李 葵，吳 非，王 韜，張 濤，鄭大威

（1.國網(wǎng)安徽省電力有限公司信息通信分公司，合肥230022；2.中科大先研院新媒體研究院，合肥230088）

目前，大多數(shù)的電力通信機房管理模式依然是人工管理。雖然近些年電網(wǎng)公司針對無人值守管理投入了大量的資金，但由于通信機房設(shè)備復(fù)雜、種類多、接口不一等，最終導(dǎo)致無法對電力通信機房資源進行有效管理[1-2]。這就需要一種可以實時監(jiān)測電力通信設(shè)備運行情況、機房動力和環(huán)境運行參數(shù)的集中監(jiān)控系統(tǒng)，保障電力通信機房安全穩(wěn)定運行。

物聯(lián)網(wǎng)IoT（internet of things）技術(shù)已廣泛應(yīng)用于智能城市、智能交通等各個領(lǐng)域中。文獻[3]基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計出一種船員的生理信息管理系統(tǒng)，并建立了船員生理信息數(shù)據(jù)庫，提高了管理水平和效率。文獻[4]利用先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的ZigBee 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)設(shè)計出一種學(xué)生宿舍插座群用電安全監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)用電故障的及時報警和線路切斷，降低用電故障隱患。文獻[5]利用RFID、傳感器等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究一套符合電力通信機房特點的電力通信設(shè)備管理系統(tǒng)方案。綜上可以看出，利用先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以有效提高各系統(tǒng)的管理水平和智能化水平。

為提高電力通信機房數(shù)據(jù)信息的管理能力，設(shè)計一套基于物聯(lián)網(wǎng)的電力通信機房可視化系統(tǒng)，可實現(xiàn)換流站信息的實時監(jiān)測和集中管理。本文展示基于物聯(lián)網(wǎng)的電力通信機房可視化系統(tǒng)的整體設(shè)計架構(gòu)，以及設(shè)計出的可視化界面。本設(shè)計應(yīng)用于換流站，對保障換流站安全穩(wěn)定運行具有重要的意義。

1 整體架構(gòu)設(shè)計

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)隨時隨地任何事物與任何人之間的連接，理想情況下能夠提供任何路徑或者網(wǎng)絡(luò)下的任何服務(wù)[6]。

通常物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。感知層是通過傳感器和終端等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對電網(wǎng)的各個設(shè)備和環(huán)境進行感知；通信層是實現(xiàn)普遍的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和各種異構(gòu)設(shè)備之間進行信息交換的通信技術(shù)；處理層是處理設(shè)備中的配置文件，并將它們組合以反映更多信息；應(yīng)用層是依托物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，開發(fā)的大量相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)品，如智能交通、智能家居等。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)圖Fig.1 Architecture of IoT

1.2 技術(shù)架構(gòu)

在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)背景下，運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和5G 通信技術(shù)構(gòu)建管理系統(tǒng)，整個系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。其中，感知層是通過智能巡檢裝備、在線監(jiān)測裝置和新型物聯(lián)網(wǎng)裝置對通信機房站內(nèi)各個環(huán)節(jié)進行感知。網(wǎng)絡(luò)層通過綜合采用5G+LoRa+5.8 GHz技術(shù)[7-10]寬窄帶混合組網(wǎng)對古泉站OTN 大容量骨干傳輸網(wǎng)及數(shù)據(jù)通信網(wǎng)擴容改造，最終實現(xiàn)全站的5G、LoRa 和5.8 GHz 三種無線終端接入方式的室內(nèi)室外全覆蓋，為古泉站在線監(jiān)測系統(tǒng)、智能管控系統(tǒng)以及其它智能化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)提供終端無線接入通道，解決高帶寬和大連接業(yè)務(wù)安全可靠接入和各類智能感知業(yè)務(wù)最后1 km 通信的需求。其中，5G可以實現(xiàn)智能電網(wǎng)端到端切片、電力邊緣計算、無人機、機器人智能巡檢等應(yīng)用；LoRa 技術(shù)可用于多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，適合于大范圍的數(shù)據(jù)量小的使用場景，比如環(huán)境監(jiān)測、電氣監(jiān)測、貨物管理、人員定位等；5.8 GHz 無線專網(wǎng)在覆蓋范圍內(nèi)實現(xiàn)無線高清視頻監(jiān)控、巡檢機器人應(yīng)用、移動辦公、遠(yuǎn)程調(diào)度、應(yīng)急通信等多種業(yè)務(wù)應(yīng)用。平臺層是構(gòu)建智慧物聯(lián)網(wǎng)管理平臺實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的管理和處理。應(yīng)用層是利用平臺層的數(shù)據(jù)實現(xiàn)智能應(yīng)用，如主輔設(shè)備智能聯(lián)動、消防隱患主動治理、故障缺陷智能診斷、人機聯(lián)合自助巡檢、移動作業(yè)智能管控、指揮決策實時交互和換流站管控全景可視等，實現(xiàn)電力通信機房高度智能化。

圖2 技術(shù)架構(gòu)圖Fig.2 Technical architecture

2 可視化數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力通信機房可視化系統(tǒng)融合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能控制技術(shù)以及通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。整個系統(tǒng)由智能監(jiān)測設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)器和通信網(wǎng)絡(luò)組成，整個系統(tǒng)示意圖如圖3所示。智能監(jiān)測設(shè)備包括各種監(jiān)控設(shè)備、采集卡、傳感器、變送器及現(xiàn)場總線等，對現(xiàn)場進行感知。物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)器則提供靈活多變的實時數(shù)據(jù)訪問方式和狀態(tài)監(jiān)測報警信息的實時推送。智能終端把數(shù)據(jù)匯集到數(shù)據(jù)處理中心處理，經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)用過通信網(wǎng)絡(luò)提供給用戶進行訪問。5G+LoRa+5.8 GHz 技術(shù)寬窄帶混合組網(wǎng)、WiFi 和3G/4G 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了無處不在、隨時可以訪問的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。用戶可以通過智能終端設(shè)備對站內(nèi)運行狀況實時監(jiān)測、告警展示和處理、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)管理等操作，實現(xiàn)整體架構(gòu)的控制和交互，是檢測系統(tǒng)和管理系統(tǒng)更加直觀和便捷。

圖3 可視化系統(tǒng)示意圖Fig.3 Diagram of visualization system

2.1 可視化數(shù)據(jù)主界面

傳統(tǒng)的電力通信機房監(jiān)控和運維比較分散，給管理帶來不便。本設(shè)計利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)集中監(jiān)控，統(tǒng)一管理，圖4 為可視化數(shù)據(jù)系統(tǒng)界面，圖5 為可視化數(shù)據(jù)系統(tǒng)子界面。該系統(tǒng)可以展示線路拓?fù)?、業(yè)務(wù)通道示意圖、機柜詳情和蓄電池數(shù)據(jù)等實時監(jiān)測狀態(tài)。

圖4 可視化數(shù)據(jù)系統(tǒng)主界面Fig.4 Main interface of visual data system

圖5 可視化數(shù)據(jù)系統(tǒng)子界面圖Fig.5 Visual data system sub-interface

2.2 告警信息

如圖6所示，該系統(tǒng)根據(jù)告警信息的嚴(yán)重程度將告警信息分為三類，即緊急告警、主要告警和次要告警。根據(jù)告警信息的嚴(yán)重性，做出不同的處理方案。當(dāng)監(jiān)控對象有告警產(chǎn)生時，系統(tǒng)會記錄告警記錄并在系統(tǒng)中展示出來，故障的詳細(xì)情況更加直觀。根據(jù)系統(tǒng)的告警信息，運維人員能夠更快，更準(zhǔn)確地找到故障原因和排除故障。

圖6 告警信息界面Fig.6 Alarm information interface

3 三維可視化觀測

如圖7所示，監(jiān)控大屏在可視化界面直觀對信息分析及數(shù)據(jù)瀏覽，系統(tǒng)也通過監(jiān)控大屏實現(xiàn)對值守人員的預(yù)警、報警，運維值守人員可在管理后臺實現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)的管理、處理等操作，管理后臺主要實現(xiàn)角色、站點、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析、事件日志、指揮調(diào)度等在線管理業(yè)務(wù)。

圖7 三維可視化數(shù)據(jù)呈現(xiàn)流程Fig.7 Flow chart of 3D visualization data presentation

通過音視頻及AR 技術(shù)，實現(xiàn)專家對通信系統(tǒng)現(xiàn)場作業(yè)的遠(yuǎn)程在線指導(dǎo)工作，未來該技術(shù)在全省各個基站充分利用的情況下，減少專家差旅行程，提升專家工作效率，縮短故障排除耗時。通過VR 技術(shù)應(yīng)用，解決通信系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)、設(shè)備應(yīng)用布置完全依賴圖紙的現(xiàn)狀，通過沉浸式交互體驗，可對通信系統(tǒng)目前基建各項參數(shù)進行直觀了解，對通信系統(tǒng)的改造建設(shè)提供有效的直接的數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

電力通信機房設(shè)備運行提供可靠環(huán)境，保障電力通信機房重要設(shè)備安全穩(wěn)定運行，減輕維護人員工作量，快速定位設(shè)備故障，提升運維效率。利用先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和5G 通信技術(shù)，設(shè)計的一套可視化數(shù)據(jù)系統(tǒng)實現(xiàn)了電力通信機房的數(shù)據(jù)集中展示，且高度可視化。該系統(tǒng)對電力通信機房使集中管理程度得到巨大的提升，為運維檢修人員的現(xiàn)場工作提供了便利，也為換流站的安全穩(wěn)定運行提供了保障。

目前該系統(tǒng)已在古泉站調(diào)試及工作中得到應(yīng)用，并取得了較好的評價。由此可見，該系統(tǒng)的投入使用大大地簡化了現(xiàn)場工作流程，在提高工作效率的同時使得現(xiàn)場運維檢修人員能夠保質(zhì)保量的完成現(xiàn)場工作。