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淺談基于公有云的用戶側(cè)配電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計與應用
閱讀：812 發(fā)布時間：2021-1-26
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,，沒有實時監(jiān)測手段,，發(fā)生故
障只能斷電搶修,，嚴重影響用電可靠性。通過監(jiān)控中心計算機或手機客戶端可隨時在線監(jiān)測設備運行狀況,，自診斷設備的異常運行,，發(fā)現(xiàn)配電設備異常后，通過手機短信或APP推送報警信息,，提醒用戶及時處理,，保證了供電可靠性。
關鍵詞：配電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng),；云技術,；移動互聯(lián)；預警,；用戶側(cè)
0 引言
隨著社會的進步和人民生活質(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，沒有實時監(jiān)測手段,，一旦發(fā)生故障,，只能斷電后搶修，嚴重影響用電可靠性,。另外,，大部分用戶配電室的運行管理目前主要依靠人工定期進行現(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,，而且準確性得不到保證，運行成本也大大增加,。為此,，采用一種針對環(huán)網(wǎng)柜及配電設備具有實時監(jiān)測功能的應用系統(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
用戶側(cè)配電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)采用先進的互聯(lián)網(wǎng)技術,、云計算、自動化技術,、傳感技術,，實現(xiàn) 24 h不間斷地對用戶設備進行監(jiān)測，通過監(jiān)控中心計算機或手機客戶端可隨時在線監(jiān)測設備運行參數(shù)和運行狀況,，診斷設備的運行狀況,，發(fā)現(xiàn)配電設備異常或裝置內(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,，無須鋪設光纖，不受機房設施,、服務器設備的限制，可以節(jié)約一次投資和日后的維護費用,。
1.2 系統(tǒng)結構
系統(tǒng)網(wǎng)絡架構如圖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、云端服務器,、云端存儲器,、移動通信網(wǎng)絡、GPRS通信服務器等,。用戶側(cè)配電網(wǎng)智能監(jiān)測系統(tǒng)分為4部分：現(xiàn)場設備層,、通信層、云服務,、監(jiān)控層,。
1.3 系統(tǒng)軟件
1.3.1 系統(tǒng)功能
該系統(tǒng)主要功能為遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測及推送故障消息預警,，主要分為以下4部分。
1.3.1.1 開關狀態(tài)動態(tài)顯示
可以通過電腦或手機 APP 查看高壓負荷開關合分狀態(tài),、高壓斷路器合分狀態(tài)及位置（工作/試 驗）,、隔離開關合分狀態(tài)、接地刀閘位置,、電容補償投切狀態(tài),。
1.3.1.2 遙測值顯示
遠程查看高壓柜/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)、負荷及平均負荷,。
1.3.1.3 預警信息監(jiān)控系統(tǒng)
具有遠距離無線測溫,、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）實時查看現(xiàn)場情況,。具有GPS定位功能,，通過手機APP可直接鏈接導航，快速到達配電終端位置,。
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),，需進行進制和系數(shù)轉(zhuǎn)化才能得到真實數(shù)據(jù),，即使遭受網(wǎng)絡竊聽后對方獲得的數(shù)據(jù)也只是 0、1,，無法進行解析,。
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）與云服務器進行通信。DTU 工作是基于移動/聯(lián)通 GPRS（通用分組無線業(yè)務）信道進行傳輸,，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（移動通信系統(tǒng)）加密技術攔截第三方的網(wǎng)絡竊聽。其次,，DTU 傳輸原理采用 Modbus RTU 協(xié) 議,，服務器請求 1 次數(shù)據(jù)后,，DTU 工作 1 次，只能實現(xiàn)單向數(shù)據(jù)傳輸,。
1.3.2.3 服務器端
服務器具有訪問賬戶密碼和端口雙重保護功能,，內(nèi)置網(wǎng)絡防火墻，數(shù)據(jù)直接導入數(shù)據(jù)庫,，數(shù)據(jù)庫的訪問需要賬戶和密碼認證,，一旦發(fā)生攻擊，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,、防止越權訪問,，發(fā)現(xiàn)外部攻擊漏洞、防止外部攻擊,，實現(xiàn)非授權的從外到內(nèi)的監(jiān)測,。
2 系統(tǒng)應用
基于公有云的用戶側(cè)配電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)在手機客戶端能實時監(jiān)測配電設備的運行工況、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,。通過手機客戶端和PC端，可以隨時了解設備運行工況,，電流,、電壓,、開關位置,、節(jié)點溫度，實現(xiàn)避雷器在線監(jiān)測,，視頻在線監(jiān)控,，煙霧遙感，實時推送報警信息等,。
2.1 系統(tǒng)硬件
通信管理機從設備二次系統(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)場可以檢測到相關運行數(shù)據(jù)。
2.2 運行狀況實時監(jiān)視
通信管理機從用戶二次系統(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,、頻率等非開關量和開關量數(shù)據(jù)進行處理，通過GPRS模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)桨⒗镌?，PC端（如圖2）和手機端（如圖3）可通過相應軟件從阿里云服務器中獲取相關數(shù)據(jù),，對用戶系統(tǒng)狀態(tài)進行監(jiān)視。
2.3 避雷器狀態(tài)實時監(jiān)控
避雷器傳感器穿孔安裝于避雷器上,，實時監(jiān)測避雷器運行狀態(tài)（放電次數(shù)和泄漏電流）,。當累積次數(shù)達到預定值時，云服務器會推送信息至運維人員手機,，避免避雷器失效導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镌品掌鳎ㄟ^計算機和手機能隨時查看各相電纜溫度,。
2.4 報警信息推送
手機端接收報警信息后及時檢查設備狀況,，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 負荷預測
系統(tǒng)可生成負荷報表及曲線,，通過負荷月報表掌握企業(yè)用電特點，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)配電室實際情況,，結合多年的變電站和配電室的運行管理經(jīng)驗,，自主研發(fā)了安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能開關柜運行監(jiān)控、高壓開關柜帶電顯示,、電流電壓等負載運行監(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,、門禁、燈光,、風機,、除濕機、空調(diào)控制等功能,。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設備控制,，實現(xiàn)動力環(huán)境優(yōu)化，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障,，保證維護人員,，延長設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過高,，同時實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠程管理,。
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)的通信設備進行管理、添加,、刪除,、控制和數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。
3.2.2實時監(jiān)測
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機界面友好,，能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài),，實時監(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。實時顯示有關故障,、告警等信息,。
3.2.3 數(shù)據(jù)查詢
在人機界面中，可以直接查看配電室個設備的運行數(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運行報表
查詢配電室內(nèi)設備的運行數(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實時告警
科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有實時告警功能,，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟取穸?、有害氣體,、設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行存儲和管理,，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯,、查詢統(tǒng)計、事故分析,。
3.2.8 用戶權限管理
為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行,，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如遙控的操作,，數(shù)據(jù)庫修改等）,。可以定義不同級別用戶的登錄名,、密碼及操作權限,，為系統(tǒng)運行、維護,、管理提供可靠的保障,。
3.2.9網(wǎng)絡拓撲圖
安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構,?？稍诰€診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設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)的設備進行遠程遙控操作,。
3.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)推薦配置選型
4結語
用戶側(cè)配電網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)基于云計算技術，無需建立機房,，可以減少建設投資費用和維護成本,。該系統(tǒng)可以廣泛應用和服務于城鄉(xiāng)終端用戶的配電設備[5-6],。經(jīng)過 1 a 多的運行，監(jiān)控中心和手機客戶端未發(fā)生網(wǎng)絡中斷事故,，網(wǎng)絡運行可靠,，數(shù)據(jù)上傳穩(wěn)定。值班人員對變電站的運行工況一目了然,，減輕了勞動強度,，提高了工作效率，為保障供電可靠性和提供了強有力的技術支撐,。
參考文獻：
{1} 張吉生,，張波.基于大數(shù)據(jù)架構的變電設備運行質(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)應用
{3}安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)2020.04版