基于云計(jì)算的電力通信遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 博

（國(guó)網(wǎng)河北營(yíng)銷服務(wù)中心，河北 石家莊 050000）

0 引 言

在實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)高效調(diào)度和安全供電的管理前提下，電力通信網(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)貫穿整個(gè)電力生產(chǎn)活動(dòng)，是電網(wǎng)高速運(yùn)行狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)安全通信的重要保障。在越來(lái)越現(xiàn)代化和智能化的生產(chǎn)關(guān)系中，如何進(jìn)行更高水準(zhǔn)的電力調(diào)度是有待解決的難題，這也對(duì)電力企業(yè)的電力供銷和服務(wù)提出了新的挑戰(zhàn)[1]。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的不斷提高，各種新項(xiàng)目逐漸融入到電力系統(tǒng)中，在不斷增加的電力負(fù)荷需求下，電網(wǎng)運(yùn)行的通信規(guī)模越來(lái)越大，單一的調(diào)度指令已經(jīng)無(wú)法保證高效能的電網(wǎng)運(yùn)行安全[2]。

云計(jì)算作為新型的電子技術(shù)，能夠?qū)⒉⑿泻头植际絻煞N計(jì)算方式融為一體，在虛擬化結(jié)合下對(duì)各類資源進(jìn)行有效整合，保證海量數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的及時(shí)整合和采集。國(guó)內(nèi)在該項(xiàng)技術(shù)的研究中發(fā)展較為迅速，涵蓋大數(shù)據(jù)、人工智能以及網(wǎng)站建設(shè)等多個(gè)業(yè)務(wù)范疇[3]。為保證電力通信網(wǎng)的可靠運(yùn)行，本文在云計(jì)算的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)電力通信遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用云計(jì)算對(duì)數(shù)據(jù)的模擬優(yōu)勢(shì)為新業(yè)務(wù)有序開(kāi)展提供理論支持。

1 電力通信遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

對(duì)電力通信遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)必須充分考慮供電電源的數(shù)目及有效通信的實(shí)時(shí)要求，此次采用LEM-SENTINEL蓄電池傳感器，集中測(cè)量電力通信線路的電壓和溫度。在電路中設(shè)置內(nèi)阻裝置和控制器，通過(guò)上下串行的通信協(xié)議完成指令數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)持續(xù)的數(shù)據(jù)采集和單線路傳輸?shù)淖灾鬟\(yùn)行，其結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

在不同電壓的連續(xù)運(yùn)作中，供電源內(nèi)部的阻抗能力和接收效果呈現(xiàn)近似比例關(guān)系。在密閉式的電阻通信結(jié)構(gòu)下，完成各個(gè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的采集布控。

2 電力通信遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 多點(diǎn)位劃分遠(yuǎn)程通信站點(diǎn)

通信站點(diǎn)作為遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部分，一般以光纜監(jiān)測(cè)為主，能夠?qū)Σ煌h(huán)路中的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行光纖保護(hù)，有效保證多通路的信息數(shù)據(jù)源采集。由于光纖的布控較為復(fù)雜且成本較大，因此對(duì)其遠(yuǎn)程站點(diǎn)規(guī)劃建設(shè)中，需要根據(jù)相關(guān)工程的實(shí)際情況對(duì)監(jiān)測(cè)站位置進(jìn)行監(jiān)測(cè)長(zhǎng)度劃分和對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫Ｓ喑潭冗M(jìn)行考量。安置好的變電站中須具備環(huán)路保護(hù)裝置，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相切結(jié)構(gòu)保證電力通信網(wǎng)的通信業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)。利用多點(diǎn)位劃分原則，以變電站為起始點(diǎn)，按照光纜線路兩個(gè)相鄰切點(diǎn)的連接處位置，直接布控或者是設(shè)立不同等級(jí)的RTU通信站點(diǎn)，不僅可以通過(guò)采光開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)方向的線路監(jiān)測(cè)，而且還能提高通信站點(diǎn)的有效利用率。在變電站的兩側(cè)分別以滿足最大監(jiān)測(cè)距離進(jìn)行單環(huán)路和雙環(huán)路的交錯(cuò)設(shè)計(jì)，在主要線路中安置通信站點(diǎn)，分別對(duì)光纖環(huán)路中的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)置，最大限度滿足電力用戶的需求。

2.2 基于云計(jì)算分解信號(hào)完成監(jiān)控

在遠(yuǎn)程通信站點(diǎn)采集數(shù)據(jù)的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一些噪聲信號(hào)點(diǎn)，若不進(jìn)行隨機(jī)噪聲的處理，則會(huì)影響整體數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)信息的分析?；谠朴?jì)算對(duì)不規(guī)則信號(hào)進(jìn)行分解，將處于高頻信息段內(nèi)的噪點(diǎn)部分進(jìn)行剔除。利用噪聲小波變換的系數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)置一個(gè)閾值，對(duì)小于其的小波系數(shù)置零，大于其的進(jìn)行保留，重復(fù)數(shù)次。初速噪聲疊加表達(dá)式為：

式中，g(t)表示疊加的原始信號(hào)，i(e)表示采集到的有效信號(hào)，q(e)表示噪聲信號(hào)。在對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行離散小波分解后，有效信號(hào)能夠形成不同的系數(shù)。若此時(shí)噪聲系數(shù)較為均勻，則可以對(duì)其均勻的系數(shù)進(jìn)行消除，達(dá)到對(duì)原信號(hào)降噪的目的；若其中某次噪聲信號(hào)的系數(shù)不均勻或是有效信號(hào)中的系數(shù)與其相似，則將閾值置零，重新進(jìn)行分解。至此，在多點(diǎn)位劃分遠(yuǎn)程通信站點(diǎn)設(shè)置下，基于云計(jì)算分解信號(hào)去除噪點(diǎn)，完成遠(yuǎn)程電力通信監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

3 測(cè)試與結(jié)果分析

3.1 測(cè)試環(huán)境搭建

為驗(yàn)證此次設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)具有實(shí)際應(yīng)用效果，采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法對(duì)其性能進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)上下位通信能力的檢測(cè)，驗(yàn)證其在電力通信過(guò)程中各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接性能，以此證明此次設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可行性[4]。在選擇網(wǎng)絡(luò)調(diào)試工具的基礎(chǔ)上，利用MABTAL測(cè)試軟件進(jìn)行TCP/IP的通信方式連接，將其與系統(tǒng)中的上下位子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，具體顯示頁(yè)面如圖2所示。

圖2 通信調(diào)試助手顯示界面

在調(diào)試軟件中，輸入電力通信的監(jiān)測(cè)IP與端口賬號(hào)，將協(xié)議設(shè)置為TCP-SEVER模式，在下位子系統(tǒng)完成啟動(dòng)后，能夠在該界面看到各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的測(cè)試數(shù)據(jù)，以此證明上下位子系統(tǒng)的通信狀態(tài)連接成功。

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)監(jiān)測(cè)連接

在調(diào)試助手連接完成后，對(duì)上下位子系統(tǒng)的定位點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，通過(guò)輸入與上述相同的IP源地址和端口號(hào)碼，點(diǎn)擊連接按鈕在通信日志中，對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸模式進(jìn)行設(shè)定。當(dāng)設(shè)置各條線路的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位后，對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的源地址進(jìn)行標(biāo)記，每個(gè)端口的通信收集日志需要對(duì)應(yīng)文件，以此區(qū)分不同時(shí)間段內(nèi)采集到的數(shù)據(jù)信息，具體通信遠(yuǎn)程監(jiān)控界面如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)程通信模塊界面

在數(shù)據(jù)能夠正常顯示在主界面上后，對(duì)需要監(jiān)測(cè)的定位點(diǎn)安裝報(bào)警裝置，一旦數(shù)據(jù)出現(xiàn)高強(qiáng)負(fù)荷狀態(tài)，可以在第一時(shí)間發(fā)出預(yù)警。其余狀態(tài)下為電力通信運(yùn)行正常，表示數(shù)據(jù)采集成功且電力通路的通信性能良好。在上下子系統(tǒng)連接成功后，對(duì)需要監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息按照時(shí)間順序上傳至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，對(duì)本系統(tǒng)與數(shù)據(jù)連接過(guò)程中的區(qū)域進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證在各個(gè)時(shí)間段內(nèi)均可以完成歷史數(shù)據(jù)查詢[5]。

3.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文系統(tǒng)能夠在監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，直接將該電力線路的負(fù)荷上傳至遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中完成各電力通信支線的相互轉(zhuǎn)換，本次測(cè)試的電路在安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備時(shí)已經(jīng)常態(tài)運(yùn)行8 h，此時(shí)電力通路的運(yùn)行狀態(tài)處于高峰時(shí)段。設(shè)置該電力線路最高數(shù)據(jù)負(fù)荷承載能力為7 425 MB，在接近6 000 MB負(fù)荷時(shí)線路會(huì)出現(xiàn)預(yù)警信息。通過(guò)收集近1 h內(nèi)的電力數(shù)據(jù)，按照每10 min為一次數(shù)據(jù)采集間隔，在上下子模塊中進(jìn)行源地址負(fù)荷采集，具體監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4所示。

根據(jù)圖4，在1 h的監(jiān)測(cè)間隔內(nèi)所有電力數(shù)據(jù)均能在子系統(tǒng)的PC端內(nèi)顯示，證明采集到的數(shù)據(jù)能夠上傳至該系統(tǒng)。觀察移動(dòng)端所有監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，能夠看出各個(gè)時(shí)段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，表明此時(shí)的線路處于電力高峰負(fù)荷時(shí)段。其中，對(duì)于超過(guò)負(fù)載時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)，該界面也完成了停更，表明在連續(xù)數(shù)據(jù)采集過(guò)程中對(duì)出現(xiàn)故障位置的數(shù)據(jù)能夠及時(shí)進(jìn)行中斷處理。完成路線修復(fù)后，在下個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)間段仍可以完成檢測(cè)，具有較好的實(shí)際應(yīng)用效果。

圖4 子系統(tǒng)PC端監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示

4 結(jié) 論

本次在對(duì)下位機(jī)的各個(gè)硬件模塊進(jìn)行重新選型和電路設(shè)計(jì)后，對(duì)主控芯片的控制供電模塊進(jìn)行重組連接，直接實(shí)現(xiàn)了各通路電路的PC集中處理，完成了無(wú)線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式解析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文系統(tǒng)能夠?qū)Τ鰯?shù)據(jù)負(fù)荷點(diǎn)的線路進(jìn)行有效監(jiān)控，保證不同時(shí)間段內(nèi)的數(shù)據(jù)均可以清楚地顯示在上下位子系統(tǒng)中，具有較好的實(shí)際應(yīng)用效果。