基于物聯網架構的變電所參數監測報警系統設計

　　10kV變電所低壓配電系統位于電力系統的末端，是最終面向用戶的配電網絡，直接與用戶設備相連，為用戶設備供應、分配電能，它的運行情況與區域內的生產、生活息息相關。長期以來由于電力行業重視發電、輕視配電、不管用電，導致低壓配電網絡的智能化、信息化水平發展較慢。采用人工抄表的方式工作量大，對緊急情況反映不及時，早以不能滿足現代化監管要求;而采用現場設備層和過程監控層兩層結構的現場監測方式，雖然數據傳輸具有一定的實時性，數據吞吐量較大，但一般只能實現本地監管的功能，離開現場就無法獲取實時的監測信息;文獻中所述的數據采集與監控(SCADA)系統雖然技術比較成熟，但這類系統比較龐大，投資規模大、建設復雜，主要應用于大型的電力調度自動化方面，而對于小型變電所配電系統則不太適用;文獻中所述的GPRS方式，雖然減少了系統布線，但是這種無線方式是收費的，存在著傳輸數據量小，數據傳輸容易丟失的問題。

　　物聯網技術作為一種新型技術體系，自被提出以來，已經在眾多領域得到了應用。本文結合物聯網技術特點，針對10kV變電所低壓配電系統提出了一種基于物聯網四層架構的變電所參數監測系統設計方案，通過網關將變電所底層信息傳感設備網絡和互聯網結合起來形成一個巨大的智能網絡，從而實現人與物的溝通和對話。本文分層介紹了每一層的功能結構，對系統功能模塊進行設計，在實時報警模塊上采用了無插件的Server Push方式以保證報警的實時性，實現了變電所的遠程監測和管理。

　　1. 系統整體設計

　　根據物聯網的四層架構體系，系統由下至上分別由感知層、傳輸層、服務層、應用層構成，其結構如圖1所示。

　　圖1 基于物聯網架構的變電所監測系統結構圖

　　感知層主要獲取變電所低壓端參數信息。10kV變電所低壓端設備主要有變壓器、次總開關、電容柜、出線柜等，分別安裝有不同的監測儀表，它們主要監測的參數如表1所示。這些儀表均提供統一的RS485接口，通過Modbus總線與上層網關相連。由于本系統的通信數據量大，且數據大都為二進制數值，因此，采用Modbus RTU的通信方式，一個Modbus RTU幀最大為256字節。

　　表1 變電所低壓端設備參數表

　　傳輸層主要對感知層參數信息進行接入和傳輸，該層的主要設備為網關，網關具有較強的硬件支撐，是系統上下層信息交換的樞紐。它向下通過Modbus總線與終端監測設備相連，向上通過以太網接口連接Internet.網關的主要仕務就是實現上下兩種網絡數據包格式的轉換。如果接收到的Modbus數據包為緊急類型的信息，如異常報警信息，則馬上轉換成以太網幀;而一般數據則等待后續數據包到來后組合成一個以太網幀上傳。

　　服務層主要對大量的數據進行處理、存儲，為上層實際應用建立了一個高效、可靠的技術支撐平臺，服務層的主要設備包括WEB服務器和數據庫服務器。Web服務器完成與網關的通信、數據采集、數據解析、數據保存工作，并向客戶端提供Web服務。數據庫服務器用于存放變電所的監測數據、報警記錄、操作信息等，這些數據分別保存在數據庫的不同表單中，它是變電所實時監測數據顯示、報表打印等的數據來源。系統數據存儲分本地數據中心和通過公有云存儲接口連接的遠程大數據中心。

　　私有數據保存于本地數據中心，而公共數據則存儲至遠程大數據中心。通過這樣保證了海量數據的高并發性訪問及存儲，可大幅減輕本地數據中心存儲數據的壓力，又可使公共大數據及非敏感數據對第三方開放，系統提供公共數據訪問接口。系統后臺支持數據建模、內建數據庫存儲模板及數據智能調度服務。

　　應用層的設計主要面向用戶，解決用戶端信息處理和人機交互的問題，利用經過分析處理的感知數據，為用戶提供豐富的應用功能。

　　2. 系統功能模塊介紹

　　該系統主要有實時監測、參數分析、數據報表、異常報警、系統管理等功能模塊，如圖2所示。系統采用B/S網絡結構模式，遠程用戶通過電腦、平板、手機等終端的瀏覽器就可以登錄系統進行監管。

　　圖2 變電所監測系統用戶功能模塊框圖

　　2.1 系統管理

　　系統管理模塊可以查看變電所以及變電所內監測儀表、數據網關等設備的基本信息。也可以對系統用戶權限進行管理。普通用戶只能查看基本的監測信息，管理員用戶可以進行相應的操作，如打印報表、設置報警策、排班管理等。此外，還具有設備管理功能，可以查看設備狀態信息、修改設備模板，添加登記設備等。