電力通信和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用及發(fā)展

張振忠

（身份證號：3504811980****0010）

0 引 言

隨著社會的發(fā)展與進(jìn)步，電力作為生產(chǎn)、生活中的重要能源，其電力系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù)水平正在發(fā)生日新月異的變化，電力系統(tǒng)運(yùn)行要求也在不斷提升。從圖1電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向圖可以清楚看到，電力系統(tǒng)需要從不同運(yùn)行需求維度，利用、干預(yù)、監(jiān)控電力在線數(shù)據(jù)，而電力通信網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)采集是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)流安全、可靠、有效運(yùn)轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)。

1 電力通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢特點(diǎn)和發(fā)展要求

1.1 電力通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢概述

介于電力通信網(wǎng)在安全性、可靠性、平穩(wěn)運(yùn)行性等諸多方面都有著嚴(yán)苛要求，目前世界上的大多數(shù)國家都是按照自行實(shí)用特點(diǎn)構(gòu)建專用的電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)，便于數(shù)據(jù)的采集、歸納、整理和對比分析。電力系統(tǒng)在發(fā)展通信網(wǎng)絡(luò)方面具有天然優(yōu)勢。由于電力光纜具有很強(qiáng)的抗破壞性，技術(shù)也愈加成熟，城市中的電力架桿或地下管道鋪設(shè)都為通信數(shù)據(jù)采集提供了重要基礎(chǔ)。，利用輸電線路敷設(shè)地線纏繞光纜（GWWOP）、自承式光纜（ADSS）、地線復(fù)合光纜（OPGW）等電力特殊光纜，可迅速形成長途通信能力[1]。

1.2 電力通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展要求

（1）主站通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用雙向100/1 000M光/電接口接入。

（2）電力運(yùn)行參數(shù)、環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、安防監(jiān)控數(shù)據(jù)應(yīng)通過相應(yīng)智能監(jiān)控終端匯總處理后上傳至主站，每套智能監(jiān)控終端只提供一個IP地址，上行鏈路帶寬不少于10M。

（3）電力運(yùn)維各種數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)功能應(yīng)優(yōu)先選用電力光纖承載數(shù)據(jù)采集，并配置獨(dú)立的工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，如電網(wǎng)自動化、計量自動化業(yè)務(wù)監(jiān)控單元不能與智能運(yùn)維輔助監(jiān)控業(yè)務(wù)單元的交換機(jī)混用。不具備電力光纖的運(yùn)行環(huán)境可以采用公網(wǎng)有線和無線通信通道。

（4）主站與子站智能監(jiān)控終端之間的網(wǎng)絡(luò)通信應(yīng)采用VLAN，并需實(shí)現(xiàn)正反物理隔離。

（5）電力通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)按數(shù)據(jù)應(yīng)用業(yè)務(wù)不同，分區(qū)采用標(biāo)準(zhǔn)的接口和協(xié)議進(jìn)行規(guī)范化、統(tǒng)一管理。通信規(guī)約應(yīng)采用符合DL/T 634《遠(yuǎn)動設(shè)備及系統(tǒng)》標(biāo)準(zhǔn)的101和104通信規(guī)約以及MQTT、CoAP、HTTP、RTSP等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。各個區(qū)采用不同通信協(xié)議，可以有效屏隔跨區(qū)帶來的干擾。而在同一區(qū)內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)握手方式利于數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用。（6）具有WiFi熱點(diǎn)和接入功能，并滿足數(shù)據(jù)安全傳輸要求，為實(shí)現(xiàn)移動運(yùn)維了提供基礎(chǔ)。

圖1 電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向圖

2 電力數(shù)據(jù)采集要求和發(fā)展

2.1 電力數(shù)據(jù)采集的要求

電力系統(tǒng)需要對電力運(yùn)行參數(shù)、環(huán)境、安防、電氣設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測及數(shù)據(jù)采集分析，才能實(shí)時、有效反映電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，通過聯(lián)動控制來確保其安全、可靠運(yùn)行，防止因電力運(yùn)行潮流變化、環(huán)境變化、非授權(quán)作業(yè)以及設(shè)備狀態(tài)老化等引起的不確定、不可控情況，提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行管控品質(zhì)。電力運(yùn)行情況應(yīng)含有電壓、電流、頻率、諧波、功率等潮流數(shù)據(jù)，才能實(shí)現(xiàn)負(fù)載監(jiān)測和有效調(diào)度；電力運(yùn)行環(huán)境部分應(yīng)含有溫濕度、氧氣濃度、火災(zāi)情況、水位粉塵等環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)，而環(huán)境的好壞直接影響電力設(shè)備的運(yùn)行情況；電力安防部分應(yīng)含有電子圍欄監(jiān)測、紅外入侵、門禁管理、視頻監(jiān)測等安防報警，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電力安全作業(yè)和電力專家遠(yuǎn)程服務(wù)；電氣設(shè)備狀態(tài)部分應(yīng)含有開關(guān)、手車、保護(hù)壓板的位置溫升監(jiān)測、局放監(jiān)測、噪聲振動及其他異常報警信息，只有有效掌握設(shè)備的實(shí)時運(yùn)行工況，才能更早地發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的隱患、缺陷，進(jìn)而有計劃地進(jìn)行消缺，提高設(shè)備運(yùn)行性能。

2.2 電力數(shù)據(jù)采集的發(fā)展

電力系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集要求不僅體現(xiàn)在增量設(shè)備上，龐大的存量在線運(yùn)行設(shè)備更是需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，進(jìn)而提高運(yùn)維的實(shí)效性。若對在線運(yùn)行設(shè)備安裝數(shù)據(jù)采集感應(yīng)終端，很大程度上需迫使對設(shè)備停電予以解決，而停電將直接影響供電可靠性。所以無接觸式無源數(shù)據(jù)采集單元和機(jī)器人巡檢數(shù)據(jù)采集是發(fā)展趨勢和方向。機(jī)器人數(shù)據(jù)采集相對人工作業(yè)有著明顯優(yōu)勢：可提高巡檢頻次，按60 min/次巡檢，一天可巡檢24次，區(qū)域全覆蓋，效率高，24 h全天候作業(yè)；可在強(qiáng)磁場、有害氣體、粉塵嚴(yán)重的電力運(yùn)行環(huán)境內(nèi)，完成設(shè)備運(yùn)行期間的巡檢數(shù)據(jù)采集任務(wù)；標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，完成數(shù)據(jù)分析和傳輸，自動生成報表，數(shù)據(jù)存儲及時可追溯，避免了人為主觀因素的影響。

3 電力通信和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用設(shè)計策略

3.1 設(shè)計需求及設(shè)計框架解析

電力通信需要與電力網(wǎng)絡(luò)建設(shè)同步，以確保電力網(wǎng)絡(luò)的覆蓋結(jié)構(gòu)完善和完整。由于電力通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容和包含的業(yè)務(wù)繁多，所以與各類設(shè)備廠家大有關(guān)聯(lián)。不同的廠家生產(chǎn)的設(shè)備多種多樣，可利用的傳輸介質(zhì)也千差萬別[2]。因此，需要根據(jù)不同的對象采用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管采集措施。目前，網(wǎng)絡(luò)種類可分為數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)、管理業(yè)務(wù)網(wǎng)和后臺支撐網(wǎng)3大類。另外，設(shè)備資源劃分更加細(xì)致。在進(jìn)行電力通信和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用設(shè)計時，需要結(jié)合自身的實(shí)際需求和當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行分析，考慮未來發(fā)展趨勢和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性等方面進(jìn)行選擇。

3.2 電力通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)功能設(shè)計方式

電力通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)主要通過接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。在電力通信綜合網(wǎng)管平臺中，不同的子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸也需要采集適配器幫助運(yùn)行。因此，在它的功能設(shè)計上，需重點(diǎn)分析和處理網(wǎng)絡(luò)中的各類數(shù)據(jù)，并將所有數(shù)據(jù)按照不同的管理模式錄入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。電力通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)還要考慮跨隔離裝置通信的相關(guān)功能。假如在子系統(tǒng)采集過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集不正確或數(shù)據(jù)偏差，那么將威脅整個網(wǎng)絡(luò)框架的安全性。所以，要在數(shù)據(jù)傳輸過程中安裝正反雙向隔離裝置，提高數(shù)據(jù)的安全傳輸級別。數(shù)據(jù)的完整性直接關(guān)系網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的整合，但是不同的數(shù)據(jù)資源需要根據(jù)自身特點(diǎn)進(jìn)行不同的處理才能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)是對整個電力通信系統(tǒng)的重要服務(wù)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)采集過程的控制力度和監(jiān)管力度，才能保障數(shù)據(jù)采集的安全性和可靠性[3]。

4 電力通信和數(shù)據(jù)采集設(shè)計及應(yīng)用策略

4.1 電力通信和數(shù)據(jù)采集框架的結(jié)合

每一個不同的監(jiān)控信息都需要獨(dú)立的MIB站點(diǎn)，這需要由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一分配，并承擔(dān)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)管理的命令輸送、回饋收集以及數(shù)據(jù)信息的相關(guān)儲存功能，同時比對和分析所有數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對電力通信網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)管。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與電力通信網(wǎng)絡(luò)平臺之間的溝通與聯(lián)絡(luò)由管理站負(fù)責(zé)，管理站出現(xiàn)的問題則由MIB站點(diǎn)解決，并由MIB標(biāo)記和識別被檢測對象。電力通信網(wǎng)絡(luò)平臺與平臺管理系統(tǒng)之間的溝通與聯(lián)絡(luò)需要統(tǒng)一進(jìn)行管理，因此需要統(tǒng)一對應(yīng)的MIB對象。各方通過唯一的MIB對象，互相識別身份和信息[4]。因此，在系統(tǒng)的設(shè)計架構(gòu)上配置數(shù)據(jù)庫和信息數(shù)據(jù)庫，要通過接口與WEB服務(wù)器進(jìn)行通信，然后通過中間處理模塊、采集策略模塊以及采集模塊進(jìn)行信息處理。電力通信管理平臺則需要定期進(jìn)行檢查并報送結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的監(jiān)督與管理。

4.2 底層采集模塊的設(shè)計與應(yīng)用方式

由于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的不同，在采集底層數(shù)據(jù)的過程中，需要使用不同的信道類通信采集方式。底層采集模塊運(yùn)行框架首先是讀取數(shù)據(jù)采集引擎策略數(shù)據(jù)庫內(nèi)的信息，然后根據(jù)模型節(jié)點(diǎn)完成初始化，繼而選擇不同的信道。目前，采集的信道主要有SNMP信道和IPMI信道兩種。配置數(shù)據(jù)庫首先要讀取模型節(jié)點(diǎn)并完成節(jié)點(diǎn)的初始化，再依照不同的協(xié)議選擇SNMP信道或IPMI信道。不同的信道中有不同的協(xié)議，工作節(jié)點(diǎn)會按照相關(guān)的信息和命令完成對應(yīng)的采集工作。因此，在設(shè)計中要注意底層采集模塊的設(shè)計與應(yīng)用范圍，而選擇合適的信道是其關(guān)鍵所在[5]。

4.3 數(shù)據(jù)采集引擎的設(shè)計與應(yīng)用措施

采集節(jié)點(diǎn)不能是單一的命令形式。由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)本身的復(fù)雜性和信息的龐雜性，因此需要建立更加完善的采集策略。首先要基于時間調(diào)度進(jìn)行采集工作，當(dāng)采集引擎模塊啟動后，從底層模塊和配置數(shù)據(jù)庫兩個角度同時運(yùn)行工作。但是，如果說采集引擎發(fā)生了變化或者產(chǎn)生了新的目標(biāo)，那么就會產(chǎn)生新的目標(biāo)對象，需要采集引擎再次生成底層模塊可以利用的對象，相應(yīng)啟動數(shù)據(jù)采集引擎策略數(shù)據(jù)庫，將對象把控在工作區(qū)有利于數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度，并未采集引擎控制底層服務(wù)做好準(zhǔn)備。

5 結(jié) 論

綜上所述，數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)是電力通信網(wǎng)絡(luò)中不可或缺的環(huán)節(jié)，也直接關(guān)系到電力通信網(wǎng)絡(luò)的安全平穩(wěn)運(yùn)行，尤其對于各類不同信息化數(shù)據(jù)的分類處理，更需要秉承科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。加強(qiáng)電力通信中系統(tǒng)集中化管理，也是當(dāng)前電力通信發(fā)展的必然趨勢。為實(shí)現(xiàn)電力通信網(wǎng)絡(luò)的快速、高效發(fā)展，要將采集數(shù)據(jù)框架盡可能設(shè)計得更加便于操作和控制，并同時保證數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和準(zhǔn)確性，為我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)提供安全穩(wěn)定的輸送電服務(wù)，并做好技術(shù)后援與支持。