一种基于泛在电力物联网的变电站在线监测系统（泛在电力物联网在变电站的应用）

1相关技术背景

1.1技术背景

根据国家电网公司《泛在电力物联网建设大纲》的规定,"泛在物联"是指任何时间、任何地点、任何人、任何物之间的信息连接和交互。泛在电力物联网将电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备以及人和物连接起来,产生共享数据,利用这些数据为用户提供全面的智能的服务。变电站在线监测系统在电网中的应用已初具规模,但在运行过程中,设备厂家的数据没有统一的规范,信息孤岛问题此消彼长,系统漏洞频繁发生,修复技术难度大、耗费周期长,给电网安全运行带来了很大风险。本文利用泛在电力物联网的变电站在线监测系统及装置,提出了解决上述问题的一种思路,既为数据的传输提供了中转平台,又为规范数据结构提供了统一接口。

一种基于泛在电力物联网的变电站在线监测系统（泛在电力物联网在变电站的应用）

1.2现有技术

1.2.1技术一

现有变电站在线监测数据的现有接入方式之一是,数据从前端在线监测装置通过协议转换器,经网络上传至站端厂家后台服务器,在后台服务器部署数据推送接口程序,将前端接收到的在线数据推送至省公司侧的输变电在线监测接入网关机,网关对数据校验并存储。

1.2.2技术一的缺点

在线监测装置数据通过协议转换器,经网络传输至厂商后台服务器,由于服务器在后期维护无法实时处理,导致系统漏洞频繁发生,给系统安全运行带来了一定的风险。该技术主要缺点包括:操作系统漏洞、数据库漏洞、web应用漏洞。待处理漏洞数量多,影响到漏洞修复的效率,同时耗费了大量人力成本,在一定程度上也浪费了IP资源。

1.2.3技术二

现有变电在线监测数据的现有接入方式二是,增加数据汇聚器。汇聚器从各厂家的在线监测装置采集数据进行汇总,然后传送到站端综合应用服务器,通过综合应用服务器推送接口程序,将在线数据推送至省公司侧的输变电在线监测接入网关机,由网关机对数据进行校验并存储。

1.2.4技术二的缺点

监测数据传输协议由各在线监测装置厂家自定义,数据传输协议未做统一规定,数据通过汇聚器进行汇聚,网络结构复杂,给后期运维及故障定位处理带来了一定的困难。

2系统详述

2.1待解决的技术问题

本文引入物联网通信,加密芯片,结合数据分析,实现变电站在线监测数据接入云平台,通过手机或电脑等终端实时掌握现场被监测设备的运行状况,有利于快速进行故障定位和处理系统安全漏洞,提升系统运维效率。

2.2技术目标

基于泛在电力物联网的变电站在线监测系统,通过提取变电站设备的运行数据,实现变电站的数据在线实时监测分析计算,提高设备运行管理水平:实现设备集中运行维护、故障快速定位,缩短维修时间:实现采取规范的接口,与调度自动化系统互联,提高信息集成度:实现与用户的双向实时通信,实时掌握电站运行状况,提高服务水平:实现多方位、高效、准确的运维管理,通过线上云平台远程集中管理、故障远程诊断,线下人工维护与检修,完成线上"集中监管+远程诊断"、线下"现场检修+按需服务"目标,为运维环节提供可追溯的闭环管理运维手段,降低运维成本。

2.3技术方案

基于泛在电力物联网的变电站在线监测系统提出具有安全认证的数据接入、监视方法,通过加密芯片对数据加密,运用物联网技术、云技术实现远程数据的接入、查询和管理,通过移动端及PC端进行数据的全方位展现。

本方案技术关键点为:

(1)首次提出在线监测数据基于云平台实现方案:

(2)首次研制变电站在线监测装置数据安全接入系统。本文主要研究的在线监测组网图如图1所示。

2.4实施方式

(1)在CAC主机上接入NB一iot模组,两者之间采用USB串口通信,通信内容通过iot模组提供的at指令进行传输。智能电子装置实现异构数据的接入,根据不同装置建立具有安全信息的IEC61850模型,提供注册服务、IEC61850服务:

(2)数据加密:CAC主机里集成加密芯片,并与iot模组之间采用API接口进行数据交互,在云端通过加密芯片提供的解密钥匙进行数据解密。

（3）CAC里建立具有安全访问权限的IEC61850模型,按照IEC61850规范与云平台进行数据交互,在每个逻辑节点的属性里利用ext属性来保存节点访问权限,其定义形式如下:,利用逻辑节点的扩展属性,扩展出权限属性,权限由一系列的IDAMTH构成,其中ID表示客户端的ID号,AMTH表示所具有的权限由四位字符组成,第一位表示数据属性是否可以访问,第二位表示数据对象是否可以访问,第三位表示逻辑节点是否可以访问,第四位预留。CAC里的IEC61850服务端提供注册功能,在IEC61850建立连接时判断客户端是否有权连接,如有生成对应ID。随后的目录服务、报告服务在访问逻辑节点时判断其权限是否满足。

（4）建立云平台:云平台是数据接入的容器。构建云平台网络,建立数据服务器,构建云端数据接入模块,在数据安全接入系统中配置变电在线监测装置台账信息,建立与前端在线监测装置一一对应的数据模型文件,在系统中配置扫描进程,提取最新监测数据,存入本地数据库,对未能扫描抓取的数据进行设备异常告警等。

（5）在本地发布系统应用程序,调用本地数据库在线监测数据进行展示、统计和分析,对异常越限数据进行告警,转入异常数据分析处理阶段。

（6）在本地实现数据推送功能,通过标准数据接口协议,将本地数据推送至主站后台数据库,涉及数据接入准备的校验和解析,对合法数据进行入库存储,非法数据拒接接收。2.5展现方式

融合泛在电力物联网创新技术,系统实现移动端和PC端数据无缝集成与展现。设备分层可视化,电站管控精细化。关键数据实时监控,变电站设备运行一目了然:异常数据及时报警,有效防止故障蔓延:多元资料交叉分析,实现投资收益最大化:多粒度报表统计,全方位掌握设备运行情况,主动记录各类信息,提供溯源保障。移动及手机端通过滚动快速浏览设备运营、巡检等分角色需要的关键指标:PC客户端运维中心与站端实时互动,快速实现电站设备故障处理并完成设备远程监控和管理。

2.6实现案例

该案例以某省公司的750kV变电站在线监测的数据为模型,搭建了基于NB-iot的云台系统。

（1）硬件部分集成了中国移动的x5311NB-iot模组和某公司的加密芯片,如图2所示。

图2带加密功能的NB-iot模组

（2）系统在PC端的实现效果如图3所示。

（3）系统在移动端实现效果如图4所示。

图3PC端实现效果

图4移动端实现效果

该系统可以有效解决变电站在线监测系统安全漏洞,节约IP资源,便于后期对系统的运行维护,明显降低改造费用,有效了节省资金。

3结语

本文提出了利用带加密功能的NB-iot和云平台技术实现变电站在线监测的方案,从实用角度分析了实现变电站在线监测系统的技术手段,对实现方法进行了详细描述,并给出了实现的具体案例,对今后变电站在线监测系统的实际应用具有良好的借鉴作用。