1相關(guān)技術(shù)背景

1.1技術(shù)背景

根據(jù)國家電網(wǎng)公司《泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)大綱》的規(guī)定,"泛在物聯(lián)"是指任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何人、任何物之間的信息連接和交互。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將電力用戶及其設(shè)備、電網(wǎng)企業(yè)及其設(shè)備、發(fā)電企業(yè)及其設(shè)備、供應(yīng)商及其設(shè)備以及人和物連接起來,產(chǎn)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(wù)。變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在電網(wǎng)中的應(yīng)用已初具規(guī)模,但在運(yùn)行過程中,設(shè)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(fù)技術(shù)難度大、耗費(fèi)周期長,給電網(wǎng)安全運(yùn)行帶來了很大風(fēng)險(xiǎn)。本文利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的變電站在線監(jiān)測(cè)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(zhuǎn)平臺(tái),又為規(guī)范數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)提供了統(tǒng)一接口。

1.2現(xiàn)有技術(shù)

1.2.1技術(shù)一

現(xiàn)有變電站在線監(jiān)測(cè)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(cè)裝置通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器,經(jīng)網(wǎng)絡(luò)上傳至站端廠家后臺(tái)服務(wù)器,在后臺(tái)服務(wù)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(cè)的輸變電在線監(jiān)測(cè)接入網(wǎng)關(guān)機(jī),網(wǎng)關(guān)對(duì)數(shù)據(jù)校驗(yàn)并存儲(chǔ)。

1.2.2技術(shù)一的缺點(diǎn)

在線監(jiān)測(cè)裝置數(shù)據(jù)通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器,經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至廠商后臺(tái)服務(wù)器,由于服務(wù)器在后期維護(hù)無法實(shí)時(shí)處理,導(dǎo)致系統(tǒng)漏洞頻繁發(fā)生,給系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來了一定的風(fēng)險(xiǎn)。該技術(shù)主要缺點(diǎn)包括:操作系統(tǒng)漏洞、數(shù)據(jù)庫漏洞、web應(yīng)用漏洞。待處理漏洞數(shù)量多,影響到漏洞修復(fù)的效率,同時(shí)耗費(fèi)了大量人力成本,在一定程度上也浪費(fèi)了IP資源。

1.2.3技術(shù)二

現(xiàn)有變電在線監(jiān)測(cè)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(cè)裝置采集數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總,然后傳送到站端綜合應(yīng)用服務(wù)器,通過綜合應(yīng)用服務(wù)器推送接口程序,將在線數(shù)據(jù)推送至省公司側(cè)的輸變電在線監(jiān)測(cè)接入網(wǎng)關(guān)機(jī),由網(wǎng)關(guān)機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)并存儲(chǔ)。

1.2.4技術(shù)二的缺點(diǎn)

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議由各在線監(jiān)測(cè)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(jìn)行匯聚,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,給后期運(yùn)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(shù)問題

本文引入物聯(lián)網(wǎng)通信,加密芯片,結(jié)合數(shù)據(jù)分析,實(shí)現(xiàn)變電站在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)接入云平臺(tái),通過手機(jī)或電腦等終端實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)被監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀況,有利于快速進(jìn)行故障定位和處理系統(tǒng)安全漏洞,提升系統(tǒng)運(yùn)維效率。

2.2技術(shù)目標(biāo)

基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),通過提取變電站設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)變電站的數(shù)據(jù)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析計(jì)算,提高設(shè)備運(yùn)行管理水平:實(shí)現(xiàn)設(shè)備集中運(yùn)行維護(hù)、故障快速定位,縮短維修時(shí)間:實(shí)現(xiàn)采取規(guī)范的接口,與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)互聯(lián),提高信息集成度:實(shí)現(xiàn)與用戶的雙向?qū)崟r(shí)通信,實(shí)時(shí)掌握電站運(yùn)行狀況,提高服務(wù)水平:實(shí)現(xiàn)多方位、高效、準(zhǔn)確的運(yùn)維管理,通過線上云平臺(tái)遠(yuǎn)程集中管理、故障遠(yuǎn)程診斷,線下人工維護(hù)與檢修,完成線上"集中監(jiān)管+遠(yuǎn)程診斷"、線下"現(xiàn)場(chǎng)檢修+按需服務(wù)"目標(biāo),為運(yùn)維環(huán)節(jié)提供可追溯的閉環(huán)管理運(yùn)維手段,降低運(yùn)維成本。

2.3技術(shù)方案

基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提出具有安全認(rèn)證的數(shù)據(jù)接入、監(jiān)視方法,通過加密芯片對(duì)數(shù)據(jù)加密,運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的接入、查詢和管理,通過移動(dòng)端及PC端進(jìn)行數(shù)據(jù)的全方位展現(xiàn)。

本方案技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)為:

(1)首次提出在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基于云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)方案:

(2)首次研制變電站在線監(jiān)測(cè)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(cè)組網(wǎng)圖如圖1所示。

2.4實(shí)施方式

(1)在CAC主機(jī)上接入NB一iot模組,兩者之間采用USB串口通信,通信內(nèi)容通過iot模組提供的at指令進(jìn)行傳輸。智能電子裝置實(shí)現(xiàn)異構(gòu)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(cè)服務(wù)、IEC61850服務(wù):

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

（3）CAC里建立具有安全訪問權(quán)限的IEC61850模型,按照IEC61850規(guī)范與云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,在每個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)的屬性里利用ext屬性來保存節(jié)點(diǎn)訪問權(quán)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(diǎn)的擴(kuò)展屬性,擴(kuò)展出權(quán)限屬性,權(quán)限由一系列的IDAMTH構(gòu)成,其中ID表示客戶端的ID號(hào),AMTH表示所具有的權(quán)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(duì)象是否可以訪問,第三位表示邏輯節(jié)點(diǎn)是否可以訪問,第四位預(yù)留。CAC里的IEC61850服務(wù)端提供注冊(cè)功能,在IEC61850建立連接時(shí)判斷客戶端是否有權(quán)連接,如有生成對(duì)應(yīng)ID。隨后的目錄服務(wù)、報(bào)告服務(wù)在訪問邏輯節(jié)點(diǎn)時(shí)判斷其權(quán)限是否滿足。

（4）建立云平臺(tái):云平臺(tái)是數(shù)據(jù)接入的容器。構(gòu)建云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò),建立數(shù)據(jù)服務(wù)器,構(gòu)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(cè)裝置臺(tái)賬信息,建立與前端在線監(jiān)測(cè)裝置一一對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)模型文件,在系統(tǒng)中配置掃描進(jìn)程,提取最新監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),存入本地?cái)?shù)據(jù)庫,對(duì)未能掃描抓取的數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)備異常告警等。

（5）在本地發(fā)布系統(tǒng)應(yīng)用程序,調(diào)用本地?cái)?shù)據(jù)庫在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示、統(tǒng)計(jì)和分析,對(duì)異常越限數(shù)據(jù)進(jìn)行告警,轉(zhuǎn)入異常數(shù)據(jù)分析處理階段。

（6）在本地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)推送功能,通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口協(xié)議,將本地?cái)?shù)據(jù)推送至主站后臺(tái)數(shù)據(jù)庫,涉及數(shù)據(jù)接入準(zhǔn)備的校驗(yàn)和解析,對(duì)合法數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫存儲(chǔ),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(wǎng)創(chuàng)新技術(shù),系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端和PC端數(shù)據(jù)無縫集成與展現(xiàn)。設(shè)備分層可視化,電站管控精細(xì)化。關(guān)鍵數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控,變電站設(shè)備運(yùn)行一目了然:異常數(shù)據(jù)及時(shí)報(bào)警,有效防止故障蔓延:多元資料交叉分析,實(shí)現(xiàn)投資收益最大化:多粒度報(bào)表統(tǒng)計(jì),全方位掌握設(shè)備運(yùn)行情況,主動(dòng)記錄各類信息,提供溯源保障。移動(dòng)及手機(jī)端通過滾動(dòng)快速瀏覽設(shè)備運(yùn)營、巡檢等分角色需要的關(guān)鍵指標(biāo):PC客戶端運(yùn)維中心與站端實(shí)時(shí)互動(dòng),快速實(shí)現(xiàn)電站設(shè)備故障處理并完成設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

2.6實(shí)現(xiàn)案例

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

（1）硬件部分集成了中國移動(dòng)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(shí)現(xiàn)效果如圖3所示。

（3）系統(tǒng)在移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)效果如圖4所示。

圖3PC端實(shí)現(xiàn)效果

圖4移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)效果

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

3結(jié)語

本文提出了利用帶加密功能的NB-iot和云平臺(tái)技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站在線監(jiān)測(cè)的方案,從實(shí)用角度分析了實(shí)現(xiàn)變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)手段,對(duì)實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)描述,并給出了實(shí)現(xiàn)的具體案例,對(duì)今后變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用具有良好的借鑒作用。