關(guān)于提升電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)收集工作水平的探討

羅玉榮 韓桂菊

【摘要】電網(wǎng)監(jiān)測工作質(zhì)量優(yōu)劣的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)收集工作水平的高低，有必要強化數(shù)據(jù)收集工作。在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)普及發(fā)展的背景下，電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)收集工作也有必要融合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，構(gòu)建新型系統(tǒng)，提升工作水平。本文基于云端技術(shù)視角，探討了云端電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的設(shè)計工作，為電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)收集工作的強化提供必要的借鑒與參考。

【關(guān)鍵詞】電網(wǎng)監(jiān)測；數(shù)據(jù)收集；工作水平；提升；云端技術(shù)

一、引言

電能為一種即產(chǎn)即需且無法大量儲存的能源，為了供應足夠的電力，電力行業(yè)往往必須以用戶用電最高需求量而增設(shè)各項供電設(shè)備，以求供電充足且穩(wěn)定的電力品質(zhì)，這卻也同時增加了電力行業(yè)額外的成本，為使用電負載均衡以便于降低成本，提高電能需求量管理水平就勢在必行。有鑒于此，電網(wǎng)監(jiān)測工作在現(xiàn)今已成為迫切的需要。由于網(wǎng)絡(luò)式監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)備端均必須具備服務器的軟硬件構(gòu)建、需相關(guān)專業(yè)人員維護與管理，因而監(jiān)測系統(tǒng)營運成本很大。云端監(jiān)測平臺商業(yè)化營運后，其具備著對資源運用根據(jù)需求迅速擴充與減少、提升網(wǎng)絡(luò)使用頻率、使用狀態(tài)具有可測量性等條件。相較于服務器架設(shè)，使用云端監(jiān)測平臺只需隨需求付出運作成本，且通過網(wǎng)絡(luò)便于管理。開發(fā)基于云端運算的電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，需在設(shè)備端設(shè)計上使用隨應用程序啟動的WCF，并借助Microsoft發(fā)展的新一代Web Services 技術(shù)進行與設(shè)備端的溝通。云端電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的功能需求包含：即時測量的功能，相關(guān)人員可隨時要求設(shè)備端測量并傳回電力使用的情形；遠端控制，也即人員無需親自到設(shè)備端，隨處即可控制設(shè)備的運作與停止；自動偵測異常并發(fā)送通知，也即當設(shè)備端發(fā)生異常的情形時，立刻采取應變機制，并通過電子郵件等方式通知相關(guān)人員，資料庫管理，也即提供整合式的系統(tǒng)資料庫相關(guān)維護功能；圖形使用者界面，也即提供網(wǎng)頁式的使用者界面，令使用者不受限于固定地點對系統(tǒng)進行操作。

二、云端電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計

云端電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)其架構(gòu)分三部分，并與ZigBee無線感測網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的設(shè)備端、管理設(shè)備端的云端監(jiān)測系統(tǒng)及系統(tǒng)圖形使用者界面的用戶端三大子系統(tǒng)緊密結(jié)合。

（一）設(shè)備端

設(shè)備端包含ZigBee協(xié)調(diào)器（ZC）、ZigBee路由器（ZR）、ZigBee終端設(shè)備及PC。PC做為設(shè)備端的監(jiān)測閘道（RMCG），負責提供云端對設(shè)備端聯(lián)系的CDII的WCF服務。ZC通過串列埠通訊的ZCI，負責對電力監(jiān)測模塊的ZR或受控設(shè)備的ZED下達監(jiān)測命令、獲取電力監(jiān)測數(shù)據(jù)及受控設(shè)備狀態(tài)、設(shè)定電力監(jiān)測模塊負責管理的受控設(shè)備群。ZC是負責啟動、配置與管理ZigBee網(wǎng)絡(luò)的角色，上述工作完成后將退化成普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。系統(tǒng)設(shè)備端與RMCG通過串列埠進行對ZR、ZED傳遞相關(guān)監(jiān)測命令，以及將取得發(fā)送自ZR、ZED之資料傳遞予RMCG。ZR是ZigBee網(wǎng)絡(luò)中延伸通訊距離的角色。在系統(tǒng)中，除了延伸通訊距離用途，另將電流表測得的類比電流值，送入ZR的CC2530晶片內(nèi)建A/D Converter處理，組成電力監(jiān)測模塊，來獲取電力即時測量數(shù)據(jù)并傳回RMCG。此外還監(jiān)測受其管理的受控設(shè)備，以防止受控設(shè)備電流過載造成設(shè)備損毀的情形。ZED是ZigBee網(wǎng)絡(luò)末端節(jié)點，在系統(tǒng)中負責控制受控設(shè)備。

（二）云端與用戶端

云端負責統(tǒng)一管理位在各地區(qū)設(shè)備端的系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)包含云端聯(lián)系服務（CCS）及SQL Azure的云端資料庫。對位于各地的設(shè)備端進行即時電力數(shù)據(jù)監(jiān)測、受控設(shè)備的遠端開關(guān)控制、存取電力數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)、警告信息回報等功能。用戶端提供使用者多元化圖形使用者界面，可使用個人電腦以及其它任何可上網(wǎng)的移動裝置（平板電腦、智能手機）等，進行啟動云端監(jiān)測系統(tǒng)提供的各個CCS服務項，對系統(tǒng)設(shè)備端做即時管理。

三、云端電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)功能的設(shè)計

（一）設(shè)備端功能設(shè)計

PMM模塊、受控設(shè)備通過ZigBee無線感測網(wǎng)絡(luò)通訊，故不同于以往有線傳輸方式受制于部署環(huán)境條件，PMM模塊、受控設(shè)備均具有機動性的部署與監(jiān)測。負責監(jiān)測電力數(shù)據(jù)的PMM節(jié)點，以及受控設(shè)備節(jié)點，在成功加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)時，發(fā)送一次OTA信息封包給ZC，ZC將此封包通過串列埠轉(zhuǎn)發(fā)給RMCG處理。從封包資料中可得知該節(jié)點的命令類型、短位址、資料類型，并根據(jù)內(nèi)容的命令類型來判斷并分類該節(jié)點是PMM或是受控設(shè)備。分類后的節(jié)點短位址做為設(shè)備的命名，這也是云端電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)對設(shè)備下達相應的測量或控制命令的根據(jù)。

（二）云端網(wǎng)絡(luò)服務功能設(shè)計

使用WCF網(wǎng)絡(luò)服務構(gòu)建，部署于Windows Azure云端平臺的CCS服務。用戶端需通過部署在云端的網(wǎng)頁版本GUI操作CCS服務，也能另外開發(fā)多元化的GUI使用CCS服務，例如：Windows應用程序、Silverlight程序、手機應用程序等。

（三）系統(tǒng)功能運作腳本

一是設(shè)備啟動。

Step1：當PMM節(jié)點或受控設(shè)備節(jié)點啟動，發(fā)送OTA信息給ZC。

Step2：ZC收到OTA信息，通過串列埠轉(zhuǎn)發(fā)給RMCG。

Step3：RMCG判斷是PMM或是被控設(shè)備，并記錄該節(jié)點短位址。接著啟動CCS的資料管理。Step 4：DM將資料寫入資料庫中。

二是即時電力監(jiān)測。

Step1：用戶端從GUI，選定區(qū)域PMM，啟動CCS的即時電力監(jiān)測（RPM）。

Step2：云端CCS對設(shè)備端RMCG啟動RPM功能。

Step3：RMCG對ZC發(fā)送即時電力測量的命令。

Step4：ZC發(fā)送即時電力測量命令的OTA信息給PMM（ZR）。

Step5：PMM發(fā)送測得的電力數(shù)據(jù)的OTA封包給ZC。

Step6：ZC通過串列埠將電力數(shù)據(jù)封包傳遞給RMCG。

Step7：RMCG接收到電力數(shù)據(jù)，啟動云端CCS的DM，將測得的電力數(shù)據(jù)寫入資料庫。

Step8：用戶端啟動DM從資料庫讀取測得的電力測量數(shù)據(jù)。

三是遠端控制。

Step1：用戶端從GUI，指定一區(qū)域的受控設(shè)備，進行遠端控制（Remote Control， RC）。

Step2：云端CCS對設(shè)備端RMCG啟動RC功能。

Step3：RMCG通過串列埠發(fā)送RC命令。

Step4：ZC發(fā)送RC命令的OTA給指定的受控設(shè)備的ZED，使之啟動。

Step5：ZED發(fā)送受控設(shè)備動作后狀態(tài)的OTA信息給ZC。

Step6：ZC通過串列埠，將收到受控設(shè)備狀態(tài)資料發(fā)給RMCG。

Step7：RMCG接收到設(shè)備狀態(tài)資料，啟動云端CCS的DM，將設(shè)備狀態(tài)資料寫入資料庫。

Step8：用戶端啟動DM從資料庫取得即時設(shè)備狀態(tài)資料。

四、小結(jié)

本文所提出的電網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)手機系統(tǒng)可提供位在遠端的系統(tǒng)使用者，對部署在各地的設(shè)備端進行即時監(jiān)測與控制。部署于云端CCS的網(wǎng)絡(luò)服務項目，除了能使用各式可上網(wǎng)行動裝置從網(wǎng)頁瀏覽器進入提供的網(wǎng)頁GUI去啟動，也可以定制化開發(fā)，如Microsoft Windows Phone手機應用程序去啟動CCS服務項，使系統(tǒng)使用者對設(shè)備端監(jiān)測與管理的方式不受局限，以及警告信息回報的處理機制，讓設(shè)備端立即采取緊急反應措施并使相關(guān)人員可第一時間得知狀況。

參考文獻

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