林成寧

摘 要：電力調(diào)度工作是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，對于電力企業(yè)而言，必須充分考慮各方面的影響因素，不斷提升電力調(diào)度水平，降低主網(wǎng)運(yùn)行過程中的風(fēng)險(xiǎn)和隱患。本文提出了一種基于遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的電力調(diào)度系統(tǒng)平臺，對其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)；電力調(diào)度；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)

中圖分類號：TP872 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

信息化技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，給電力調(diào)度工作帶來了許多新的機(jī)遇，以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托的電力調(diào)度數(shù)據(jù)局網(wǎng)承載著大量關(guān)鍵信息的交互任務(wù)，也使得電力調(diào)度工作呈現(xiàn)出系統(tǒng)集成、廣域傳輸?shù)忍匦?，對于電力調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行安全提出了更高的要求。本文結(jié)合遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，對電力調(diào)度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，希望能夠?qū)崿F(xiàn)對于電力調(diào)度的有效管控，保障電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

1.總體架構(gòu)

系統(tǒng)分為感知層、傳輸層和應(yīng)用層，感知層以ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)為主，可以實(shí)現(xiàn)對變電站主控機(jī)箱以及區(qū)域用電數(shù)據(jù)的采集；傳輸層包括了嵌入式網(wǎng)關(guān)和對應(yīng)的TCP/IP通信模塊，可以將感知層采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，傳輸?shù)椒?wù)器；應(yīng)用層則包括服務(wù)器和客戶端，采用C/S架構(gòu)，可以為供電監(jiān)管人員提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)訪問與管理服務(wù)。

在系統(tǒng)中，感知層硬件包括了變電站主控機(jī)箱、區(qū)域用電負(fù)荷傳感器以及繼電器組，節(jié)點(diǎn)全部采用基于ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)，在保證可靠傳輸?shù)耐瑫r(shí)，也可以降低功耗。傳輸層和應(yīng)用層之間的通信是建立在TCP/IP通信協(xié)議上，通過傳輸層的嵌入式網(wǎng)關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)對于終端網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的采集，然后經(jīng)TCP完成與服務(wù)器的連接，并將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)控平臺。在遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺中，選擇云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，搭建完善的數(shù)據(jù)庫，然后通過C/S 模型，為電力工作人員提供必要的數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)對電力調(diào)度的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.智能網(wǎng)關(guān)

2.1ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸

考慮到系統(tǒng)本身的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍不大，這里選擇星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)，為了保障網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃裕肸igBee協(xié)調(diào)器對Modbus主站進(jìn)行了模擬，將網(wǎng)絡(luò)的終端節(jié)點(diǎn)設(shè)置為從站。通過ZigBee協(xié)調(diào)器完成數(shù)據(jù)請求和控制命令的發(fā)送，繼而實(shí)現(xiàn)對變電站檢測數(shù)據(jù)的有效讀取。

2.2變電站主控機(jī)箱

主控機(jī)箱的作用是為了保證電力調(diào)度的靈活性，強(qiáng)化安全管理。作為一種現(xiàn)場級監(jiān)控設(shè)備，主控機(jī)箱可以獨(dú)立運(yùn)作，也可以接入通信網(wǎng)絡(luò)中，方便進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，其硬件包括了微控制器系統(tǒng)、傳感器模擬量輸入輸出模塊、串口通信模塊以及電源模塊等。微處理器是主控機(jī)箱的核心所在，可以通過開關(guān)量輸入模塊和模擬量輸入模塊，實(shí)現(xiàn)對外部控制信號以及傳感器輸入信號的檢測，也可以反向發(fā)出控制信號。通過USART接口連接的ZigBee通信模塊，可以實(shí)現(xiàn)主控機(jī)箱與嵌入式網(wǎng)關(guān)的通信。

2.3模擬量輸入模塊

在輸入模塊中，集成了A/D轉(zhuǎn)換器，但是測量范圍范圍較小，僅為0V～3.3V，無法滿足一般傳感器輸出電壓（0V～10V）的要求，在這種情況，如果電壓過高，則可能會(huì)導(dǎo)致主控芯片的燒毀，需要獨(dú)立的模擬量輸入模塊。不僅如此，從多路AD采集的方面考慮，引入了多路選擇開關(guān)。

2.4開關(guān)量輸入模塊

在工業(yè)區(qū)域，考慮到實(shí)際用電需求，無論是輸出電壓還是控制電壓都相對較高，而且存在大量的瞬變脈沖，其會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的損壞?？紤]到微控制器芯片的高電平信號僅為3.3V，為了保證設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要設(shè)置相應(yīng)的光電耦合器，在維持信號正常傳輸?shù)耐瑫r(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)對主控板卡的保護(hù)。開關(guān)量輸入模塊與變電站轉(zhuǎn)向動(dòng)作請求電路連接，可以將各種信號轉(zhuǎn)化為可供識別的開關(guān)量信號。如果檢測到輸入信號變化，主控芯片可以控制定時(shí)器的啟動(dòng)或者停止，來對相應(yīng)的動(dòng)作進(jìn)行執(zhí)行。

2.5嵌入式網(wǎng)關(guān)

嵌入式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用了多線程技術(shù)，設(shè)置有兩條相互獨(dú)立的線程，可以分別實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器和ZigBee協(xié)調(diào)器之間的信息傳輸。從實(shí)際需求考慮，引入了TCP/IP通信協(xié)議，通過UART串行接口，可以實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的TCP/IP通信，也可以利用網(wǎng)線實(shí)現(xiàn)直接通信。相比較而言，網(wǎng)絡(luò)接入的方式可靠性更強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量可以得到保障，不過需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的合理布設(shè)，在靈活性和便利性方面略有不足。

2.6 ZigBee協(xié)調(diào)器

作為ZigBee網(wǎng)路的核心，協(xié)調(diào)器的作用是構(gòu)建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)對網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行合理配置。從系統(tǒng)整體架構(gòu)考慮，需要向每一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)請求，在接收到反饋信息后，還應(yīng)該對信息進(jìn)行分析和處理。通過定時(shí)器及事件設(shè)定，協(xié)調(diào)器可以依照相應(yīng)的周期，將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)角度胧骄W(wǎng)關(guān)。

3.遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺

3.1數(shù)據(jù)庫

在電力調(diào)度遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺中，數(shù)據(jù)庫的主要作用，是對現(xiàn)場采集到的設(shè)備狀態(tài)信息以及環(huán)境信息進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，同時(shí)提供面向客戶端程序的數(shù)據(jù)接口，確?？蛻裟軌蛲ㄟ^連接接口對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問，獲取數(shù)據(jù)查詢和分析服務(wù)。這里選擇SQL Server數(shù)據(jù)庫，不僅成本低廉，而且數(shù)據(jù)庫本身的可恢復(fù)性較好，可以保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的可靠性和安全性。

3.2服務(wù)器

服務(wù)器軟件的主要功能是針對嵌入式網(wǎng)關(guān)發(fā)出的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行接收和校驗(yàn)，當(dāng)其接收到終端網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，同時(shí)完成對數(shù)據(jù)的分析和加工處理后，會(huì)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到SQL Server數(shù)據(jù)庫中，然后提供面向智能電網(wǎng)平臺的連接通道，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)向智能電網(wǎng)平臺。在這個(gè)過程中，也可以接受變電站傳輸?shù)姆答佇畔?，并向嵌入式網(wǎng)關(guān)發(fā)送相應(yīng)的控制命令。為了保證不同區(qū)域的變電站能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)連接，可以在服務(wù)器程序中因公線程池以及完成端口模型，幫助處理多線程并行問題，保證系統(tǒng)的運(yùn)行效率。利用Windows內(nèi)核，可以完成I/O調(diào)度，提升程序的并發(fā)處理能力，將數(shù)據(jù)傳輸給客戶端，這樣，即使同時(shí)連接大量的變電站，服務(wù)器程序仍然可以保持穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3智能平臺

對于智能電網(wǎng)平臺的設(shè)計(jì)采用的是基于MFC的單文檔程序，為了保證平臺與服務(wù)器的穩(wěn)定連接，選擇了TCP連接的方式。智能電網(wǎng)平臺可以接受服務(wù)器發(fā)送的實(shí)施數(shù)據(jù)，也可以通過與云端SQL Server數(shù)據(jù)庫的連接，實(shí)現(xiàn)對歷史記錄的查詢。不僅如此，通過向服務(wù)器發(fā)送控制信息的方式，客戶端軟件也可以完成對電力調(diào)度的遠(yuǎn)程控制。

結(jié)語

總而言之，本文結(jié)合遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，對電力調(diào)度遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺進(jìn)行了設(shè)計(jì)，利用ZigBee協(xié)調(diào)器模擬Modbus主站，經(jīng)嵌入式網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的TCP/IP通信。經(jīng)仿真分析和模擬驗(yàn)證，協(xié)調(diào)器的ZigBee網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控傳輸數(shù)據(jù)幀可以正確封裝，系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行，將其應(yīng)用到電力調(diào)度中，可以提高電力調(diào)度的質(zhì)量和效率，為電網(wǎng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行提供良好的保障。

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