基于云計算的電力通信遠程監測系統設計

張 博

（國網河北營銷服務中心，河北 石家莊 050000）

0 引 言

在實現電網高效調度和安全供電的管理前提下，電力通信網已經成為現代電力系統中不可或缺的組成部分。電力系統的安全運行監測貫穿整個電力生產活動，是電網高速運行狀態下實現安全通信的重要保障。在越來越現代化和智能化的生產關系中，如何進行更高水準的電力調度是有待解決的難題，這也對電力企業的電力供銷和服務提出了新的挑戰[1]。隨著電力系統自動化水平的不斷提高，各種新項目逐漸融入到電力系統中，在不斷增加的電力負荷需求下，電網運行的通信規模越來越大，單一的調度指令已經無法保證高效能的電網運行安全[2]。

云計算作為新型的電子技術，能夠將并行和分布式兩種計算方式融為一體，在虛擬化結合下對各類資源進行有效整合，保證海量數據在傳輸過程中的及時整合和采集。國內在該項技術的研究中發展較為迅速，涵蓋大數據、人工智能以及網站建設等多個業務范疇[3]。為保證電力通信網的可靠運行，本文在云計算的基礎上設計電力通信遠程監測系統，利用云計算對數據的模擬優勢為新業務有序開展提供理論支持。

1 電力通信遠程監測系統硬件設計

對電力通信遠程監測數據采集節點的設計必須充分考慮供電電源的數目及有效通信的實時要求，此次采用LEM-SENTINEL蓄電池傳感器，集中測量電力通信線路的電壓和溫度。在電路中設置內阻裝置和控制器，通過上下串行的通信協議完成指令數據之間的轉換，實現持續的數據采集和單線路傳輸的自主運行，其結構組成如圖1所示。

圖1 傳感器內部結構圖

在不同電壓的連續運作中，供電源內部的阻抗能力和接收效果呈現近似比例關系。在密閉式的電阻通信結構下，完成各個數據監測點的采集布控。

2 電力通信遠程監測系統軟件設計

2.1 多點位劃分遠程通信站點

通信站點作為遠程監測系統的核心部分，一般以光纜監測為主，能夠對不同環路中的通信數據進行光纖保護，有效保證多通路的信息數據源采集。由于光纖的布控較為復雜且成本較大，因此對其遠程站點規劃建設中，需要根據相關工程的實際情況對監測站位置進行監測長度劃分和對網絡拓撲剩余程度進行考量。安置好的變電站中須具備環路保護裝置，通過網絡相切結構保證電力通信網的通信業務實現。利用多點位劃分原則，以變電站為起始點，按照光纜線路兩個相鄰切點的連接處位置，直接布控或者是設立不同等級的RTU通信站點，不僅可以通過采光開關來實現多個方向的線路監測，而且還能提高通信站點的有效利用率。在變電站的兩側分別以滿足最大監測距離進行單環路和雙環路的交錯設計，在主要線路中安置通信站點，分別對光纖環路中的網絡進行網狀結構設置，最大限度滿足電力用戶的需求。

2.2 基于云計算分解信號完成監控

在遠程通信站點采集數據的過程中，會產生一些噪聲信號點，若不進行隨機噪聲的處理，則會影響整體數據監測信息的分析。基于云計算對不規則信號進行分解，將處于高頻信息段內的噪點部分進行剔除。利用噪聲小波變換的系數轉換設置一個閾值，對小于其的小波系數置零，大于其的進行保留，重復數次。初速噪聲疊加表達式為：

式中，g(t)表示疊加的原始信號，i(e)表示采集到的有效信號，q(e)表示噪聲信號。在對原始信號進行離散小波分解后，有效信號能夠形成不同的系數。若此時噪聲系數較為均勻，則可以對其均勻的系數進行消除，達到對原信號降噪的目的；若其中某次噪聲信號的系數不均勻或是有效信號中的系數與其相似，則將閾值置零，重新進行分解。至此，在多點位劃分遠程通信站點設置下，基于云計算分解信號去除噪點，完成遠程電力通信監控系統的設計。

3 測試與結果分析

3.1 測試環境搭建

為驗證此次設計的遠程監控系統具有實際應用效果，采用實驗測試的方法對其性能進行分析，通過對該系統上下位通信能力的檢測，驗證其在電力通信過程中各個數據庫之間的連接性能，以此證明此次設計系統的可行性[4]。在選擇網絡調試工具的基礎上，利用MABTAL測試軟件進行TCP/IP的通信方式連接，將其與系統中的上下位子系統進行調試，具體顯示頁面如圖2所示。

圖2 通信調試助手顯示界面

在調試軟件中，輸入電力通信的監測IP與端口賬號，將協議設置為TCP-SEVER模式，在下位子系統完成啟動后，能夠在該界面看到各個監測點的測試數據，以此證明上下位子系統的通信狀態連接成功。

3.2 數據庫監測連接

在調試助手連接完成后，對上下位子系統的定位點進行設置，通過輸入與上述相同的IP源地址和端口號碼，點擊連接按鈕在通信日志中，對數據的傳輸模式進行設定。當設置各條線路的監測點位后，對每個監測點的源地址進行標記，每個端口的通信收集日志需要對應文件，以此區分不同時間段內采集到的數據信息，具體通信遠程監控界面如圖3所示。

圖3 遠程通信模塊界面

在數據能夠正常顯示在主界面上后，對需要監測的定位點安裝報警裝置，一旦數據出現高強負荷狀態，可以在第一時間發出預警。其余狀態下為電力通信運行正常，表示數據采集成功且電力通路的通信性能良好。在上下子系統連接成功后，對需要監測的數據信息按照時間順序上傳至系統數據庫中，對本系統與數據連接過程中的區域進行測試，驗證在各個時間段內均可以完成歷史數據查詢[5]。

3.3 監測結果分析

為進一步驗證本文系統能夠在監測點發生故障時，直接將該電力線路的負荷上傳至遠程監測系統中完成各電力通信支線的相互轉換，本次測試的電路在安裝監測設備時已經常態運行8 h，此時電力通路的運行狀態處于高峰時段。設置該電力線路最高數據負荷承載能力為7 425 MB，在接近6 000 MB負荷時線路會出現預警信息。通過收集近1 h內的電力數據，按照每10 min為一次數據采集間隔，在上下子模塊中進行源地址負荷采集，具體監測結果如圖4所示。

根據圖4，在1 h的監測間隔內所有電力數據均能在子系統的PC端內顯示，證明采集到的數據能夠上傳至該系統。觀察移動端所有監測到的數據，能夠看出各個時段的監測數據呈現上升趨勢，表明此時的線路處于電力高峰負荷時段。其中，對于超過負載時間段內的數據，該界面也完成了停更，表明在連續數據采集過程中對出現故障位置的數據能夠及時進行中斷處理。完成路線修復后，在下個監測時間段仍可以完成檢測，具有較好的實際應用效果。

圖4 子系統PC端監測數據顯示

4 結 論

本次在對下位機的各個硬件模塊進行重新選型和電路設計后，對主控芯片的控制供電模塊進行重組連接，直接實現了各通路電路的PC集中處理，完成了無線傳輸的數據格式解析。實驗結果表明，本文系統能夠對超出數據負荷點的線路進行有效監控，保證不同時間段內的數據均可以清楚地顯示在上下位子系統中，具有較好的實際應用效果。