包 蕊

（國(guó)網(wǎng)遼寧電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

1 概述

在電力系統(tǒng)中，直流系統(tǒng)給控制、信號(hào)、保護(hù)和自動(dòng)裝置等二次負(fù)荷提供電源，變電站蓄電池的狀態(tài)監(jiān)控尤為重要[1]。一種可以實(shí)時(shí)、便捷地獲取蓄電池狀態(tài)的系統(tǒng)也十分關(guān)鍵。依賴于智能手機(jī)的普及、3G/4G 網(wǎng)絡(luò)的高帶寬、資費(fèi)降低以及云服務(wù)的靈活部署等特性，使得維護(hù)人員和管理人員可以實(shí)時(shí)地利用智能手機(jī)終端查詢蓄電池狀態(tài)，包括多種富媒體形式的查詢，比基于 GPRS 網(wǎng)絡(luò)和 GSM網(wǎng)絡(luò)的短信通報(bào)形式更加便捷直觀，并且還可以進(jìn)行雙向互操作，向遠(yuǎn)方的監(jiān)控系統(tǒng)、維護(hù)設(shè)備發(fā)送指令[2-4]。

2 特點(diǎn)

基于現(xiàn)代科技 3G/4G 網(wǎng)絡(luò)的高帶寬性，可以從云端向運(yùn)維人員和管理人員的智能手機(jī)發(fā)送富媒體格式的變電站蓄電池狀態(tài)信息，例如圖表型、數(shù)據(jù)流型信息。使相關(guān)人員能夠更加清晰準(zhǔn)確地掌握運(yùn)行情況。

智能配置，該系統(tǒng)可以通過智能手機(jī)終端對(duì)所有變電站的蓄電池組監(jiān)控裝置設(shè)置不同的報(bào)警參數(shù)，例如電流、電壓、內(nèi)阻、溫度等參數(shù)。該系統(tǒng)還可以為不同角色的人員設(shè)置不同警報(bào)級(jí)別、接收信息頻度、指令操作。

云端采用云推送策略，包括基于事件觸發(fā)的推送方案、基于事件的推送方案、基于用戶角色的推送方案等。使用云推送策略可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地將消息推送到訂閱對(duì)應(yīng)服務(wù)的用戶。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

本系統(tǒng)以智能手機(jī)作為通知維護(hù)人員和管理人員變電站蓄電池狀態(tài)的終端設(shè)備，通過云服務(wù)的靈活安全便捷的存儲(chǔ)、分析、轉(zhuǎn)發(fā)的特點(diǎn)，構(gòu)建出新形式的獲取蓄電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（如圖1所示），降低維護(hù)的成本。

圖1 基于云服務(wù)和智能手機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

本監(jiān)控系統(tǒng)主要有 3 部分組成：（1）蓄電池組數(shù)據(jù)采集部分，通過變電站的監(jiān)控單元實(shí)時(shí)監(jiān)控蓄電池組和單體電池的狀態(tài)，并通過 Internet 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆破脚_(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)備份分析；（2）云服務(wù)平臺(tái)，對(duì)下行的變電站提供數(shù)據(jù)采集和分析并中轉(zhuǎn)控制指令。對(duì)上行的智能手機(jī)用戶提供接入功能、訂閱服務(wù)、消息推送、安全加密等功能；（3）智能手機(jī)終端，使用特殊定制開發(fā)的應(yīng)用軟件接入到云平臺(tái)，獲取已訂閱的服務(wù)和接收變電站蓄電池組的運(yùn)行狀態(tài)，并且可以向云端發(fā)送蓄電池控制指令。

4 研究?jī)?nèi)容

4.1 蓄電池組數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊主要由檢測(cè)模塊、主控模塊、通信傳輸模塊組成，其中檢測(cè)模塊采用了差動(dòng)式多路模擬開關(guān)設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)可以避免常規(guī)雙刀式繼電器模擬開關(guān)對(duì)大型蓄電池組測(cè)量時(shí)需要的繼電器太多，儀器的體積過大，功耗、成本及故障率高等眾多缺點(diǎn)。主控模塊由 Arm Cortex-M3 作為控制中心，下行將經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換的蓄電池各參數(shù)轉(zhuǎn)換成IPV4 報(bào)文格式，并由以太網(wǎng)口傳輸?shù)酵ㄐ艂鬏斈K。通信傳輸模塊負(fù)責(zé)將主控模塊傳輸?shù)?IPV4 報(bào)文封裝成 IEEE802.3 格式的數(shù)據(jù)幀，并將數(shù)據(jù)幀傳送到云端。

4.2 云服務(wù)平臺(tái)

圖2 云服務(wù)平臺(tái)架構(gòu)圖

云服務(wù)平臺(tái)的架構(gòu)如圖2所示，主要由基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層組成?；A(chǔ)層包含了硬件設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、操作系統(tǒng)；數(shù)據(jù)層包括了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和交換數(shù)據(jù)，其中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)著各個(gè)變電站和蓄電池組以及對(duì)應(yīng)運(yùn)維人員的基礎(chǔ)信息。業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)著多種不同業(yè)務(wù)模式需要的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，例如推送的對(duì)象、服務(wù)訂閱的狀態(tài)、接入請(qǐng)求的狀態(tài)等。交換數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的是來自多路蓄電池組實(shí)施的監(jiān)控狀態(tài)的數(shù)據(jù)以及狀態(tài)分析結(jié)果的數(shù)據(jù)；支撐層包括了報(bào)表服務(wù)、推送服務(wù)、用戶認(rèn)證服務(wù)、用戶連接管理服務(wù)、信息訂閱服務(wù)。其中報(bào)表服務(wù)提供將采集到的蓄電池組的狀態(tài)轉(zhuǎn)換成富媒體的表格形式，推送服務(wù)是依據(jù)用戶的設(shè)定，可以定時(shí)地將蓄電池組的狀態(tài)信息推送到用戶，并且支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送、群組發(fā)送、廣播發(fā)送模式。用戶認(rèn)證服務(wù)為用戶提供基于 LADP 的企業(yè)級(jí)安全認(rèn)證模式。用戶連接管理服務(wù)提供所有用戶的實(shí)時(shí)連接狀態(tài)，當(dāng)遇到緊急事件時(shí)，可以通過短信和語音的形式通知用戶，是一種實(shí)時(shí)通知的保障機(jī)制。信息訂閱服務(wù)為用戶提供多種狀態(tài)信息訂閱的機(jī)制，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了不同角色用戶的消息分級(jí)，成功訂閱后，云平臺(tái)只向用戶推送所關(guān)心的狀態(tài)信息更新。應(yīng)用層包括接入管理系統(tǒng)、狀態(tài)查詢系統(tǒng)、消息分發(fā)系統(tǒng)。

4.3 智能手機(jī)終端軟件

智能手機(jī)終端軟件主要由用戶注冊(cè)登陸、訂閱服務(wù)、接收消息、群組功能、富媒體表單展現(xiàn)、指令發(fā)送功能組成，可以實(shí)時(shí)地接收來自云端的蓄電池狀態(tài)信息并通過富媒體表單形式呈現(xiàn)給用戶，還可以針對(duì)不同的用戶角色設(shè)置可訂閱的服務(wù)類型，例如對(duì)于維護(hù)人員可以訂閱普通狀態(tài)事件（包含長(zhǎng)時(shí)間、多參數(shù)）、緊急狀態(tài)事件的消息訂閱；對(duì)于管理人員可以訂閱緊急狀態(tài)事件、處理指令確認(rèn)等消息的訂閱。

5 結(jié)語

基于智能手機(jī)終端和云服務(wù)的變電站蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)：

（1）為維護(hù)人員和管理人員通過富媒體表單的形式展現(xiàn)蓄電池狀態(tài)，包含了更多的信息內(nèi)容，比傳統(tǒng)的以及短信形式的傳輸展現(xiàn)更直觀，方便用戶分析判斷問題和采取下一步指令。

（2）支持群組功能，可以將蓄電池的狀態(tài)發(fā)送到群組中，并且所在群組的對(duì)應(yīng)用戶可以根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線的討論分析。

（3）采用云服務(wù)的推送技術(shù)，更加實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地將采集到的數(shù)據(jù)通過單點(diǎn)、群組轉(zhuǎn)發(fā)、廣播的形式發(fā)送到用戶的智能手機(jī)終端。

（4）消息訂閱的功能，為了區(qū)分不同的用戶角色，維護(hù)和管理人員。支持可訂閱的消息選項(xiàng)，消息的發(fā)送云平臺(tái)會(huì)依據(jù)用戶訂閱的狀態(tài)進(jìn)行差異推送，以避免信息爆炸。

該系統(tǒng)投用之后，實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化的監(jiān)控與接收，減少了相關(guān)人員維護(hù)的成本并提高了工作效率，以及采用了云端的后臺(tái)服務(wù)，降低了數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施成本。

[1] 栗秋華, 周林, 張鳳, 等.基于 GPRS 的電力系統(tǒng)蓄電池在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2007, 22(10): 185-190.

[2] 姚諸香, 何群, 郭玉金.利用電信手機(jī)短信實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化系統(tǒng)綜合監(jiān)控[J]．電網(wǎng)技術(shù)，2003, 27(6):71-72.

[3] 吳烈.基于網(wǎng)絡(luò)的蓄電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J]．儀器儀表學(xué)報(bào), 2005, 26(8): 123-125.

[4] 胡鴻志.基 GSM 的蓄電池遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].裝備制造技術(shù), 2011(8): 92-93.