基于物聯網的電力通信機房可視化系統

李 葵，吳 非，王 韜，張 濤，鄭大威

（1.國網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，但由于通信機房設備復雜、種類多、接口不一等，最終導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測電力通信設備運行情況、機房動力和環境運行參數的集中監控系統，保障電力通信機房安全穩定運行。

物聯網IoT（internet of things）技術已廣泛應用于智能城市、智能交通等各個領域中。文獻[3]基于物聯網技術設計出一種船員的生理信息管理系統，并建立了船員生理信息數據庫，提高了管理水平和效率。文獻[4]利用先進的物聯網技術中的ZigBee 網絡通信技術設計出一種學生宿舍插座群用電安全監控系統，實現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、傳感器等物聯網技術研究一套符合電力通信機房特點的電力通信設備管理系統方案。綜上可以看出，利用先進的物聯網技術，可以有效提高各系統的管理水平和智能化水平。

為提高電力通信機房數據信息的管理能力，設計一套基于物聯網的電力通信機房可視化系統，可實現換流站信息的實時監測和集中管理。本文展示基于物聯網的電力通信機房可視化系統的整體設計架構，以及設計出的可視化界面。本設計應用于換流站，對保障換流站安全穩定運行具有重要的意義。

1 整體架構設計

1.1 物聯網

物聯網能夠實現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絡下的任何服務[6]。

通常物聯網架構如圖1所示。感知層是通過傳感器和終端等物聯網設備對電網的各個設備和環境進行感知；通信層是實現普遍的物聯網應用和各種異構設備之間進行信息交換的通信技術；處理層是處理設備中的配置文件，并將它們組合以反映更多信息；應用層是依托物聯網相關技術，開發的大量相關應用產品，如智能交通、智能家居等。

圖1 物聯網架構圖Fig.1 Architecture of IoT

1.2 技術架構

在電力物聯網的建設背景下，運用物聯網技術和5G 通信技術構建管理系統，整個系統架構如圖2所示。其中，感知層是通過智能巡檢裝備、在線監測裝置和新型物聯網裝置對通信機房站內各個環節進行感知。網絡層通過綜合采用5G+LoRa+5.8 GHz技術[7-10]寬窄帶混合組網對古泉站OTN 大容量骨干傳輸網及數據通信網擴容改造，最終實現全站的5G、LoRa 和5.8 GHz 三種無線終端接入方式的室內室外全覆蓋，為古泉站在線監測系統、智能管控系統以及其它智能化監測監控系統提供終端無線接入通道，解決高帶寬和大連接業務安全可靠接入和各類智能感知業務最后1 km 通信的需求。其中，5G可以實現智能電網端到端切片、電力邊緣計算、無人機、機器人智能巡檢等應用；LoRa 技術可用于多種網絡環境，適合于大范圍的數據量小的使用場景，比如環境監測、電氣監測、貨物管理、人員定位等；5.8 GHz 無線專網在覆蓋范圍內實現無線高清視頻監控、巡檢機器人應用、移動辦公、遠程調度、應急通信等多種業務應用。平臺層是構建智慧物聯網管理平臺實現各類數據的管理和處理。應用層是利用平臺層的數據實現智能應用，如主輔設備智能聯動、消防隱患主動治理、故障缺陷智能診斷、人機聯合自助巡檢、移動作業智能管控、指揮決策實時交互和換流站管控全景可視等，實現電力通信機房高度智能化。

圖2 技術架構圖Fig.2 Technical architecture

2 可視化數據系統設計

基于物聯網技術的電力通信機房可視化系統融合了物聯網技術、智能控制技術以及通信網絡技術。整個系統由智能監測設備、物聯網云服務器和通信網絡組成，整個系統示意圖如圖3所示。智能監測設備包括各種監控設備、采集卡、傳感器、變送器及現場總線等，對現場進行感知。物聯網云服務器則提供靈活多變的實時數據訪問方式和狀態監測報警信息的實時推送。智能終端把數據匯集到數據處理中心處理，經過處理后的數據用過通信網絡提供給用戶進行訪問。5G+LoRa+5.8 GHz 技術寬窄帶混合組網、WiFi 和3G/4G 網絡構成了無處不在、隨時可以訪問的網絡系統。用戶可以通過智能終端設備對站內運行狀況實時監測、告警展示和處理、參數設置、數據管理等操作，實現整體架構的控制和交互，是檢測系統和管理系統更加直觀和便捷。

圖3 可視化系統示意圖Fig.3 Diagram of visualization system

2.1 可視化數據主界面

傳統的電力通信機房監控和運維比較分散，給管理帶來不便。本設計利用物聯網技術實現集中監控，統一管理，圖4 為可視化數據系統界面，圖5 為可視化數據系統子界面。該系統可以展示線路拓撲、業務通道示意圖、機柜詳情和蓄電池數據等實時監測狀態。

圖4 可視化數據系統主界面Fig.4 Main interface of visual data system

圖5 可視化數據系統子界面圖Fig.5 Visual data system sub-interface

2.2 告警信息

如圖6所示，該系統根據告警信息的嚴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。根據告警信息的嚴重性，做出不同的處理方案。當監控對象有告警產生時，系統會記錄告警記錄并在系統中展示出來，故障的詳細情況更加直觀。根據系統的告警信息，運維人員能夠更快，更準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，監控大屏在可視化界面直觀對信息分析及數據瀏覽，系統也通過監控大屏實現對值守人員的預警、報警，運維值守人員可在管理后臺實現對各類數據的管理、處理等操作，管理后臺主要實現角色、站點、數據收集、數據分析、事件日志、指揮調度等在線管理業務。

圖7 三維可視化數據呈現流程Fig.7 Flow chart of 3D visualization data presentation

通過音視頻及AR 技術，實現專家對通信系統現場作業的遠程在線指導工作，未來該技術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 技術應用，解決通信系統設計結構、設備應用布置完全依賴圖紙的現狀，通過沉浸式交互體驗，可對通信系統目前基建各項參數進行直觀了解，對通信系統的改造建設提供有效的直接的數據。

4 結語

電力通信機房設備運行提供可靠環境，保障電力通信機房重要設備安全穩定運行，減輕維護人員工作量，快速定位設備故障，提升運維效率。利用先進的物聯網技術和5G 通信技術，設計的一套可視化數據系統實現了電力通信機房的數據集中展示，且高度可視化。該系統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場工作提供了便利，也為換流站的安全穩定運行提供了保障。

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