10kV變電所低壓配電系統(tǒng)位于電力系統(tǒng)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(qū)域內的生產、生活息息相關。長期以來由于電力行業(yè)重視發(fā)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(fā)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(xiàn)代化監(jiān)管要求;而采用現(xiàn)場設備層和過程監(jiān)控層兩層結構的現(xiàn)場監(jiān)測方式，雖然數(shù)據傳輸具有一定的實時性，數(shù)據吞吐量較大，但一般只能實現(xiàn)本地監(jiān)管的功能，離開現(xiàn)場就無法獲取實時的監(jiān)測信息;文獻中所述的數(shù)據采集與監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)雖然技術比較成熟，但這類系統(tǒng)比較龐大，投資規(guī)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(tǒng)則不太適用;文獻中所述的GPRS方式，雖然減少了系統(tǒng)布線，但是這種無線方式是收費的，存在著傳輸數(shù)據量小，數(shù)據傳輸容易丟失的問題。
物聯(lián)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(lián)網技術特點，針對10kV變電所低壓配電系統(tǒng)提出了一種基于物聯(lián)網四層架構的變電所參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)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(lián)網結合起來形成一個巨大的智能網絡，從而實現(xiàn)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(tǒng)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(xiàn)了變電所的遠程監(jiān)測和管理。
1.系統(tǒng)整體設計
根據物聯(lián)網的四層架構體系，系統(tǒng)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(lián)網架構的變電所監(jiān)測系統(tǒng)結構圖
感知層主要獲取變電所低壓端參數(shù)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(jiān)測儀表，它們主要監(jiān)測的參數(shù)如表1所示。這些儀表均提供統(tǒng)一的RS485接口，通過Modbus總線與上層網關相連。由于本系統(tǒng)的通信數(shù)據量大，且數(shù)據大都為二進制數(shù)值，因此，采用Modbus RTU的通信方式，一個Modbus RTU幀最大為256字節(jié)。
表1 變電所低壓端設備參數(shù)表
傳輸層主要對感知層參數(shù)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(tǒng)上下層信息交換的樞紐。它向下通過Modbus總線與終端監(jiān)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(xiàn)上下兩種網絡數(shù)據包格式的轉換。如果接收到的Modbus數(shù)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(shù)據則等待后續(xù)數(shù)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(shù)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(shù)據庫服務器。Web服務器完成與網關的通信、數(shù)據采集、數(shù)據解析、數(shù)據保存工作，并向客戶端提供Web服務。數(shù)據庫服務器用于存放變電所的監(jiān)測數(shù)據、報警記錄、操作信息等，這些數(shù)據分別保存在數(shù)據庫的不同表單中，它是變電所實時監(jiān)測數(shù)據顯示、報表打印等的數(shù)據來源。系統(tǒng)數(shù)據存儲分本地數(shù)據中心和通過公有云存儲接口連接的遠程大數(shù)據中心。
私有數(shù)據保存于本地數(shù)據中心，而公共數(shù)據則存儲至遠程大數(shù)據中心。通過這樣保證了海量數(shù)據的高并發(fā)性訪問及存儲，可大幅減輕本地數(shù)據中心存儲數(shù)據的壓力，又可使公共大數(shù)據及非敏感數(shù)據對第三方開放，系統(tǒng)提供公共數(shù)據訪問接口。系統(tǒng)后臺支持數(shù)據建模、內建數(shù)據庫存儲模板及數(shù)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(shù)據，為用戶提供豐富的應用功能。