基于移動網(wǎng)絡(luò)及云平臺的智能化箱變遠程監(jiān)測系統(tǒng)研究

鄭麗娟，彭團豐，魏佳棟

（杭州電力設(shè)備制造有限公司余杭群力成套電氣制造分公司，浙江 杭州 310000）

1 智能箱變遠程監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用背景

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集及運行監(jiān)視系統(tǒng)步入了遠程管理階段[1]。云平臺為企業(yè)靈活部署網(wǎng)絡(luò)化信息系統(tǒng)帶來非常便捷的體驗[2]，可以搭建具有可擴展彈性功能和專業(yè)服務(wù)的虛擬服務(wù)器。隨著4G移動網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，借助高速移動網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)隨時傳遞至云平臺成為可能。通過訪問云平臺，用戶可以在任意地點獲取遠程現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對設(shè)備的遠程實時監(jiān)測。

電力設(shè)備制造廠商為了增加銷量，提出了箱式變電站租賃的營銷模式，把金融服務(wù)的營銷體系引入到電力設(shè)備的銷售中[3]，避免了電力設(shè)備制造廠商為了爭奪市場互相壓價造成盈利下降，也為用戶降低了使用成本壓力，創(chuàng)造了制造廠商和用戶的雙贏，隨之而來箱式變電站的運維模式也發(fā)生了變化。為了保證租賃合同的有效執(zhí)行，箱變的完好狀態(tài)及運行情況需要隨時知曉。傳統(tǒng)箱變綜合自動化系統(tǒng)只能在有限范圍內(nèi)獲取箱變的運行數(shù)據(jù)，無法獲取箱變的準確位置，在箱變運行狀態(tài)發(fā)生改變時，不能及時通知租賃方，難以滿足全方位掌握箱變運行狀態(tài)的需要。

基于移動網(wǎng)絡(luò)及云平臺的智能箱變遠程監(jiān)測以提升箱式變電設(shè)備運維智能化水平為目標，實現(xiàn)箱變實時狀態(tài)集成信息的數(shù)據(jù)獲取，利用融合網(wǎng)關(guān)技術(shù)對多類型信息（如運維信息、定位信息等）進行集成，通過4G移動網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠程信息傳輸，應(yīng)用云數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)集成優(yōu)化，使用遠程管理軟件實現(xiàn)用戶交互和信息展示。

2 需求分析

租賃營銷模式將箱式變電站的維護工作轉(zhuǎn)由電力設(shè)備制造企業(yè)承擔，且承租用戶具有地理位置分散，承租期不同等特點。為了保證承租用戶具有良好的服務(wù)體驗，需要出租企業(yè)對已出租的設(shè)備具備設(shè)備信息管理、運行狀態(tài)遠程監(jiān)測和位置實時感知的能力，確保部署于不同地點的箱變設(shè)備能夠正常運行。一旦設(shè)備運行過程中出現(xiàn)異常，維護人員能夠獲知其狀態(tài)，并通過查閱設(shè)備信息了解出現(xiàn)異常的設(shè)備相關(guān)參數(shù)，幫助維護人員及時對設(shè)備進行維修。同時，當約定租賃期滿用戶不再續(xù)約后，能夠根據(jù)其定位位置回收設(shè)備，確保資產(chǎn)不丟失。

3 功能設(shè)計及實現(xiàn)

相比于傳統(tǒng)箱變自動化系統(tǒng)[4-5]，除了就地運行狀態(tài)監(jiān)測外，需要增加遠程數(shù)據(jù)傳輸及地理位置信息獲取功能，將就地運行狀態(tài)信息快速、準確地傳送出去。為了便于遠程監(jiān)測和歷史數(shù)據(jù)查看，需要具備遠程監(jiān)測終端，為監(jiān)測人員提供運行信息。作為遠程數(shù)據(jù)分析和存儲的橋梁，需要搭建云平臺服務(wù)器，對海量歷史運行數(shù)據(jù)進行優(yōu)化和存儲。同時，應(yīng)提供箱變參數(shù)信息維護和查找功能，使箱變生產(chǎn)企業(yè)能夠方便管理和隨時查閱。具體組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 箱變遠程監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 箱變基本信息管理功能

將對外租賃的箱變納入信息化管理，對出租箱變資產(chǎn)信息和參數(shù)信息進行全方位管理。除了實現(xiàn)對箱變型號、箱變編號、租期、租戶等信息進行錄入、刪除、更改、查詢等功能外，還可以實現(xiàn)箱變結(jié)構(gòu)的展示和圖紙信息的管理。

3.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸功能

設(shè)計具備獲取箱變運行狀態(tài)信息、衛(wèi)星定位信息，且具有移動網(wǎng)絡(luò)接入和數(shù)傳功能的智能模塊，對定位數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)進行就地采集，融合網(wǎng)關(guān)處理，通過4G移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至云平臺。云平臺回傳信息進行解析，設(shè)計與百度地圖的交互結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)對外租賃箱變的精準定位（定位精度10 m），實現(xiàn)箱變總體布局展示和地理位置的有效監(jiān)控。通過系統(tǒng)配置，可對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集硬件和云數(shù)據(jù)平臺上的數(shù)據(jù)通信服務(wù)系統(tǒng)進行功能配置，包括：監(jiān)測配置、數(shù)據(jù)獲取時間間隔配置和監(jiān)測參數(shù)的選取等。

3.3 遠程數(shù)據(jù)處理及存儲功能

在云平臺服務(wù)器上建立虛擬主機，開通網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和數(shù)據(jù)存儲服務(wù)。通過服務(wù)程序定時向箱變發(fā)送采集數(shù)據(jù)請求并接收回傳數(shù)據(jù)，包括：箱變低壓進線側(cè)的三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、諧波、電能計量等數(shù)據(jù)以及地理位置信息數(shù)據(jù)。接收到數(shù)據(jù)后服務(wù)程序能夠判斷數(shù)據(jù)特征，進而按照分類情況對數(shù)據(jù)存儲和提供給客戶端展現(xiàn)。

3.4 運行數(shù)據(jù)監(jiān)測及歷史數(shù)據(jù)查詢功能

通過云平臺服務(wù)器為客戶端提供Web Service通信，客戶端可以以可視化界面形式實時展示當前運行狀態(tài)及告警信息。以多類型圖表形式展現(xiàn)箱變運行的歷史數(shù)據(jù)，既可以實現(xiàn)單個箱變電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、諧波、電能等數(shù)據(jù)的曲線展示，又可以通過數(shù)據(jù)分析實現(xiàn)運行狀況報警與預警功能。

4 系統(tǒng)應(yīng)用示例

根據(jù)以上功能，設(shè)計并實現(xiàn)了可服務(wù)于租賃模式的智能化箱變遠程監(jiān)測系統(tǒng)，并應(yīng)用于某電氣設(shè)備制造企業(yè)。將融合網(wǎng)關(guān)部署在箱變柜體內(nèi)，如圖2所示。為了保證定位衛(wèi)星信號和移動網(wǎng)絡(luò)信號的有效接收，通過箱內(nèi)開孔將天線伸出金屬外殼外，如圖3所示。在阿里云平臺上搭建虛擬主機，配置網(wǎng)絡(luò)服務(wù)并安裝通信服務(wù)主程序，用于接收部署的箱變產(chǎn)生的運行數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)，并在用戶的客戶端上進行展現(xiàn)。如圖4—5所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集及定位模塊實際位置

圖4 實時運行數(shù)據(jù)展示

圖5 實時地理位置信息展示及告警信息展示

綜上所述，智能化箱變遠程監(jiān)測技術(shù)能夠滿足電氣設(shè)備制造企業(yè)租賃營銷模式的需要，準確記錄并展示出租的箱變運行情況和位置信息。

5 結(jié)語

針對當前箱式變電站租賃式營銷模式導致現(xiàn)有箱變運維模式的改變，研究了基于移動網(wǎng)絡(luò)及云平臺的智能化箱變遠程監(jiān)測技術(shù)。利用融合網(wǎng)關(guān)技術(shù)和4G移動網(wǎng)絡(luò)對下位機實時采集的箱變多類型信息進行集成傳輸，并對數(shù)據(jù)集成優(yōu)化后存儲到云平臺數(shù)據(jù)庫中，通過遠程管理軟件對箱變進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，實現(xiàn)箱變的遠程運維。該技術(shù)的應(yīng)用能夠迎合箱變租賃帶來的運維模式變化，降低箱變運維人工工作量，對電力設(shè)備制造商和設(shè)備用戶的業(yè)務(wù)良性增長具有積極的促進作用。