電力云能效(運維)平臺
1 系統(tǒng)需求
1.1 需求分析
為了滿足配電房的監(jiān)控系統(tǒng)的要求,達到對供電房的監(jiān)控,使有關(guān)人員做出反應(yīng),采取措施,并對相關(guān)設(shè)備進行集中監(jiān)控、集中維護和集中管理。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計遵循以下原則:
標(biāo)準(zhǔn)化
整個監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計符合國家標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)軟件、硬件均采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計,提供開放的接口,可與不同供應(yīng)商的設(shè)備及軟件系統(tǒng)互聯(lián)互通。
穩(wěn)定性
能源數(shù)據(jù)采集器采用嵌入式實時Linux操作系統(tǒng)和專用的硬件結(jié)構(gòu),性能穩(wěn)定可靠,保證系統(tǒng)整體的穩(wěn)定,尤其適合在環(huán)境比較復(fù)雜、可靠性要求較高的環(huán)境中運行。WEB系統(tǒng)平臺采用J2EE業(yè)內(nèi)專業(yè)級的開發(fā)框架,滿足大數(shù)據(jù)采集、大容量數(shù)據(jù)存儲和高并發(fā)的數(shù)據(jù)訪問請求。
經(jīng)濟性
系統(tǒng)開發(fā)運行平臺均采用當(dāng)今通用的各種操作系統(tǒng)和開發(fā)工具,充分利用了我們在其它監(jiān)控領(lǐng)域中成功應(yīng)用的中間件和模塊,大大減少在系統(tǒng)平臺方面的投入,具有*的性價比。
先進性
基于組態(tài)軟件的設(shè)計理念,以一套通用平臺,解決能源數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)地SCADA監(jiān)控、云平臺數(shù)據(jù)分析、手機App運維管理。四維一體的解決方案推動電力智能化。
擴展性
整個系統(tǒng)具有進一步擴展功能的能力,可以很好的適應(yīng)現(xiàn)代智能管控的需求。保證用戶在系統(tǒng)上進行有效的開發(fā)和使用,并為今后的發(fā)展提供一個良好的環(huán)境。可充分利用和保護現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源便于當(dāng)前以及以后的擴建;平臺服務(wù)器具備擴展和堆疊能力,便于不同級別的中心整合與擴建,系統(tǒng)必須具有很強的監(jiān)控點數(shù)、存儲空間擴容能力。
實用性
以實時數(shù)據(jù)庫為依托,可多用戶多畫面實時監(jiān)控、遠程控制、可連接多種報警設(shè)備*用戶的監(jiān)控要求。
安全性
平臺監(jiān)控系統(tǒng)安全性在管理中是關(guān)鍵問題之一,安全性分為數(shù)據(jù)安全和信息安全,在上述三方面有如下要求:
數(shù)據(jù)安全:對數(shù)據(jù)進行多級別、分布式的存儲,數(shù)據(jù)不容易受到破壞。數(shù)據(jù)的AES加密機制,保證數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中的安全,不會被截獲、篡改和利用;
信息安全:所有配置信息、管理信息、日志信息均存放在中心數(shù)據(jù)庫,實行信息集中管理;
分級:對下屬管理員的應(yīng)用功能、訪問范圍進行。由下屬管理員對所屬機構(gòu)操作員的應(yīng)用功能、訪問范圍進行和管理。
1.2 建設(shè)目標(biāo)
該系統(tǒng)可以幫助電力部門實現(xiàn)配電房的無人值守或者少人值守,可以實現(xiàn)對配電運營情況的實時監(jiān)控、運營數(shù)據(jù)的分析和故障信息的報警提示,逐步推動電力監(jiān)控的自動化、集中化和智能化。
系統(tǒng)建設(shè)分為兩期實施,一期籌備數(shù)據(jù)采集,達到所有設(shè)備數(shù)據(jù)可以正確傳輸?shù)狡脚_,平臺提供基礎(chǔ)的功能模塊,對數(shù)據(jù)的可視化有完整的顯示,;二期對數(shù)據(jù)進行深度分析和利用,以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)挖掘數(shù)據(jù)本身的價值,結(jié)合用戶生產(chǎn)實際環(huán)境,指導(dǎo)用戶進行電力改造、優(yōu)化配電運行、以達到電能能效的。
2 系統(tǒng)介紹
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)采用三層高可用的結(jié)構(gòu),既可以完成終端層數(shù)據(jù)采集,也可以完成現(xiàn)地數(shù)據(jù)采集,并可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到云平臺,整個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如下:
2.1.1 數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)
數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)由三層模型構(gòu)成,即設(shè)備數(shù)據(jù)采集層、現(xiàn)地數(shù)據(jù)監(jiān)控層和云服務(wù)數(shù)據(jù)層。
2.1.2 WEB平臺結(jié)構(gòu)
WEB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)感知層、通訊服務(wù)層、數(shù)據(jù)處理層和數(shù)據(jù)展示層。
2.1.3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)
2.2 系統(tǒng)功能
2.2.1 在線監(jiān)測
在線監(jiān)測分為三大模塊顯示,分別為系統(tǒng)概覽、分路監(jiān)測、監(jiān)控點對比分析
系統(tǒng)概覽
一次接線圖
實時數(shù)據(jù)
告警數(shù)據(jù)
監(jiān)測點對比
2.2.2 能效分析
能效管理主要通過對站點用電信息進行分析,通過對歷史數(shù)據(jù)的集中分析、多維度分析,使站點用戶對自身用電質(zhì)量有一個全面了解。能效管理主要分為:電量分析、負(fù)荷分析、報裝方式分析、最值分析、用電能效排名、分類分項分析、監(jiān)測點對比分析。
電量分析
負(fù)荷分析
最值分析
報警分析
2.2.3 統(tǒng)計報表
統(tǒng)計報表包括電量、負(fù)荷、原始值數(shù)據(jù)統(tǒng)計,可以將各類數(shù)據(jù)查詢并導(dǎo)出Excel文件
電量統(tǒng)計報表
負(fù)荷統(tǒng)計報表
原始值統(tǒng)計報表
2.2.4 檔案管理
檔案管理提供對企業(yè)信息的管理、監(jiān)控子站的管理、子站內(nèi)設(shè)備信息的管理、電價管理和電費單管理
企業(yè)檔案
子站檔案
2.2.5 系統(tǒng)設(shè)置
系統(tǒng)設(shè)置主要系統(tǒng)管理員所具備的 權(quán)限,分為:系統(tǒng)菜單管理、角色管理和用戶賬戶管理
用戶管理
角色管理
系統(tǒng)菜單管理
2.3 系統(tǒng)特點
2.3.1 寬接入
系統(tǒng)可以接入各類型不同的設(shè)備,各種數(shù)據(jù)均可通過能源數(shù)據(jù)采集器(QT241N)進行數(shù)據(jù)采集,采集完成的數(shù)據(jù),可以無縫接入到系統(tǒng)平臺
2.3.2 實時性
數(shù)據(jù)采集與上傳的頻率可以達到秒級刷新,并能通過實時畫面反饋到系統(tǒng)前端,供用戶及時觀察
2.3.3 擴展性
系統(tǒng)預(yù)留包括能效分析、智能運維和需量分析的接口,可以根據(jù)用戶的需求進行二次開發(fā)
3 數(shù)據(jù)接入
系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)接入需要加裝能源數(shù)據(jù)采集器(QT241N),能源數(shù)據(jù)采集器支持有線和無線兩種方式。采用有線網(wǎng)絡(luò)連接時,需要有固定的網(wǎng)絡(luò);采用無線方式(GPRS)時,需要提供移動或者聯(lián)通的SIM卡,月流量不小于300M(具體視數(shù)據(jù)點決定和數(shù)據(jù)傳送頻率)
3.1 新配電房
新配電房按照國家標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),配電房中已經(jīng)安裝了具有通訊功能的設(shè)備,包括三相多功能儀表、綜保等。對于這類配電房,為方便施工和管理可以加裝能源采集柜。
3.1.1 能源采集柜結(jié)構(gòu)及說明
1、結(jié)構(gòu)
新配電房一般已經(jīng)安裝了智能儀表、綜保等智能設(shè)備,為方便施工和保持配電房的布線、配電房的綜合管理,可以以QT241N為基礎(chǔ),構(gòu)建一套能源采集柜。能源采集柜的大小可以根據(jù)現(xiàn)場安裝的條件,分為立體式柜箱和懸掛式小柜箱。 能源采集柜可以集中多臺能源采集器,將所有的采集設(shè)備通訊線纜集中到一個柜子中處理,為施工和管理提供方便。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示:
2、能源采集柜主要部件如下
3、接線示意圖
3.2 舊配電房
舊配電房的改造,分為有智能采集終端和沒有智能采集終端兩種方案分析。
3.2.1 有智能儀表
舊配電房的改造,如果已經(jīng)有智能采集設(shè)備,原則上仍然使用已安裝的設(shè)備。針對此情況,仍然可以采用加裝能源采集柜的方式,具體實施方式可參考新配電房。
3.2.2 無智能儀表
對于無智能采集裝置的配電房,則需要先加裝智能采集裝置。智能采集裝置在選型上面應(yīng)該符合國家電力設(shè)備標(biāo)準(zhǔn),通訊協(xié)議應(yīng)該選用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的modbusRTU協(xié)議、或者國標(biāo)行標(biāo)協(xié)議。
接線與安裝
通信線纜可以采用普通的屏蔽雙絞線,總長度不家超過1200米,各個設(shè)備的RS485口正負(fù)極必須連接正確,電纜屏蔽層一端接地。
3.3 設(shè)備及規(guī)約支持
3.3.1 設(shè)備與協(xié)議支持
3.3.2 能源數(shù)據(jù)采集器
能源數(shù)據(jù)采集器是采集設(shè)備與系統(tǒng)平臺交互的重要一環(huán),能源數(shù)據(jù)采集器的功能和穩(wěn)定性,決定了平臺數(shù)據(jù)的完整性和正確性。武漢舜通提供的能源采集器(QT241N)有如下特性:
硬件特性
1)豐富的數(shù)據(jù)接口,至少支持RS232/RS485、以太網(wǎng)口、CAN等接口
2)支持GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸功能
3)支持USB接口,方便與U盤、USB設(shè)備進行連接,包括更新硬件驅(qū)動信息等
4)支持SD卡擴展采集器存儲空間
5)支持一鍵重啟功能
6)支持調(diào)試接口
7)電源范圍:9V-40V
8)工作溫度:-10 —— 75度
9)存儲溫度:-20 —— 80度
10)工作溫度:10%RH —— 90%RH 無凝霜
11)抗震性能:符合IEC61131-2標(biāo)準(zhǔn)
12)抗靜電性能:2.5Kv,符合EN61000-4-2、3級標(biāo)準(zhǔn)
13)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn):EN55011 Class A、EN60000-6-2、CE、FCC
軟件特性
1)內(nèi)置組態(tài)軟件,方便工程人員可以快速與各種終端設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集與通訊
2)內(nèi)置實時數(shù)據(jù)庫,數(shù)據(jù)可以達到毫秒級刷新
3)內(nèi)置SQLite數(shù)據(jù)庫,支持?jǐn)?shù)據(jù)本地存儲
4)支持豐富的協(xié)議,至少包括:IEC101、103、104、modbus、DL/T645規(guī)約以及各類PLC設(shè)備的通信規(guī)約
5)支持采集器的遠程管理,包括上載配置、下載配置等,方便運維人員遠程操作
6)支持?jǐn)?shù)據(jù)的加密、斷點數(shù)據(jù)上傳
7)支持對通訊數(shù)據(jù)的實時監(jiān)視功能
3.4 數(shù)據(jù)采集
為標(biāo)準(zhǔn)化采集層與系統(tǒng)層的數(shù)據(jù)對接,將采集層的數(shù)據(jù)采集點進行規(guī)則化的數(shù)據(jù)編碼,有助于數(shù)據(jù)的銜接與平臺數(shù)據(jù)的展示。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的采集能力,我們標(biāo)準(zhǔn)化定義了采集的信息量,并為每個信息量分配了的采集指標(biāo)碼,并以此為規(guī)范與平臺數(shù)據(jù)進行對接。此信息采集量可以根據(jù)用戶現(xiàn)場的實際情況,繼續(xù)增加和調(diào)整。
3.5 數(shù)據(jù)上傳
3.5.1 傳輸方式
能源數(shù)據(jù)采集器將設(shè)備的數(shù)據(jù)采集完成后,根據(jù)的協(xié)議,將數(shù)據(jù)上傳到云平臺。數(shù)據(jù)上傳到到云平臺,可以按照有線傳輸和無線傳輸兩種方案。武漢舜通生產(chǎn)的能源數(shù)據(jù)采集器QT241N,同時支持有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)。
有線傳輸
采用有線傳輸時,將網(wǎng)絡(luò)接入能源數(shù)據(jù)采集器的RJ45網(wǎng)口,為能源數(shù)據(jù)采集器分配固定的IP地址,并配置網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)線到能源采集器的距離不應(yīng)大于85m,如果有大于85m的情況,應(yīng)該在此區(qū)間增加交換機或者連接器設(shè)備。
無線傳輸
由舜通提供的QT241N支持GPRS和LAN兩種方式傳輸,如果現(xiàn)場不具備有線網(wǎng)線傳輸條件,可以使用GPRS方式傳輸。QT241N同時支持移動和聯(lián)通的2G網(wǎng)絡(luò)。
網(wǎng)絡(luò)流量
以回路為單位,每個回路測試點的數(shù)量為50個點,上傳頻率按照15分鐘上傳一次,則大約需要流量為300M
1回路1天 = 50 * (60 / 15) * 24 * 20 + 18 = 96.018kb
1回路30天 = 96 * 30 = 2.88M
50回路30天 = 50 * 2.88 = 144M
網(wǎng)絡(luò)信號
GPRS無線信號受地理位置、基站覆蓋率和天氣的影響,信號的強度會受到一些干擾。在使用GRPS信號傳輸時,應(yīng)該加裝有線天線,并盡可能將有線天線放置空曠位置。
3.5.2 傳輸規(guī)約
在數(shù)據(jù)上傳中,使用武漢舜通定制規(guī)約STV1.0版本協(xié)議,該協(xié)議參考和引用了國家電力數(shù)據(jù)采集與平臺建設(shè)方案。協(xié)議分為四個部分,通訊監(jiān)測接口規(guī)范用于定義常用操作及心跳通訊機制的命令格式,數(shù)據(jù)上報接口規(guī)范用于定義數(shù)據(jù)上報命令格式,平臺數(shù)據(jù)輸出服務(wù)接口規(guī)范用于定義從平臺獲取數(shù)據(jù)的輸入輸出結(jié)構(gòu),應(yīng)用服務(wù)集成規(guī)范用于定義平臺集成第三方功能或服務(wù)的規(guī)約。
規(guī)約的功能
3.5.3 上傳流程
3.6 檔案信息
3.6.1 子站檔案
為快速實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)與平臺信息的對接,在設(shè)備調(diào)試與安裝的過程中應(yīng)該提前準(zhǔn)備好相關(guān)信息,如下:
詳見附件表格
3.6.2 設(shè)備檔案
4 服務(wù)器配置
4.1 服務(wù)器搭建方式
由武漢舜通提供的云能效管理平臺是一個集成化程度高,模塊化功能強的平臺。整個系統(tǒng)平臺由前置通訊服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器、WEB服務(wù)器、App服務(wù)器四大服務(wù)器組成。這四大服務(wù)器功能既可以分布式部署,也可以集中到一臺服務(wù)器服務(wù)。
根據(jù)用戶系統(tǒng)容量設(shè)計,500個站點的數(shù)據(jù)接入,先期可以將以上四大服務(wù)程序接入一臺服務(wù)器。隨著用戶數(shù)據(jù)的增加和系統(tǒng)訪問用戶的增加,再適時考慮分離四大程序。
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4.2 服務(wù)器硬件選型方案
服務(wù)器配置
1、 CPU:E5-2640 2.4GHz 2顆
2、 內(nèi)存:32G (16 * 2)
3、 硬盤:SSD固態(tài)硬盤或者SAS硬盤,初期備用存儲容量為10TB,RAID5/RAID10
4、 網(wǎng)卡:千兆網(wǎng)卡(或萬兆)
5、 網(wǎng)絡(luò)帶寬:50M —— 100M
配置說明:
1、 CPU要求多核心、較高的主頻,主要是因為主站和子站不僅要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集與通信傳輸、還要承擔(dān)每個站點內(nèi)部的數(shù)據(jù)管理和配置需求,對于高速傳輸與計算的數(shù)據(jù),需要有較高的CPU主頻來保證數(shù)據(jù)的處理速度、多核心的CPU能夠支撐高并發(fā)的數(shù)據(jù)請求。
2、 內(nèi)存除去系統(tǒng)占用2G,500站點的數(shù)據(jù)緩存和為數(shù)據(jù)庫預(yù)留一部分的緩存空間
3、 硬盤是數(shù)據(jù)存儲高速存儲的瓶頸,所以如果配置為機械硬盤需要使用黑盤,10K以上的轉(zhuǎn)速,有條件的可以安排SAS硬盤、固態(tài)硬盤
4、 網(wǎng)卡:按照秒級數(shù)據(jù)傳輸,1000M網(wǎng)卡的峰值速率是60M/s左右,500站點的數(shù)據(jù)峰值會達到15M/s左右
4.3 服務(wù)器集群方案
當(dāng)系統(tǒng)接入的站點大于500個時,或者出現(xiàn)了系統(tǒng)訪問速度變慢等問題時,此時應(yīng)該增加服務(wù)器。增加的服務(wù)器配置可保持與批部署的服務(wù)器配置相當(dāng)。多臺服務(wù)器同時運行,構(gòu)成服務(wù)器集群,可以有效地分擔(dān)單臺服務(wù)器的壓力,以達到降低系統(tǒng)延時,提高系統(tǒng)吞吐量的問題。