基于消息隊列的變電站智能聯動技術研究

藍洪林　章錦文　周為峰　于瑩瑩

摘要：對變電站輔助監控平臺系統進行了探究，針對環境監測、消防火災、安防門禁、動力照明及視頻監控等輔助系統的智能融合程度不高等現狀，提出了一種基于消息隊列的變電站智能聯動技術，給出了輔助監控系統的智能聯動框架及其實現方案，解決了輔助監控子系統各自孤立、無法融合聯動智能告警等問題，可以保證變電站無人值守、安全運行。

關鍵詞：變電站;消息隊列;智能聯動;框架;實現方案

中圖分類號：TM63;TM76 ? ?文獻標志碼：A ? ?文章編號：1671-0797（2022）02-0020-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.02.006

0 ? ?引言

變電站的環境監測、消防火災、安防門禁、動力照明及視頻監控等輔助系統一般都是相互獨立的[1]，在輔助監控多系統融合接入的前提下，輔助監控系統才能實現聯動功能，而變電站輔助監控系統智能聯動的核心就是智能傳感器設備的泛在物聯，其是實現變電站智能運維的重要支撐手段[2]。

1 ? ?系統概述

變電站輔助監控系統一般包含環境監測系統、消防火災系統、安防門禁系統、動力照明系統、智能設備在線監測系統、視頻監控及巡檢系統等子系統，以標準規約方式集成接入電力監控、動環監控、SF6監測、視頻監控等系統的信息，通過事先組態好的聯動規則，實現門禁系統、動力照明系統、空調系統等的自動控制，并可同時打開相應攝像機，實時顯示追蹤變電站現場畫面[3]。

2 ? ?變電站輔助監控系統研究

變電站輔助監控系統的聯動規則編寫，需要一種靈活的圖形可視化的組態維護方式，而不是通過現場設備煩瑣的硬節點接線、硬編碼技術等手段來實現[4]。目前業內解決方案多為傳統物理硬接線聯動，具有聯動規則的編寫和維護較煩瑣，各子系統聯動相互孤立等特征[5]。變電站輔助監控子系統之間相互獨立運行，缺乏融合聯動，無法共享系統之間有用的信息，不僅造成了系統資源的浪費，工作效率的降低，還增加了系統運維的成本。開展變電站輔助監控系統架構及相關聯動技術的研究，對提高變電站的無人化水平，保障變電站安全穩定運行具有重要意義[6-7]。

變電站輔助監控系統按跨平臺理念設計，兼容Linux/

Windows等操作系統，可采用Oracle、MySQL、Mongo等多種商業數據庫，結合公司獨立開發的高效實時數據庫及基于B/S架構的數據軟總線，實現了一個統一的一體化信息平臺。本系統由物理感知層、傳輸網關層、消息總線層、核心服務層、平臺應用層等五部分組成，系統架構如圖1所示。

2.1 ? ?物理感知層

變電站輔助監控系統的物理感知層包含溫濕度傳感器、空調控制器、玻璃破碎探測器、紅外雙鑒探測器、電子圍欄、水浸探測器、門禁控制器、燈光控制器、火災聲光警報器、火災報警控制器、煙溫復合探測器等各類智能傳感類設備。除此之外，還有變壓器、GIS、SF6等設備的在線監測裝置，以及安防攝像機、高清球型攝像機、紅外雙目攝像機等視頻設備。

2.2 ? ?傳輸網關層

變電站輔助監控系統的傳輸網關層包含支持IEC 104、Modbus等常規電力規約的智能接口網關機，支持MQTT、CoAP等物聯網協議的邊緣代理網關機，以及支持視頻傳輸采用ONVIF、PSIA、RTSP、RTMP等國際、國家、行業統一標準協議的流媒體服務器。

2.3 ? ?消息總線層

變電站輔助監控系統的消息總線層包含采用高級消息隊列，如RabbitMQ、Kafka或ActiveMQ等協議實現的松耦合架構設計，不僅提高了系統的魯棒性、擴展性，還異步解耦了系統服務之間的相互調用。

2.4 ? ?核心服務層

變電站輔助監控系統的核心服務層包含管理服務、數據庫服務、鑒權服務、繪圖服務、工作流引擎服務、告警服務、聯動服務、采樣服務、視頻分析服務及巡檢服務等，為上層的應用層提供接口服務。

2.5 ? ?平臺應用層

變電站輔助監控系統的平臺應用層包含平臺管理、報表曲線、告警訂閱、運行監視、系統聯動、三維可視化展示、視頻監控及巡檢、環境監控、安防監控、消防監控、動力照明監控等功能。輔助監控系統具備基于Activiti的流程引擎、基于Session的統一認證功能、可自由化定制的報表服務;具備大容量、大數據信息的高效率處理能力，最大處理能力超過100W點;基于Docker容器化部署，分發部署更加靈活簡單，方便升級維護;具備輕量化、可視化的畫面組態功能;具備易于維護及編輯的工具;具有微服務架構的靈活性、可擴展性，能滿足多級監控系統要求。

3 ? ?變電站智能聯動框架設計與實現

變電站輔助監控系統是電力監控、動環監控、安防門禁、消防火災、動力照明、視頻監控及巡檢等系統的融合，通過計算機技術，可以實現輔助監控系統的智能聯動，以達到輔助防誤操作、輔助安全防衛等目的[3]。聯動模塊功能設計如圖2所示。

具體來說，聯動規則組態模塊編寫聯動規則存儲JSON文件到數據庫，聯動規則解析模塊通過消息隊列（Message Queue，MQ）接收告警監控模塊發出的告警事件，并判斷是否滿足聯動規則觸發的條件，同時使用WebSocket技術推送告警事件到頁面端。若滿足聯動規則的動作條件，則發出相應的遙控遙調報文給告警監控模塊，或發出相應的遙視報文給流媒體服務。聯動模塊架構設計如圖3所示。

3.1 ? ?基于Web端的聯動規則組態方法

在Web端訪問組態界面，可根據用戶聯動控制表，拖動輔助監控類設備圖元、SCADA類設備圖元、門邏輯圖元等到圖紙，并用連接線連接，關聯相關數據庫，最終生成聯動規則。聯動規則組態界面如圖4所示。

3.2 ? ?基于消息隊列的聯動規則解析方法

聯動規則解析模塊采樣Spring框架，遞歸解析聯動規則條件，流程如圖5所示。

聯動解析模塊主要包含聯動監聽服務和聯動執行服務兩部分。聯動監聽服務負責從消息隊列MQ上接收輔助監控與SCADA實時告警消息，判斷是否滿足聯動規則條件，如滿足條件則執行聯動執行服務。聯動執行服務根據實時庫中聯動規約組態的聯動目標，發送遙控、遙調、遙視報文到消息隊列MQ上，最終達到智能聯動的效果。

3.3 ? ?基于消息隊列的聯動告警方法

通過開發變電站智能輔助監控系統的消息隊列伴侶程序，實時采集SCADA告警數據，放入自定義數據結構，并通過足夠的環形緩存存放。將伴侶程序采集的告警數據轉發至消息隊列MQ中間件，供Web端讀取。預留接收數據接口，接收控制命令。告警監控運行界面如圖6所示。

4 ? ?結語

智能聯動技術作為變電站智慧運維的核心手段之一，是建設變電站智能輔助監控系統的重要途徑。本文對變電站輔助監控系統功能及架構進行了闡述，提出了一種基于消息隊列的智能聯動框架及實現方案，直觀展示了其對智慧運維的促進作用。

[參考文獻]

[1] 唐娜.變電站智能輔助系統分析與研究[J].信息系統工程，2017（1）：137-138.

[2] 嚴亞兵，黎剛，李輝，等.智慧變電站監控系統智能聯動技術淺析[J].湖南電力，2020，40（3）：77-81.

[3] 楊曉旭.基于LUA腳本語言的變電站輔助綜合監控系統智能聯動技術研究[D].南京：南京理工大學，2014.

[4] 廖小君，黃忠勝，呂飛鵬.智能變電站監控與視頻系統聯動方式研究[J].四川電力技術，2014，37（5）：42-45.

[5] 肖安南，張城瑋，卜祥東.基于智能聯動技術變電站輔助系統研究[J].科技視界，2015（27）：50.

[6] 黃敏，樂堅浩，王志毅.220 kV變電站遠程視頻監控中心系統的設計與實現[J].電力自動化設備，2005，25（11）：69-71.

[7] 徐竟爭.智能變電站輔助平臺綜合聯動研究[J].中國電力企業管理，2018（27）：46-47.

收稿日期：2021-10-25

作者簡介：藍洪林（1970—），男，福建上杭人，工程師，長期從事電廠電氣運維管理及檢修策劃等工作。

通信作者：于瑩瑩（1987—），男，江蘇南京人，碩士研究生，工程師，主要從事變電站輔助監控系統的研究工作。