1相關技術背景

1.1技術背景

根據(jù)國家電網公司《泛在電力物聯(lián)網建設大綱》的規(guī)定,"泛在物聯(lián)"是指任何時間、任何地點、任何人、任何物之間的信息連接和交互。泛在電力物聯(lián)網將電力用戶及其設備、電網企業(yè)及其設備、發(fā)電企業(yè)及其設備、供應商及其設備以及人和物連接起來,產生共享數(shù)據(jù),利用這些數(shù)據(jù)為用戶提供全面的智能的服務。變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)在電網中的應用已初具規(guī)模,但在運行過程中,設備廠家的數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)一的規(guī)范,信息孤島問題此消彼長,系統(tǒng)漏洞頻繁發(fā)生,修復技術難度大、耗費周期長,給電網安全運行帶來了很大風險。本文利用泛在電力物聯(lián)網的變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)及裝置,提出了解決上述問題的一種思路,既為數(shù)據(jù)的傳輸提供了中轉平臺,又為規(guī)范數(shù)據(jù)結構提供了統(tǒng)一接口。

1.2現(xiàn)有技術

1.2.1技術一

現(xiàn)有變電站在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的現(xiàn)有接入方式之一是,數(shù)據(jù)從前端在線監(jiān)測裝置通過協(xié)議轉換器,經網絡上傳至站端廠家后臺服務器,在后臺服務器部署數(shù)據(jù)推送接口程序,將前端接收到的在線數(shù)據(jù)推送至省公司側的輸變電在線監(jiān)測接入網關機,網關對數(shù)據(jù)校驗并存儲。

1.2.2技術一的缺點

在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)通過協(xié)議轉換器,經網絡傳輸至廠商后臺服務器,由于服務器在后期維護無法實時處理,導致系統(tǒng)漏洞頻繁發(fā)生,給系統(tǒng)安全運行帶來了一定的風險。該技術主要缺點包括:操作系統(tǒng)漏洞、數(shù)據(jù)庫漏洞、web應用漏洞。待處理漏洞數(shù)量多,影響到漏洞修復的效率,同時耗費了大量人力成本,在一定程度上也浪費了IP資源。

1.2.3技術二

現(xiàn)有變電在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的現(xiàn)有接入方式二是,增加數(shù)據(jù)匯聚器。匯聚器從各廠家的在線監(jiān)測裝置采集數(shù)據(jù)進行匯總,然后傳送到站端綜合應用服務器,通過綜合應用服務器推送接口程序,將在線數(shù)據(jù)推送至省公司側的輸變電在線監(jiān)測接入網關機,由網關機對數(shù)據(jù)進行校驗并存儲。

1.2.4技術二的缺點

監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議由各在線監(jiān)測裝置廠家自定義,數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議未做統(tǒng)一規(guī)定,數(shù)據(jù)通過匯聚器進行匯聚,網絡結構復雜,給后期運維及故障定位處理帶來了一定的困難。

2系統(tǒng)詳述

2.1待解決的技術問題

本文引入物聯(lián)網通信,加密芯片,結合數(shù)據(jù)分析,實現(xiàn)變電站在線監(jiān)測數(shù)據(jù)接入云平臺,通過手機或電腦等終端實時掌握現(xiàn)場被監(jiān)測設備的運行狀況,有利于快速進行故障定位和處理系統(tǒng)安全漏洞,提升系統(tǒng)運維效率。

2.2技術目標

基于泛在電力物聯(lián)網的變電站在線監(jiān)測系統(tǒng),通過提取變電站設備的運行數(shù)據(jù),實現(xiàn)變電站的數(shù)據(jù)在線實時監(jiān)測分析計算,提高設備運行管理水平:實現(xiàn)設備集中運行維護、故障快速定位,縮短維修時間:實現(xiàn)采取規(guī)范的接口,與調度自動化系統(tǒng)互聯(lián),提高信息集成度:實現(xiàn)與用戶的雙向實時通信,實時掌握電站運行狀況,提高服務水平:實現(xiàn)多方位、高效、準確的運維管理,通過線上云平臺遠程集中管理、故障遠程診斷,線下人工維護與檢修,完成線上"集中監(jiān)管+遠程診斷"、線下"現(xiàn)場檢修+按需服務"目標,為運維環(huán)節(jié)提供可追溯的閉環(huán)管理運維手段,降低運維成本。

2.3技術方案

基于泛在電力物聯(lián)網的變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)提出具有安全認證的數(shù)據(jù)接入、監(jiān)視方法,通過加密芯片對數(shù)據(jù)加密,運用物聯(lián)網技術、云技術實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的接入、查詢和管理,通過移動端及PC端進行數(shù)據(jù)的全方位展現(xiàn)。

本方案技術關鍵點為:

(1)首次提出在線監(jiān)測數(shù)據(jù)基于云平臺實現(xiàn)方案:

(2)首次研制變電站在線監(jiān)測裝置數(shù)據(jù)安全接入系統(tǒng)。本文主要研究的在線監(jiān)測組網圖如圖1所示。

2.4實施方式

(1)在CAC主機上接入NB一iot模組,兩者之間采用USB串口通信,通信內容通過iot模組提供的at指令進行傳輸。智能電子裝置實現(xiàn)異構數(shù)據(jù)的接入,根據(jù)不同裝置建立具有安全信息的IEC61850模型,提供注冊服務、IEC61850服務:

(2)數(shù)據(jù)加密:CAC主機里集成加密芯片,并與iot模組之間采用API接口進行數(shù)據(jù)交互,在云端通過加密芯片提供的解密鑰匙進行數(shù)據(jù)解密。

（3）CAC里建立具有安全訪問權限的IEC61850模型,按照IEC61850規(guī)范與云平臺進行數(shù)據(jù)交互,在每個邏輯節(jié)點的屬性里利用ext屬性來保存節(jié)點訪問權限,其定義形式如下:<LNinst="1"1nType="HRⅩTxxⅩM"1nC1ass="xxⅩM"ext:auth="IDAMTH,IDAMTH,……"/>,利用邏輯節(jié)點的擴展屬性,擴展出權限屬性,權限由一系列的IDAMTH構成,其中ID表示客戶端的ID號,AMTH表示所具有的權限由四位字符組成,第一位表示數(shù)據(jù)屬性是否可以訪問,第二位表示數(shù)據(jù)對象是否可以訪問,第三位表示邏輯節(jié)點是否可以訪問,第四位預留。CAC里的IEC61850服務端提供注冊功能,在IEC61850建立連接時判斷客戶端是否有權連接,如有生成對應ID。隨后的目錄服務、報告服務在訪問邏輯節(jié)點時判斷其權限是否滿足。

（4）建立云平臺:云平臺是數(shù)據(jù)接入的容器。構建云平臺網絡,建立數(shù)據(jù)服務器,構建云端數(shù)據(jù)接入模塊,在數(shù)據(jù)安全接入系統(tǒng)中配置變電在線監(jiān)測裝置臺賬信息,建立與前端在線監(jiān)測裝置一一對應的數(shù)據(jù)模型文件,在系統(tǒng)中配置掃描進程,提取最新監(jiān)測數(shù)據(jù),存入本地數(shù)據(jù)庫,對未能掃描抓取的數(shù)據(jù)進行設備異常告警等。

（5）在本地發(fā)布系統(tǒng)應用程序,調用本地數(shù)據(jù)庫在線監(jiān)測數(shù)據(jù)進行展示、統(tǒng)計和分析,對異常越限數(shù)據(jù)進行告警,轉入異常數(shù)據(jù)分析處理階段。

（6）在本地實現(xiàn)數(shù)據(jù)推送功能,通過標準數(shù)據(jù)接口協(xié)議,將本地數(shù)據(jù)推送至主站后臺數(shù)據(jù)庫,涉及數(shù)據(jù)接入準備的校驗和解析,對合法數(shù)據(jù)進行入庫存儲,非法數(shù)據(jù)拒接接收。2.5展現(xiàn)方式

融合泛在電力物聯(lián)網創(chuàng)新技術,系統(tǒng)實現(xiàn)移動端和PC端數(shù)據(jù)無縫集成與展現(xiàn)。設備分層可視化,電站管控精細化。關鍵數(shù)據(jù)實時監(jiān)控,變電站設備運行一目了然:異常數(shù)據(jù)及時報警,有效防止故障蔓延:多元資料交叉分析,實現(xiàn)投資收益最大化:多粒度報表統(tǒng)計,全方位掌握設備運行情況,主動記錄各類信息,提供溯源保障。移動及手機端通過滾動快速瀏覽設備運營、巡檢等分角色需要的關鍵指標:PC客戶端運維中心與站端實時互動,快速實現(xiàn)電站設備故障處理并完成設備遠程監(jiān)控和管理。

2.6實現(xiàn)案例

該案例以某省公司的750kV變電站在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)為模型,搭建了基于NB-iot的云臺系統(tǒng)。

（1）硬件部分集成了中國移動的x5311NB-iot模組和某公司的加密芯片,如圖2所示。

圖2帶加密功能的NB-iot模組

（2）系統(tǒng)在PC端的實現(xiàn)效果如圖3所示。

（3）系統(tǒng)在移動端實現(xiàn)效果如圖4所示。

圖3PC端實現(xiàn)效果

圖4移動端實現(xiàn)效果

該系統(tǒng)可以有效解決變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)安全漏洞,節(jié)約IP資源,便于后期對系統(tǒng)的運行維護,明顯降低改造費用,有效了節(jié)省資金。

3結語

本文提出了利用帶加密功能的NB-iot和云平臺技術實現(xiàn)變電站在線監(jiān)測的方案,從實用角度分析了實現(xiàn)變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)的技術手段,對實現(xiàn)方法進行了詳細描述,并給出了實現(xiàn)的具體案例,對今后變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)的實際應用具有良好的借鑒作用。