吳立勇 王煥 曹藝

國(guó)網(wǎng)河南省電力公司鎮(zhèn)平縣供電公司 河南 鎮(zhèn)平 474250

引言

智能變電站不是在傳統(tǒng)的有人值守變電站的基礎(chǔ)上不進(jìn)行任何技術(shù)操作的無(wú)人管理形式，而是一種以變電站設(shè)備可靠性、自動(dòng)化為前提，借助現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)手段，變電站設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和管理由傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)值班人員改為遠(yuǎn)程值班人員[1]。目前，智能變電站具有運(yùn)行管理成本低、供電質(zhì)量高、工作量小、應(yīng)用過(guò)程安全性高等優(yōu)點(diǎn)，受到各地電力企業(yè)的廣泛關(guān)注。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)不能滿足變電站運(yùn)行管理和控制的實(shí)際需要，存在信息顯示不完整、可視化程度低、未配備相應(yīng)的報(bào)警功能、報(bào)警不及時(shí)等問(wèn)題。

物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展本身其實(shí)就是一個(gè)非常高度的安全信息化、自動(dòng)化以及一個(gè)互動(dòng)性很強(qiáng)的安全信息網(wǎng)絡(luò)，不僅需要將廣大智能化的傳感器都合理分布收集到各個(gè)特定的可能需要安全監(jiān)測(cè)和日常維護(hù)的工作地點(diǎn)，并且還要確保這些智能化的傳感器盡可能不要出現(xiàn)任何安全故障。在基本構(gòu)建好了監(jiān)控信息實(shí)時(shí)收集和分析傳感器的智能測(cè)控處理網(wǎng)絡(luò)之后就可以集中精力來(lái)構(gòu)建一個(gè)新型的監(jiān)控信息收集平臺(tái)，將搜集、分析和存儲(chǔ)整理起來(lái)的各種監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)都直接進(jìn)行了能數(shù)據(jù)化的分類和分析處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)于電站實(shí)時(shí)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集、監(jiān)控自動(dòng)預(yù)警、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞和信息存儲(chǔ)等各個(gè)系統(tǒng)的智能集中管理，再通過(guò)整個(gè)智能變電站集控系統(tǒng)與其他物聯(lián)網(wǎng)智能終端的相互結(jié)合多種形式直接組成一個(gè)一套具有實(shí)時(shí)智能自動(dòng)監(jiān)控、智能自動(dòng)判別、智能數(shù)據(jù)管理等多種功能的集控系統(tǒng)為數(shù)據(jù)核心，從而為用戶自身構(gòu)建一個(gè)更加完善的智能變電站系統(tǒng)智能監(jiān)測(cè)輔助監(jiān)控系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)利用感知技術(shù)和智能裝置對(duì)物理世界進(jìn)行感知識(shí)別，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)，進(jìn)行計(jì)算、處理和知識(shí)挖掘，實(shí)現(xiàn)人與物、物與物信息交互和無(wú)縫鏈接，達(dá)到對(duì)物理世界實(shí)時(shí)控制、精確管理和科學(xué)決策目的。

對(duì)于智能變電站來(lái)說(shuō)，需要監(jiān)控的主要數(shù)據(jù)有環(huán)境溫度，環(huán)境濕度，設(shè)備的限變電壓以及當(dāng)前電量等。對(duì)于上述數(shù)據(jù)，系統(tǒng)需要能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，并在危險(xiǎn)即將發(fā)生時(shí)提前報(bào)警[2]。

本文提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能變電站監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、分析，從而實(shí)現(xiàn)變電站的自動(dòng)化與智能化，響應(yīng)國(guó)家對(duì)電網(wǎng)“五網(wǎng)”的政策要求，提高變電站的工作效率，安全性以及降低運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。

1 LoRa無(wú)線技術(shù)

LoRa是一種低損率功耗無(wú)線網(wǎng)絡(luò)局域網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，低損耗功率的無(wú)線局域網(wǎng)通常很難完全無(wú)線覆蓋連接到無(wú)線遙感器。LoRa除了城域網(wǎng)的 2G / 3G / 4G 外，還包括無(wú)線局域網(wǎng)及其他各種短距無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，最大限度地實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間、長(zhǎng)距離的高頻數(shù)據(jù)無(wú)線通信，同時(shí)成本更低廉。在實(shí)際工作現(xiàn)場(chǎng)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)多且分散決定了如果采用傳統(tǒng)的有線信號(hào)的傳輸方式，存在布線困難、維護(hù)工作量大、不可移動(dòng)等缺點(diǎn)。而無(wú)線信號(hào)的傳輸則擺脫了線纜的束縛，具有安裝周期短、易于維護(hù)、擴(kuò)容能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)組網(wǎng)靈活，無(wú)須考慮為新添加的設(shè)備鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)，易于擴(kuò)展設(shè)備后，即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)[3]。

在LoRaWAN節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)聯(lián)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)都會(huì)把從網(wǎng)絡(luò)終端端到節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)連接接收到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)封包直接經(jīng)過(guò)一些網(wǎng)絡(luò)返路（又比如蜂巢、以太網(wǎng)等），然后將其轉(zhuǎn)發(fā)給基于云和云計(jì)算的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。智能化和安全網(wǎng)絡(luò)的處理復(fù)雜性被數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理起來(lái)后并放在一個(gè)服務(wù)器上，服務(wù)器系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理和對(duì)網(wǎng)絡(luò)和接口數(shù)據(jù)流的過(guò)濾冗余，對(duì)接口感受到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)執(zhí)行安全特性測(cè)試，通過(guò)最優(yōu)化的網(wǎng)關(guān)對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)度和安全確認(rèn)，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)自動(dòng)相適應(yīng)的處理數(shù)據(jù)流以增加處理速率。

2 數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)

根據(jù)當(dāng)前無(wú)人值守變電站運(yùn)行需求，為實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的采集與分析，本文將系統(tǒng)采集信息劃分為3種類型，分別為限變電壓、溫度、濕度、變電站電力參數(shù)變化信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備的工作狀態(tài)、工作環(huán)境的監(jiān)測(cè)，以及對(duì)各項(xiàng)工作數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，限定安全工作范圍，從而達(dá)到對(duì)非正常工作狀態(tài)下的變電站設(shè)備的分析與預(yù)警。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能變電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

變電站設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集頻率高、數(shù)據(jù)量大，對(duì)于數(shù)據(jù)的傳輸和存儲(chǔ)帶來(lái)很大的壓力[4]。因此，需要選擇合適的數(shù)據(jù)壓縮算法來(lái)解決這些問(wèn)題。不同的應(yīng)用領(lǐng)域可以針對(duì)根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)采用不同的數(shù)據(jù)壓縮處理技術(shù)，比如，圖形處理技術(shù)領(lǐng)域的jpeg壓縮處理技術(shù)，聲音圖像處理技術(shù)領(lǐng)域的mp3壓縮處理技術(shù)等。本文針對(duì)變電站設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)選用旋轉(zhuǎn)門算法。這是一種有損壓縮的算法，其主要原理便是存儲(chǔ)少量數(shù)據(jù)并且保存其變化趨勢(shì)，這樣在還原數(shù)據(jù)時(shí)可以通過(guò)一個(gè)階段內(nèi)的起始數(shù)據(jù)與變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)出想要得到的數(shù)據(jù)。其優(yōu)點(diǎn)在于相對(duì)于無(wú)損壓縮，所需存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量大幅減少，壓縮率得到極大的提高；缺點(diǎn)則是由于很難找到完全相符的變化函數(shù)，因此只能預(yù)測(cè)一個(gè)相近的數(shù)據(jù)。在工業(yè)生產(chǎn)中，設(shè)備數(shù)據(jù)往往是線性變化的，并且在預(yù)測(cè)時(shí)是允許一定的誤差的，因此旋轉(zhuǎn)門算法能夠很好地適應(yīng)這樣的工作需求。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)兼容C/S和B/S架構(gòu)，可本地管理和遠(yuǎn)程管理，保證數(shù)據(jù)的安全和便捷性，同時(shí)提供對(duì)數(shù)據(jù)終端的分組、分析、預(yù)警服務(wù)，進(jìn)一步將管理數(shù)據(jù)化、自動(dòng)化[5]。需要監(jiān)測(cè)的變電站設(shè)備類型包括除濕設(shè)備、測(cè)溫設(shè)備、泄漏電流監(jiān)測(cè)設(shè)備和門禁設(shè)備。設(shè)備信息包括：①設(shè)備名稱：在設(shè)備管理界面中編輯，通常是所監(jiān)測(cè)的位置點(diǎn)的名稱；②濕度：智能除濕設(shè)備所在的密閉空間的濕度；③目標(biāo)濕度：智能除濕器在初始設(shè)置時(shí)設(shè)置的濕度目標(biāo)，即濕度降到此數(shù)值停止工作；④溫度：智能除濕設(shè)備所在的密閉空間的溫度；⑤泄漏電流：監(jiān)測(cè)電氣線路或設(shè)備絕緣性；⑥電量：智能除濕設(shè)備為外供電，電量默認(rèn)為100；⑦狀態(tài)：有正常和異常兩種；⑧實(shí)時(shí)曲線：設(shè)定時(shí)間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)構(gòu)成的曲線；⑨歷史數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)的查詢窗口。

同時(shí)實(shí)時(shí)曲線與歷史數(shù)據(jù)將結(jié)合采集時(shí)間段歸納總結(jié)為對(duì)應(yīng)的圖表進(jìn)行直觀的展現(xiàn)。對(duì)于狀態(tài)異常的設(shè)備，系統(tǒng)將會(huì)實(shí)時(shí)顯示在異常信息中，并采用聲光字報(bào)警的形式進(jìn)行報(bào)警。

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用SQLServer存儲(chǔ)設(shè)備信息和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表如表1、表2所示。

表1 設(shè)備信息表

表2 設(shè)備數(shù)據(jù)表

續(xù)表

3.2 運(yùn)行界面

系統(tǒng)自投入運(yùn)行以來(lái)狀況良好，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、濕度、泄漏電流等信息，并提供報(bào)警、預(yù)警功能，運(yùn)行界面如圖2-圖4所示。

圖2 系統(tǒng)運(yùn)行主界面

圖3 測(cè)溫設(shè)備監(jiān)測(cè)界面

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從系統(tǒng)應(yīng)用需求分析到總體設(shè)計(jì)，闡述了智能變電站監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)智能變電站的技術(shù)要求，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集變電站設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，通過(guò)LoRa技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸，將處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，最終通過(guò)后臺(tái)管理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、監(jiān)測(cè)和預(yù)警，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示。系統(tǒng)的運(yùn)行對(duì)提升變電站自動(dòng)化、智能化有著重要意義，具備推廣價(jià)值。