基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)及云平臺(tái)的智能化箱變遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

鄭麗娟，彭團(tuán)豐，魏佳棟

（杭州電力設(shè)備制造有限公司余杭群力成套電氣制造分公司，浙江 杭州 310000）

1 智能箱變遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用背景

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)步入了遠(yuǎn)程管理階段[1]。云平臺(tái)為企業(yè)靈活部署網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)帶來非常便捷的體驗(yàn)[2]，可以搭建具有可擴(kuò)展彈性功能和專業(yè)服務(wù)的虛擬服務(wù)器。隨著4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，借助高速移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)隨時(shí)傳遞至云平臺(tái)成為可能。通過訪問云平臺(tái)，用戶可以在任意地點(diǎn)獲取遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

電力設(shè)備制造廠商為了增加銷量，提出了箱式變電站租賃的營(yíng)銷模式，把金融服務(wù)的營(yíng)銷體系引入到電力設(shè)備的銷售中[3]，避免了電力設(shè)備制造廠商為了爭(zhēng)奪市場(chǎng)互相壓價(jià)造成盈利下降，也為用戶降低了使用成本壓力，創(chuàng)造了制造廠商和用戶的雙贏，隨之而來箱式變電站的運(yùn)維模式也發(fā)生了變化。為了保證租賃合同的有效執(zhí)行，箱變的完好狀態(tài)及運(yùn)行情況需要隨時(shí)知曉。傳統(tǒng)箱變綜合自動(dòng)化系統(tǒng)只能在有限范圍內(nèi)獲取箱變的運(yùn)行數(shù)據(jù)，無法獲取箱變的準(zhǔn)確位置，在箱變運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，不能及時(shí)通知租賃方，難以滿足全方位掌握箱變運(yùn)行狀態(tài)的需要。

基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)及云平臺(tái)的智能箱變遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)以提升箱式變電設(shè)備運(yùn)維智能化水平為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)箱變實(shí)時(shí)狀態(tài)集成信息的數(shù)據(jù)獲取，利用融合網(wǎng)關(guān)技術(shù)對(duì)多類型信息（如運(yùn)維信息、定位信息等）進(jìn)行集成，通過4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程信息傳輸，應(yīng)用云數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)集成優(yōu)化，使用遠(yuǎn)程管理軟件實(shí)現(xiàn)用戶交互和信息展示。

2 需求分析

租賃營(yíng)銷模式將箱式變電站的維護(hù)工作轉(zhuǎn)由電力設(shè)備制造企業(yè)承擔(dān)，且承租用戶具有地理位置分散，承租期不同等特點(diǎn)。為了保證承租用戶具有良好的服務(wù)體驗(yàn)，需要出租企業(yè)對(duì)已出租的設(shè)備具備設(shè)備信息管理、運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和位置實(shí)時(shí)感知的能力，確保部署于不同地點(diǎn)的箱變?cè)O(shè)備能夠正常運(yùn)行。一旦設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常，維護(hù)人員能夠獲知其狀態(tài)，并通過查閱設(shè)備信息了解出現(xiàn)異常的設(shè)備相關(guān)參數(shù)，幫助維護(hù)人員及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修。同時(shí)，當(dāng)約定租賃期滿用戶不再續(xù)約后，能夠根據(jù)其定位位置回收設(shè)備，確保資產(chǎn)不丟失。

3 功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

相比于傳統(tǒng)箱變自動(dòng)化系統(tǒng)[4-5]，除了就地運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)外，需要增加遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸及地理位置信息獲取功能，將就地運(yùn)行狀態(tài)信息快速、準(zhǔn)確地傳送出去。為了便于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和歷史數(shù)據(jù)查看，需要具備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端，為監(jiān)測(cè)人員提供運(yùn)行信息。作為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析和存儲(chǔ)的橋梁，需要搭建云平臺(tái)服務(wù)器，對(duì)海量歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化和存儲(chǔ)。同時(shí)，應(yīng)提供箱變參數(shù)信息維護(hù)和查找功能，使箱變生產(chǎn)企業(yè)能夠方便管理和隨時(shí)查閱。具體組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 箱變遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 箱變基本信息管理功能

將對(duì)外租賃的箱變納入信息化管理，對(duì)出租箱變資產(chǎn)信息和參數(shù)信息進(jìn)行全方位管理。除了實(shí)現(xiàn)對(duì)箱變型號(hào)、箱變編號(hào)、租期、租戶等信息進(jìn)行錄入、刪除、更改、查詢等功能外，還可以實(shí)現(xiàn)箱變結(jié)構(gòu)的展示和圖紙信息的管理。

3.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸功能

設(shè)計(jì)具備獲取箱變運(yùn)行狀態(tài)信息、衛(wèi)星定位信息，且具有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)接入和數(shù)傳功能的智能模塊，對(duì)定位數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行就地采集，融合網(wǎng)關(guān)處理，通過4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至云平臺(tái)。云平臺(tái)回傳信息進(jìn)行解析，設(shè)計(jì)與百度地圖的交互結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外租賃箱變的精準(zhǔn)定位（定位精度10 m），實(shí)現(xiàn)箱變總體布局展示和地理位置的有效監(jiān)控。通過系統(tǒng)配置，可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集硬件和云數(shù)據(jù)平臺(tái)上的數(shù)據(jù)通信服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行功能配置，包括：監(jiān)測(cè)配置、數(shù)據(jù)獲取時(shí)間間隔配置和監(jiān)測(cè)參數(shù)的選取等。

3.3 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)處理及存儲(chǔ)功能

在云平臺(tái)服務(wù)器上建立虛擬主機(jī)，開通網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)。通過服務(wù)程序定時(shí)向箱變發(fā)送采集數(shù)據(jù)請(qǐng)求并接收回傳數(shù)據(jù)，包括：箱變低壓進(jìn)線側(cè)的三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、諧波、電能計(jì)量等數(shù)據(jù)以及地理位置信息數(shù)據(jù)。接收到數(shù)據(jù)后服務(wù)程序能夠判斷數(shù)據(jù)特征，進(jìn)而按照分類情況對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和提供給客戶端展現(xiàn)。

3.4 運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及歷史數(shù)據(jù)查詢功能

通過云平臺(tái)服務(wù)器為客戶端提供Web Service通信，客戶端可以以可視化界面形式實(shí)時(shí)展示當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)及告警信息。以多類型圖表形式展現(xiàn)箱變運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)，既可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)箱變電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、諧波、電能等數(shù)據(jù)的曲線展示，又可以通過數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀況報(bào)警與預(yù)警功能。

4 系統(tǒng)應(yīng)用示例

根據(jù)以上功能，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了可服務(wù)于租賃模式的智能化箱變遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并應(yīng)用于某電氣設(shè)備制造企業(yè)。將融合網(wǎng)關(guān)部署在箱變柜體內(nèi)，如圖2所示。為了保證定位衛(wèi)星信號(hào)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的有效接收，通過箱內(nèi)開孔將天線伸出金屬外殼外，如圖3所示。在阿里云平臺(tái)上搭建虛擬主機(jī)，配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)并安裝通信服務(wù)主程序，用于接收部署的箱變產(chǎn)生的運(yùn)行數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)，并在用戶的客戶端上進(jìn)行展現(xiàn)。如圖4—5所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集及定位模塊實(shí)際位置

圖4 實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)展示

圖5 實(shí)時(shí)地理位置信息展示及告警信息展示

綜上所述，智能化箱變遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠滿足電氣設(shè)備制造企業(yè)租賃營(yíng)銷模式的需要，準(zhǔn)確記錄并展示出租的箱變運(yùn)行情況和位置信息。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前箱式變電站租賃式營(yíng)銷模式導(dǎo)致現(xiàn)有箱變運(yùn)維模式的改變，研究了基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)及云平臺(tái)的智能化箱變遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)。利用融合網(wǎng)關(guān)技術(shù)和4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)下位機(jī)實(shí)時(shí)采集的箱變多類型信息進(jìn)行集成傳輸，并對(duì)數(shù)據(jù)集成優(yōu)化后存儲(chǔ)到云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過遠(yuǎn)程管理軟件對(duì)箱變進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)箱變的遠(yuǎn)程運(yùn)維。該技術(shù)的應(yīng)用能夠迎合箱變租賃帶來的運(yùn)維模式變化，降低箱變運(yùn)維人工工作量，對(duì)電力設(shè)備制造商和設(shè)備用戶的業(yè)務(wù)良性增長(zhǎng)具有積極的促進(jìn)作用。