戶側(cè)故障次數(shù)。
2.5 視頻監(jiān)控
在配電室內(nèi)安裝攝像頭，通過手機(jī)和電腦查看監(jiān)控視頻，了解用戶操作是否規(guī)范，及時發(fā)現(xiàn)隱患。
2.6 負(fù)荷預(yù)測
系統(tǒng)可生成負(fù)荷報表及曲線，通過負(fù)荷月報表掌握企業(yè)用電特點(diǎn)，幫助客戶提高電能利用效率，降低企業(yè)用電成本，提升客戶滿意度。
3安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的介紹與選型
3.1簡介
安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)配電室實(shí)際情況，結(jié)合多年的變電站和配電室的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，自主研發(fā)了安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了智能開關(guān)柜運(yùn)行監(jiān)控、高壓開關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負(fù)載運(yùn)行監(jiān)控、母線測溫監(jiān)測、電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控、采暖通風(fēng)、門禁、燈光、風(fēng)機(jī)、除濕機(jī)、空調(diào)控制等功能。實(shí)現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設(shè)備控制，實(shí)現(xiàn)動力環(huán)境優(yōu)化，避免運(yùn)行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運(yùn)行故障，保證維護(hù)人員，延長設(shè)備使用壽命，減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過高，同時實(shí)現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)程管理。
3.2系統(tǒng)功能
3.2.1 通信管理
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以完成對整個配電室范圍內(nèi)的通信設(shè)備進(jìn)行管理、添加、刪除、控制和數(shù)據(jù)的實(shí)時監(jiān)測。
3.2.2實(shí)時監(jiān)測
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面友好，能夠顯示配電室設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實(shí)時顯示有關(guān)故障、告警等信息。
3.2.3 數(shù)據(jù)查詢
在人機(jī)界面中，可以直接查看配電室個設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。
3.2.4曲線查詢
在曲線查詢界面，可以直接查看遙測參量曲線，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線。
3.2.5運(yùn)行報表
查詢配電室內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)報表，包括日報表、月報表、年報表和查詢報表等。
3.2.6實(shí)時告警
科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟取穸?、有害氣體、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。告警如右圖所示：
3.2.7 歷史事件查詢
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢統(tǒng)計(jì)、事故分析。
3.2.8 用戶權(quán)限管理
為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。
3.2.9網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)支持實(shí)時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設(shè)備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？稍诰€診斷設(shè)備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)備或元件及其故障部位。
3.2.10遙控操作
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。
3.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)推薦配置選型
4結(jié)語
用戶側(cè)配電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)基于云計(jì)算技術(shù)，無需建立機(jī)房，可以減少建設(shè)投資費(fèi)用和維護(hù)成本。該系統(tǒng)可以廣泛應(yīng)用和服務(wù)于城鄉(xiāng)終端用戶的配電設(shè)備[5-6]。經(jīng)過 1 a 多的運(yùn)行，監(jiān)控中心和手機(jī)客戶端未發(fā)生網(wǎng)絡(luò)中斷事故，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行可靠，數(shù)據(jù)上傳穩(wěn)定。值班人員對變電站的運(yùn)行工況一目了然，減輕了勞動強(qiáng)度，提高了工作效率，為保障供電可靠性和提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。
參考文獻(xiàn)：
{1} 張吉生，張波.基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的變電設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量智能評價[J].電力大數(shù)據(jù)，2017，20（9）：37-41
{2}楊萬春，閆 東，王紅剛，馮志明.基于公有云的用戶側(cè)配電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用
{3}安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)2020.04版
