物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)下的智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)研究

徐正亞 何光 層師超 蘇現(xiàn)金 楊俊峰

摘 要：伴隨中我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新，我國電力行業(yè)在智能化、自動化等方面獲得了極大的改善，值得一提的是，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)下的智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)在涵蓋率較為廣泛、使用率逐漸提升的大環(huán)境下，智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)、電能遠(yuǎn)程的讀取、客戶服務(wù)等電力單位日常工作形成影響。所以，對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)下的智能變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行分析和研究，并有針對性的提出解決的對策和建議，對保障電能計(jì)量數(shù)據(jù)的精確可靠有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智能變電站;監(jiān)測系統(tǒng);研究

變電站作為整個(gè)供電系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)有著不可替代的重要性，它負(fù)責(zé)改變電能的大小還包括重新更改電力的分配情況，對整個(gè)供電系統(tǒng)的效率、安全和穩(wěn)定起著一定程度的影響。在現(xiàn)階段，變電站在檢測、穩(wěn)定運(yùn)行、安全管理等方面還存在著不足，在管理的方式上以及設(shè)施故障和檢測的智能化程度與智能電網(wǎng)對智能變電站的要求還存有一定的差距。例如;工作人員還在使用較為傳統(tǒng)的手工記錄數(shù)據(jù)的方式，這樣的方式容易出錯(cuò)并不利于數(shù)據(jù)的共享和保存，在設(shè)施的編程、數(shù)據(jù)的格式上沒有較為統(tǒng)一的要求，形成了數(shù)據(jù)孤島，對數(shù)據(jù)的共享形成了制約。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是最新的信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的集成綜合應(yīng)用，他作為一種新興技術(shù)，對于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長幫助產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級以及提升社會公共服務(wù)平等方面都有著極大的幫助。

第一，智能傳感器技術(shù)。傳感技術(shù)是基于信息識別和信息轉(zhuǎn)換的檢測手段。它可以進(jìn)一步完善和分類收集的數(shù)據(jù)，并以更易于理解的形式輸出數(shù)據(jù)。它的技能的優(yōu)勢在于，與它的敏感性相比，這種感覺技能是智能的，后者以類人的感覺器官的敏感性命名，可以將外部信息直接轉(zhuǎn)換為感覺意識的傳遞效果。傳感器在傳感器網(wǎng)絡(luò)中具有兩種功能：一種是數(shù)據(jù)的處理和收集;另一種是數(shù)據(jù)處理。所以傳感器的使用不僅可以滿足現(xiàn)代社會對網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)木薮笮枨?，而且還可以滿足重傳過程中的信息處理需求，即可以在接收到信息時(shí)將信息轉(zhuǎn)換為所需要的形式，這是其他信息傳感系統(tǒng)中所缺乏的。

第二，通信技術(shù)。實(shí)現(xiàn)人與機(jī)器之間的無障礙通信和信息傳播是通信技術(shù)技能最大的突破，它利用排列組合的方式在人與機(jī)器的任意組合中實(shí)現(xiàn)信息的平穩(wěn)傳輸。通信技術(shù)產(chǎn)品主要由三部分組成：行業(yè)應(yīng)用中心：行業(yè)應(yīng)用的最終目標(biāo)和信息傳輸?shù)淖罱K目的地;無線終端：傳輸中的無線信息通信設(shè)備;傳輸通道：無線傳輸媒體。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，通信技術(shù)將不可避免地應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，因?yàn)樵摷夹g(shù)克服了人機(jī)間的信息交換障礙。一些較早應(yīng)用此技能的行業(yè)需要與時(shí)俱進(jìn)，也加入更為智能的人機(jī)交流技術(shù)，這肯定會更加徹底地改變?nèi)酥g的通信方式，也是技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。

二、物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

RFID數(shù)據(jù)中心資產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)采用可跨平臺部署的Java平臺技術(shù)體系實(shí)現(xiàn)，通過統(tǒng)一把控每個(gè)地點(diǎn)設(shè)施的相關(guān)數(shù)據(jù)并統(tǒng)一由中心機(jī)一起監(jiān)控。監(jiān)控主機(jī)除了收集RFID采集數(shù)據(jù)外，還要求收集有關(guān)管理用戶、權(quán)限、設(shè)備等信息，并設(shè)置相應(yīng)的報(bào)警策略。整個(gè)監(jiān)控環(huán)節(jié)中，采用基于IP的數(shù)據(jù)傳輸方案，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為純B/S結(jié)構(gòu)，以方便部署和使用。

機(jī)房與庫房在同一操作平臺上監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)線上線下的無縫銜接;

系統(tǒng)由RFID資產(chǎn)監(jiān)控單元、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、RFID中間件（數(shù)據(jù)采集服務(wù)器）和系統(tǒng)軟件組成。圖1是系統(tǒng)的整體架構(gòu)：

三、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變電站在線監(jiān)測架構(gòu)體系

系統(tǒng)分為RFID電子標(biāo)簽、RFID識別系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器和中心監(jiān)控軟件四部分。電子標(biāo)簽作為資產(chǎn)信息的唯一載體，通過安裝在庫房門口的RFID識別系統(tǒng)來識別資產(chǎn)設(shè)備信息，采據(jù)采集服務(wù)（中間件）對識讀的RFID標(biāo)簽信息進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化篩選，并上傳至中心監(jiān)控平臺。反之，數(shù)據(jù)采集服務(wù)器接收監(jiān)控平臺傳來的命令，可控制RFID識別系統(tǒng)的工作狀態(tài)及IO輸出狀態(tài)。

總體架構(gòu)使用四層架構(gòu)，該架構(gòu)將用戶界面性能，現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)視，數(shù)據(jù)訪問和業(yè)務(wù)邏輯處理完全分開。整個(gè)體系結(jié)構(gòu)非常靈活，使系統(tǒng)具有很好的可擴(kuò)展性和分布式性。

（一）感知層

物聯(lián)網(wǎng)智能感知層主要使用超聲傳感器，RFID電子標(biāo)簽、溫濕度傳感器等設(shè)施監(jiān)測變壓器、電容器等電力設(shè)施以及控制電力監(jiān)控點(diǎn)周邊的外圍環(huán)境條件，地理信息，自我屬性運(yùn)轉(zhuǎn)情況等，以便為電站、監(jiān)控部門和該站點(diǎn)的應(yīng)用層提供需要的信息。

（二）設(shè)備層

設(shè)備層具有改善通信接口的異構(gòu)性的能力。變電站設(shè)施復(fù)雜繁多。根據(jù)環(huán)境不同，選擇有線和無線通信方法之一，例如UART，CAN，ZigBee，LoRa通信接口，但往往會造成異構(gòu)性，例如，在測量總線的機(jī)械振動時(shí)，由于絕緣和其他原因，應(yīng)使用無線通信;在測量變壓器參數(shù)時(shí)，其電磁環(huán)境相對復(fù)雜，可能會對其造成干擾。應(yīng)使用有線通訊方式。

（三）數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層主要是為數(shù)據(jù)共享而形成的數(shù)據(jù)服務(wù)器。應(yīng)用程序?qū)?，測試機(jī)構(gòu)和供電站可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)整合存儲層主要包括三個(gè)方面：首先，數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集成處理，劃分?jǐn)?shù)據(jù)以及實(shí)施必要的格式處理等，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)化，并且還可以主動將數(shù)據(jù)信息上載到高級應(yīng)用程序。第二，科學(xué)合理地存儲數(shù)據(jù)信息。第三，作為高級應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)源，檢測就足夠了，監(jiān)視背景等在需要數(shù)據(jù)信息時(shí)提供數(shù)據(jù)請求并獲取數(shù)據(jù)信息，從而達(dá)到數(shù)據(jù)共享的作用。

（四）應(yīng)用層

應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)對車站所有設(shè)備的資產(chǎn)管理，輔助決策，狀態(tài)評估，故障診斷和在線監(jiān)視以及變電站安全管理等高級應(yīng)用。B/S格式使檢測者不僅可以在站的后臺進(jìn)行觀察，而且可以直接在供電局，監(jiān)控主站等遠(yuǎn)程終端上進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

四、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變電站在線監(jiān)測中的應(yīng)用

（一）變電站設(shè)備狀態(tài)檢測

在現(xiàn)階段，電力設(shè)施的維護(hù)和檢查一般采用定期測試和維護(hù)的方法，可以最大程度地改善和解決設(shè)施的大多數(shù)不足和問題。但是，這種定期的預(yù)測試和維護(hù)的方法不能直接反映運(yùn)行設(shè)施的詳細(xì)信息和設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)，也無法預(yù)先預(yù)測意外的故障。當(dāng)前，電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，人們對電力的要求也越來越高。原始的維護(hù)方法不再適合將來的需求。為了滿足未來的需求，電力設(shè)備應(yīng)從使用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和故障診斷技術(shù)來監(jiān)視電力設(shè)備的在線狀態(tài)，例如變壓器，母線，電容器，避雷器等，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備的突然故障通知，因此以達(dá)到及時(shí)監(jiān)控的目的。

（二）變電站檢查管理

在現(xiàn)階段，大多數(shù)變電站檢查仍使用基于手動記錄的檢測方法。這種類型的檢測主要有三個(gè)缺點(diǎn)：首先，信息和數(shù)據(jù)的手動記錄非常容易出錯(cuò)，并且沒有照片等。支持材料可以反映設(shè)備的詳細(xì)缺陷信息;其次，查找記錄不容易，這妨礙了與相關(guān)負(fù)責(zé)人或其他維護(hù)人員及時(shí)共享信息;第三，缺乏有效的監(jiān)督，監(jiān)督中存在漏洞，這很容易。由于主觀或客觀原因，缺少檢查或未能及時(shí)進(jìn)行檢查等問題。

基于此，目前大多數(shù)變電站都采用人工檢查模式，很難實(shí)現(xiàn)從人工檢查到無人值守的過渡，因此有必要研究從人工檢查到無人值守的轉(zhuǎn)換過程。RFID標(biāo)簽和手持終端部分安裝在設(shè)備上。相應(yīng)設(shè)備的信息可以通過手持終端實(shí)時(shí)查看。同時(shí)，RFID的通訊距離可以確保檢查人員可以到達(dá)一定范圍進(jìn)行檢查。具體檢查管理的實(shí)施過程如圖3所示。

首先，注冊記錄，訪問檢查任務(wù)和手持終端設(shè)施。其次，依次執(zhí)行檢查任務(wù)。在檢查過程中，使用手持終端設(shè)備執(zhí)行記錄并拍攝照片作為證據(jù)。收集的數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)上傳到檢查的背景級別。第三，在檢查過程結(jié)束時(shí)，將手持式設(shè)備放回原來的位置并確認(rèn)檢查已結(jié)束。在檢查過程中，手持終端將提示下一個(gè)檢查地點(diǎn)和項(xiàng)目，如果在指定路線上錯(cuò)過檢查，它將提醒您。

五、結(jié)論

變電站作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，其穩(wěn)定的運(yùn)行和安全管理對電力系統(tǒng)和電網(wǎng)具有重要的影響。根據(jù)建議和措施，提出了變電站物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的四層應(yīng)用架構(gòu)系統(tǒng)。設(shè)備層是為了解決通信接口的異構(gòu)性問題。數(shù)據(jù)層作為數(shù)據(jù)集成的預(yù)處理中心，有利于數(shù)據(jù)共享和提高信息利用率。設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測不僅可以提高電源的可靠性，通過在線監(jiān)測實(shí)時(shí)捕獲異常信號，可以提前預(yù)測電源設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行狀態(tài)維護(hù)，避免發(fā)生故障，還可以通過故障預(yù)測來降低成本，避免損失，并且在線數(shù)據(jù)相對客觀，可以大大減少由于窗口期而丟失重要參考信息的可能性。在檢查方面，它不僅有助于減少手工記錄信息的二次處理工作量，減少人為錯(cuò)誤的發(fā)生，而且可以增加檢查結(jié)果的支持材料，這將有助于規(guī)范檢查管理，避免漏檢。

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