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德陽智科電子有限公司

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成功案例    
智能低壓配用電集中管理平臺項目簡介
發布時間:2016-4-21 閱讀:2087次  

1. 項目總體框架

    隨著電力事業的快速發展, 目前對于骨干輸變電線路上的超高壓變電站(500KV,220KV,及絕大部分110KV變電站)大多已經建立起光纖傳輸連接,并在生產管理上建立了智能監控系統, 可以進行中心調度、地區調度的多級監控、調度管理。但是對于數量快速增加的低壓變電站、配電站,由于數量大、分布范圍廣而大多尚未納入電力智能監控系統中。長期以來,供電企業要實時掌握分布在不同地點的臺區的負荷及工作狀態數據是電力供應部門需解決而又得不到切實解決的問題。隨著針對這類無人值守站的管理監控要求的不斷提高,以及對供電質量提高的需要,勢必要將這類數量較大的配電網變電站、配電站納入統一的監控管理。

    電網運行趨勢智能化、網絡化,電力將統籌發電、輸電、變電、配電、用電、調度等各環節及通信信息平臺智能化同步規劃、同步建設。與此同時,在國家“十三五”計劃中,電網發展、電網格局、建設質量、大電網安全以及創新發展等目標入手,構建更安全、高校、堅強的電網。作為用電終端,低壓檢測也將在智能化輸電、用電中,突顯出其重要性。
    以低壓檢測為中心的電力智能監控系統,主要利用移動GPRS模塊的無線網絡功能及互聯網通信功能,鏈接到遠程實時監控系統,可很好地解決對配電變壓器的遠程監控及各種電參數的采集、運轉、存儲、調用等問題。
    采用現代電子電力控制技術,通信技術及計算機工程技術,實現終端與遠程服務配套控制技術。
    該方案主要是智能終端監控加服務器采集存儲的框架設計,智能終端主要負責監控變壓器低壓側的實時工作數據,同時負責定時將數據通過互聯網上傳至服務器;服務器將終端采集到的數據進行大數據統計分析,對重要數據進行存儲。
    智能終端主要使用嵌入式linux軟件平臺與ARM 硬件平臺的方式。
1.  I/O端口  控制變壓器開關、相切換;
2.  GPRS MODE  使用移動2G卡進行鏈接通信;
3.  液晶顯示模塊  顯示終端運行狀態及用戶參數設置界面;
4.  鍵盤輸入模塊  與用戶進行交換;
5.  音視頻模塊   采集運行環境中音視頻工作數據;
6.  以太網模塊  使用通信協議鏈接網絡;
7.  數據庫  存儲終端運行數據;
8.  WEB服務器  內置服務,供用戶調試設備使用;
9.  376協議通信  響應電力通信專用協議;
 
終端軟件模塊
名稱
操作系統
Linux-3.1.XX
數據庫
Sqlite3
應用軟件
集成Busybox
采集程序
多任務架構
376.1 程序
376.1通訊以及相關業務處理
Gprs 程序
GSM0多路復用管理
看門狗
硬件喂狗和軟件任務監控
嵌入式WEB
Lighttpd1.5.xx+php5
 
服務器群組主要使用分布式服務的方式,各個子服務器使用debain系統平臺,服務器間千兆以太網進行通信,同時對外提夠Web訪問使用世界**流行的Web服務器端軟件,供用戶遠程訪問數據。采集數據時主要使用電力376.1/TCP 通信協議與終端進行通信。

1.  數據采集服務器  通過376.1/TCP電力專用通信協議采集終端運行數據;
2.  數據存儲服務器  對采集到的數據使用SQL進行存儲;
3.  WEB服務器  響應客戶WEB請求,供用戶查看終端運行數據;
 
終端軟件模塊
名稱
操作系統
Debain 7.10.XX
WEB服務
Apache
SQL服務
Mysql
 

2. 功能

1.  配電變壓器監測  

電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數;
電壓合格率、三相不平衡、電壓(電流)諧波分量、諧波含有率、諧波總畸變率、頻率偏差、負載率;
電壓波動與閃變、電壓暫降/中斷/暫升、暫時或態電壓;
2.  配電變壓器保護
   過壓保護、過流保護、過負荷保護、過熱保護;
3.  用戶用電信息監測
智能電能表(臺區和用戶)數據采集、智能電能表(用戶)工況監測、供電電能質量(用戶)檢測;
4.  配電變壓器計算總表監測
    智能電能表(臺區)工況監測;智能電能表(臺區)異常運行狀況分析、判斷、告警、傳輸;
5.  剩余電流動作保護監測
   剩余電流值監測、剩余電流動作保護器失壓告警、漏電告警、漏電保護動作等運行狀態檢測;
6.  狀態監測
油溫、瓦斯濃度、進/出線開關、電容器投切狀態、濾波器投切狀態、智能終端運行狀態;
7.  負荷管理
    功率定值閉環控制、電量定值控制、費率定值控制、遠方控制;
8.  電能質量管理
無功功率動態補償、三相不平衡治理、諧波治理;
9.  線損分析
變損分析計算、線損分析計算;
10. 經濟運行分析
調整運行電壓、調整三相負荷平衡、配電變壓器經濟運行分析、低壓線路經濟運行分析;
11. 安全防護
防盜、防竊電、信息安全;
12. 通信功能
上下行通信;
13. 互動化管理
手持儀臺區管理、外置式LED 通知顯示(接口)、電量互動;
14. 分布式電源接入管理
分布式電源監測、分布式電源控制;
15. 資產管理
電子標簽識別管理;
16. 視頻監控
監視臺區運行、發送警情圖片信息;臺區運行圖片信息查詢;
17. 環境監測
     溫度、濕度;
18. 事件及告警出理
發聲、發光、語音、自動記錄、追憶和上傳;
19. 人機交互
本地LCD顯示、無線接入(遠程)、可視化顯示交換界面;
20. 數據智能分析
對終端運行數據進行數學建模分析;
21. 遠程控制
可通過互聯網在任何一個地方進行遠程訪問,查看終端運行數據;
22. 歷史記錄
     對設備運行數據每隔半個小時(或者更短)進行存儲,可當需要分析系統運行狀態時作為參考;
23. 數據加密
      通過先進的加密技術,對通信過程中數據進行加密,保障其安全性;
24.   多終端多用戶
         對不同的用戶進行分組管理,不同組具有不用的設備控制權限,保障設備可靠運行,防止用戶誤操作;

3. 關鍵技術

    1)無線通信技術 
終端支持GPRS通信技術,GPRS是通用分組無線業務(General Packet Radio System)的縮寫,是歐洲電信協會GSM系統中有關分組數據所規定的標準。GPRS是在現有的GSM網絡上開通的一種新的分組數據傳輸技術,它和GSM一樣采用TDMA方式傳輸語音,但是采用分組的方式傳輸數據。GPRS提供端到端的、廣域的無線IP連接及高達115.2kbps的空中接口傳輸速率。
 
2)以太網通信技術 
通過以太網口使用TCP/IP 協議,服務器與終端進行通信。
以太網(Ethernet)是一種計算機局域網組網技術。IEEE制定的IEEE 802.3標準給出了以太網的技術標準。它規定了包括物理層的連線、電信號和介質訪問層協議的內容。以太網是當前應用**普遍的局域網技術。
 
3)嵌入式技術  
終端使用ARM處理器運行嵌入式linux系統的嵌入式。
嵌入式linux 是將日益流行的Linux操作系統進行裁剪修改,使之能在嵌入式計算機系統上運行的一種操作系統。嵌入式linux既繼承了Internet上無限的開放源代碼資源,又具有嵌入式操作系統的特性。嵌入式Linux的特點是版權費免費;購買費用媒介成本技術支持全世界的自由軟件開發者提供支持網絡特性免費,而且性能優異,軟件移植容易,代碼開放,有許多應用軟件支持,應用產品開發周期短,新產品上市迅速,因為有許多公開的代碼可以參考和移植,實時性能RT_Linux Hardhat Linux 等嵌入式Linux支持,實時性能穩定性好安全性好。
 
4)WEB服務技術 
終端及服務器可對外提供web訪問,移植Apache服務程序,以此構建web運行平臺。
(一)WEB服務的高度通用性
  Web服務既然是一種部署在Web上的對象,自然具備對象的良好封裝性,對于使用者而言,他能且僅能看到該對象提供的功能列表,而不必考慮web服務對象的內部組成,因此有易用性。Web服務對象內封裝都是一些通用功能,因此也具有高度的復用性。
 。ǘ┩耆钠脚_、語言獨立性
  Web服務對象具有松散耦合的特性,這一特征也是源于對象/組件技術,當一個Web服務的實現發生變更的時候,調用者是不會感到這一點的,對于調用者來說,只要Web服務的調用界面不變,Web服務的實現任何變更對他們來說都是透明的,甚至是當Web服務的實現平臺從J2EE遷移到了.NET或者是相反的遷移流程,用戶都可以對此一無所知。其實現的核心在于使用XML/SOAP作為消息交換協議,也就是說web服務因此具有語言的獨立性。
  作為Web服務,其協約必須使用開放的標準協議(比如HTTP、SMTP等)進行描述、傳輸和交換。這些標準協議應該完全免費,以便由任意平臺都能夠實現。一般而言,絕大多數規范將**終有W3C或OASIS作為**終版本的發布方和維護方,因此web服務也擁有了平****立性。
 。ㄈ└叨瓤杉尚
  由于Web服務采取簡單的、易理解的標準Web協議作為組件界面描述和協同描述規范,完全屏蔽了不同軟件平臺的差異,無論是CORBA、DCOM還是EJB都可以通過這一種標準的協議進行互操作,實現了在當前環境下****的可集成性。
 
5)嵌入式終端硬件抗干擾和電磁兼容技術 
保障系統其電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾的能力。
電磁兼容性(EMC)是指設備或系統在其電磁環境中符合要求運行并不對其環境中的任何設備產生無法忍受的電磁干擾的能力。因此,EMC包括兩個方面的要求:一方面是指設備在正常運行過程中對所在環境產生的電磁干擾不能超過一定的限值;另一方面是指器具對所在環境中存在的電磁干擾具有一定程度的抗擾度,即電磁敏感性。
6)分布式服務器技術 
在數據處理中,對不同的需求進行處理,保障服務器安全可靠的運行。
所謂分布式資源共享服務器就是指數據和程序可以不位于一個服務器上,而是分散到多個服務器,以網絡上分散分布的地理信息數據及受其影響的數據庫操作為研究對象的一種理論計算模型服務器形式。分布式有利于任務在整個計算機系統上進行分配與優化,克服了傳統集中式系統會導致中心主機資源緊張與響應瓶頸的缺陷,解決了網絡GIS 中存在的數據異構、數據共享、運算復雜等問題,是地理信息系統技術的一大進步。
 
7)智能控制技術 
智能控制技術(ICT:Intelligent Control Technology)是控制理論發展的新階段,主要用來解決那些用傳統方法難以解決的復雜系統的控制問題。
對終端運行數據進行數學建模,通過計算得到的結果來解釋實際問題,并控制設備運行,進行智能控制。
 
8)信息安全技術 
隨著通信的飛速發展,信息安全顯得越來越重要。在終端與服務器交互通信中,未保障數據安全性,對通信過程中數據進行全程加密。其中包括,登錄認證過程中使用改良的RSA算法進行加密登錄名與訪問密碼;傳輸數據中,使用MD5算法進行校驗的方式;底層網絡通信中,通過對數據包進行統一編號,保障數據包安全。
 
9)電力開關切換技術 
控制端發出相切換時,為保障切換過程中安全低延時時,專門設計的卻換開關。
換相開關裝置包括:采集單元,與配電變壓器出口處的輸電線電連接,用于采集輸電線中交流電的電壓數據和電流數據;處理單元,處理單元與采集單元電連接,用于分析采集單元的電壓和電流數據,判斷電壓數據和電流數據是否達到閾值條件,決定是否對換相開關進行切換,并發出換相指令;換相開關,與負荷集中處的輸電線電連接,用于接收換相指令,切換輸電線中交流電的相位。通過本實用新型能夠對三相交流電實現自動監控,實時采集每相電壓、電流相序并定時向后臺上報。當發生三相電供電負荷不平衡時能夠根據設定值自動切換相位或立即主動上報后臺并執行后臺切換命令,現場或者遠程對交流電的相位進行切換。
 
4.項目創新點
 
創新點1:智能終端移植世界先進的嵌入式linux操作系統
      現目前,Linux是一個成熟而穩定的網絡操作系統,將Linux植入嵌入式設備具有眾多的優點。首先,Linux的源代碼是開放的,任何人都可以獲取并修改,用之開發自己的產品。其次,Lirmx是可以定制的,其系統內核**小只有約134kB。一個帶有中文系統和圖形用戶界面的核心程序也可以做到不足1MB,并且同樣穩定。另
外,它和多數Unix系統兼容,應用程序的開發和移植相當容易。同時,由于具有良好的可移植性,人們已成功使Linux運行于數百種硬件平臺之上。
      Linux作為嵌入式操作系統的優勢主要有以下幾點:
1.  可應用于多種硬件平臺,例如常用硬件平臺,如ARM,Intel X86, Power PC等國際主流處理器平臺。Linux的高度模塊化使添加部件非常容易。
2.  Linux開放性。其源碼完全公開,任何人可以修改并在GUN通用公共許可證(GNU General Public License)下發行。不需要任何的許可證或商家的合作關系,其源代碼通過官方可以免費得到。這樣,開發人員可以對操作系統進行定制,適應其特殊需要。
3.  Linux帶有強大的開發環境,例如世界一流GCC編譯器,GDB調試工具,MAKE工具等等,方便開發人員進行二次開發應用。
4.  強大的網絡支持功能。嵌入式linux 誕生于因特網時代并具有Unix 的特性,保證了它支持所有標準因特網協議,并且可以利用linux的網絡協議棧將其開發成為嵌入式的TCP/IP 網絡協議棧。 此外,linux還支持ext2、fat16、fat32、romfs 等文件系統,為開發嵌入式系統應用打下了很好的基礎。
 
創新點2:支持國家電網公司《電力用戶用電信息采集系統通信協議》即376.1通信協議及加密技術
     自主開發網絡通信協議,支持376.1通信協議;同時對其登錄過程采用改良的RSA加密技術,保障服務器遠程登錄智能終端設備過程中,其登錄認證的安全性。
     對于智能終端和服務器而言,兩者依靠互聯網技術實現遠程通信。通信數據將暴露在互聯網中,在當今網絡環境中,數據的安全性顯得尤為重要,尤其對于電力管理而言。
 
創新點3:智能化控制變壓器運行
     變壓器智能化涉及多方面的技術,主要包括傳感器技術、集成技術、在線監測技術、信息技術等內容。根據變壓器智能化的要求,需要對變壓器的各種參量進行測量,開發出各種技術更先進的傳感器。同時,需要對傳感器和變壓器進行集成,各個功能的智能組件也需要在安全可靠的前提下進行集成,減少占地面積和工程造價。
變壓器智能化的前提是實現運行狀態在線監測,所以需要對在線監測技術研究,保證各種狀態參量能夠穩定地進行在線測量。另外,智能變壓器的狀態監測、自診斷和控制,都需要大量的信息進行處理。因此需要進行信息技術研究,保證這些海量數據能夠按照需求進行處理,實現變壓器智能化。
同時將變壓器運行數據上傳至服務器,然后由服務器通過數學模型分析變壓器運行狀態。
 
創新點4:三相供電換相技術,自動平衡線路中電能供給
     對于不同輸電線路而已,不同時段,對電能的需求表現完全不一樣。當某一電能需求量過大時,而其他線路電能需求量很小,同通過電力換相技術,從而使得線路供電方面自動平衡,保障供電線路安全可靠。
 
5.電力監控項目環保污染治理措施
(1)環境現狀
   本項目建于德陽市旌陽區工業集中發展區,企業周圍環境較好,無環境保護敏感目標,公共設施配套。
(2)主要污染源及治理措施
   1)廢水
   本項目廢水主要是生活廢水和少量設備清潔等產生產的生產廢水,生活廢水經開發區廢水處理后達標排放,生產廢水可利用廠區的廢水處理站處理后達標排放.
   2)廢氣
   本項目無生產工藝廢氣產生。
   3)噪聲
   本項目運營后的主要噪聲源是設備噪聲,通過隔聲、減振、自然衰減等措施,項目廠界噪聲達標排放,達到《工業企業廠界環境噪聲排放標準》中的3類標準,不會產生噪聲擾民現象。
   4)固化廢棄物
   本項目主要有廢紙板、廢導線等固化廢棄物。
   廢紙板、廢導線等固化廢棄物統一交由附近有資質的單位回收處理,全部妥善處置,不會對環境產生影響。
 
6.相關技術指標
智能終端技術指標:
1. 系統工作環境溫度:-40℃至80℃; 
2. 系統生存環境溫度:-60℃至+105℃;
3. 系統工作方式:S1長期;
4. 系統默認通信協議:TCP/IP,GPRS通信,以太網通信;
5. 采集電壓精度10+/-5;
6. 電流精度10+/-5;
 
監控管理平臺:
1.   1萬監控點無故障運行100個工作日;
2.   無誤采集終端運行數據;
3.   正確顯示變壓器工作故障;
4.   正確控制變壓器開關等;
 
7.具體實現路線
         低壓監控管理平臺項目具體實現技術路線:
1.       按照相應的需求完成設計智能終端硬件設計,包括芯片物料選擇,原理圖設計,PCB設計,EMC測試等步驟;
2.       移植linux操作系統到硬件平臺,包括其中BSP程序編寫,配置硬件基本控制程序模塊,從而保障基本系統運行;
3.       編寫平臺上層應用程序,主要為WEB服務器,3761協議后臺服務程序以及變壓器實時監控程序;
4.       結合軟硬件到現場進行安裝調試;
5.       調試完成后,進行為期三個月實時現場測試;
6.       設計分布式服務器,對遠程智能終端管理,主體分為采集服務器,存儲服務器,WEB訪問訪問等;
7.       搭建服務器并安裝相應的服務程序,測試監控;
8.       將服務程序安裝到電力監控中心,進行測試;
9.       測試結束后,交付用戶使用;
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