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德阳智科电子有限公司

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成功案例    
智能低压配用电集中管理平台项目简介
发布时间:2016-4-21 阅读:1773次  

1. 项目总体框架

    随着电力事业的快速发展, 目前对于骨干输变电线路上的超高压变电站(500KV,220KV,及绝大部分110KV变电站)大多已经建立起光纤传输连接,并在生产管理上建立了智能监控系统, 可以进行中心调度、地区调度的多级监控、调度管理。但是对于数量快速增加的低压变电站、配电站,由于数量大、分布范围广而大多尚未纳入电力智能监控系统中。长期以来,供电企业要实时掌握分布在不同地点的台区的负荷及工作状态数据是电力供应部门需解决而又得不到切实解决的问题。随着针对这类无人值守站的管理监控要求的不断提高,以及对供电质量提高的需要,势必要将这类数量较大的配电网变电站、配电站纳入统一的监控管理。

    电网运行趋势智能化、网络化,电力将统筹发电、输电、变电、配电、用电、调度等各环节及通信信息平台智能化同步规划、同步建设。与此同时,在国家“十三五”计划中,电网发展、电网格局、建设质量、大电网安全以及创新发展等目标入手,构建更安全、高校、坚强的电网。作为用电终端,低压检测也将在智能化输电、用电中,突显出其重要性。
    以低压检测为中心的电力智能监控系统,主要利用移动GPRS模块的无线网络功能及互联网通信功能,链接到远程实时监控系统,可很好地解决对配电变压器的远程监控及各种电参数的采集、运转、存储、调用等问题。
    采用现代电子电力控制技术,通信技术及计算机工程技术,实现终端与远程服务配套控制技术。
    该方案主要是智能终端监控加服务器采集存储的框架设计,智能终端主要负责监控变压器低压侧的实时工作数据,同时负责定时将数据通过互联网上传至服务器;服务器将终端采集到的数据进行大数据统计分析,对重要数据进行存储。
    智能终端主要使用嵌入式linux软件平台与ARM 硬件平台的方式。
1.  I/O端口  控制变压器开关、相切换;
2.  GPRS MODE  使用移动2G卡进行链接通信;
3.  液晶显示模块  显示终端运行状态及用户参数设置界面;
4.  键盘输入模块  与用户进行交换;
5.  音视频模块   采集运行环境中音视频工作数据;
6.  以太网模块  使用通信协议链接网络;
7.  数据库  存储终端运行数据;
8.  WEB服务器  内置服务,供用户调试设备使用;
9.  376协议通信  响应电力通信专用协议;
 
终端软件模块
名称
操作系统
Linux-3.1.XX
数据库
Sqlite3
应用软件
集成Busybox
采集程序
多任务架构
376.1 程序
376.1通讯以及相关业务处理
Gprs 程序
GSM0多路复用管理
看门狗
硬件喂狗和软件任务监控
嵌入式WEB
Lighttpd1.5.xx+php5
 
服务器群组主要使用分布式服务的方式,各个子服务器使用debain系统平台,服务器间千兆以太网进行通信,同时对外提够Web访问使用世界**流行的Web服务器端软件,供用户远程访问数据。采集数据时主要使用电力376.1/TCP 通信协议与终端进行通信。

1.  数据采集服务器  通过376.1/TCP电力专用通信协议采集终端运行数据;
2.  数据存储服务器  对采集到的数据使用SQL进行存储;
3.  WEB服务器  响应客户WEB请求,供用户查看终端运行数据;
 
终端软件模块
名称
操作系统
Debain 7.10.XX
WEB服务
Apache
SQL服务
Mysql
 

2. 功能

1.  配电变压器监测  

电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数;
电压合格率、三相不平衡、电压(电流)谐波分量、谐波含有率、谐波总畸变率、频率偏差、负载率;
电压波动与闪变、电压暂降/中断/暂升、暂时或态电压;
2.  配电变压器保护
   过压保护、过流保护、过负荷保护、过热保护;
3.  用户用电信息监测
智能电能表(台区和用户)数据采集、智能电能表(用户)工况监测、供电电能质量(用户)检测;
4.  配电变压器计算总表监测
    智能电能表(台区)工况监测;智能电能表(台区)异常运行状况分析、判断、告警、传输;
5.  剩余电流动作保护监测
   剩余电流值监测、剩余电流动作保护器失压告警、漏电告警、漏电保护动作等运行状态检测;
6.  状态监测
油温、瓦斯浓度、进/出线开关、电容器投切状态、滤波器投切状态、智能终端运行状态;
7.  负荷管理
    功率定值闭环控制、电量定值控制、费率定值控制、远方控制;
8.  电能质量管理
无功功率动态补偿、三相不平衡治理、谐波治理;
9.  线损分析
变损分析计算、线损分析计算;
10. 经济运行分析
调整运行电压、调整三相负荷平衡、配电变压器经济运行分析、低压线路经济运行分析;
11. 安全防护
防盗、防窃电、信息安全;
12. 通信功能
上下行通信;
13. 互动化管理
手持仪台区管理、外置式LED 通知显示(接口)、电量互动;
14. 分布式电源接入管理
分布式电源监测、分布式电源控制;
15. 资产管理
电子标签识别管理;
16. 视频监控
监视台区运行、发送警情图片信息;台区运行图片信息查询;
17. 环境监测
     温度、湿度;
18. 事件及告警出理
发声、发光、语音、自动记录、追忆和上传;
19. 人机交互
本地LCD显示、无线接入(远程)、可视化显示交换界面;
20. 数据智能分析
对终端运行数据进行数学建模分析;
21. 远程控制
可通过互联网在任何一个地方进行远程访问,查看终端运行数据;
22. 历史记录
     对设备运行数据每隔半个小时(或者更短)进行存储,可当需要分析系统运行状态时作为参考;
23. 数据加密
      通过先进的加密技术,对通信过程中数据进行加密,保障其安全性;
24.   多终端多用户
         对不同的用户进行分组管理,不同组具有不用的设备控制权限,保障设备可靠运行,防止用户误操作;

3. 关键技术

    1)无线通信技术 
终端支持GPRS通信技术,GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio System)的缩写,是欧洲电信协会GSM系统中有关分组数据所规定的标准。GPRS是在现有的GSM网络上开通的一种新的分组数据传输技术,它和GSM一样采用TDMA方式传输语音,但是采用分组的方式传输数据。GPRS提供端到端的、广域的无线IP连接及高达115.2kbps的空中接口传输速率。
 
2)以太网通信技术 
通过以太网口使用TCP/IP 协议,服务器与终端进行通信。
以太网(Ethernet)是一种计算机局域网组网技术。IEEE制定的IEEE 802.3标准给出了以太网的技术标准。它规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网是当前应用**普遍的局域网技术。
 
3)嵌入式技术  
终端使用ARM处理器运行嵌入式linux系统的嵌入式。
嵌入式linux 是将日益流行的Linux操作系统进行裁剪修改,使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。嵌入式linux既继承了Internet上无限的开放源代码资源,又具有嵌入式操作系统的特性。嵌入式Linux的特点是版权费免费;购买费用媒介成本技术支持全世界的自由软件开发者提供支持网络特性免费,而且性能优异,软件移植容易,代码开放,有许多应用软件支持,应用产品开发周期短,新产品上市迅速,因为有许多公开的代码可以参考和移植,实时性能RT_Linux Hardhat Linux 等嵌入式Linux支持,实时性能稳定性好安全性好。
 
4)WEB服务技术 
终端及服务器可对外提供web访问,移植Apache服务程序,以此构建web运行平台。
(一)WEB服务的高度通用性
  Web服务既然是一种部署在Web上的对象,自然具备对象的良好封装性,对于使用者而言,他能且仅能看到该对象提供的功能列表,而不必考虑web服务对象的内部组成,因此有易用性。Web服务对象内封装都是一些通用功能,因此也具有高度的复用性。
  (二)完全的平台、语言独立性
  Web服务对象具有松散耦合的特性,这一特征也是源于对象/组件技术,当一个Web服务的实现发生变更的时候,调用者是不会感到这一点的,对于调用者来说,只要Web服务的调用界面不变,Web服务的实现任何变更对他们来说都是透明的,甚至是当Web服务的实现平台从J2EE迁移到了.NET或者是相反的迁移流程,用户都可以对此一无所知。其实现的核心在于使用XML/SOAP作为消息交换协议,也就是说web服务因此具有语言的独立性。
  作为Web服务,其协约必须使用开放的标准协议(比如HTTP、SMTP等)进行描述、传输和交换。这些标准协议应该完全免费,以便由任意平台都能够实现。一般而言,绝大多数规范将**终有W3C或OASIS作为**终版本的发布方和维护方,因此web服务也拥有了平****立性。
  (三)高度可集成性
  由于Web服务采取简单的、易理解的标准Web协议作为组件界面描述和协同描述规范,完全屏蔽了不同软件平台的差异,无论是CORBA、DCOM还是EJB都可以通过这一种标准的协议进行互操作,实现了在当前环境下****的可集成性。
 
5)嵌入式终端硬件抗干扰和电磁兼容技术 
保障系统其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。
电磁兼容性(EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此,EMC包括两个方面的要求:一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值;另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度,即电磁敏感性。
6)分布式服务器技术 
在数据处理中,对不同的需求进行处理,保障服务器安全可靠的运行。
所谓分布式资源共享服务器就是指数据和程序可以不位于一个服务器上,而是分散到多个服务器,以网络上分散分布的地理信息数据及受其影响的数据库操作为研究对象的一种理论计算模型服务器形式。分布式有利于任务在整个计算机系统上进行分配与优化,克服了传统集中式系统会导致中心主机资源紧张与响应瓶颈的缺陷,解决了网络GIS 中存在的数据异构、数据共享、运算复杂等问题,是地理信息系统技术的一大进步。
 
7)智能控制技术 
智能控制技术(ICT:Intelligent Control Technology)是控制理论发展的新阶段,主要用来解决那些用传统方法难以解决的复杂系统的控制问题。
对终端运行数据进行数学建模,通过计算得到的结果来解释实际问题,并控制设备运行,进行智能控制。
 
8)信息安全技术 
随着通信的飞速发展,信息安全显得越来越重要。在终端与服务器交互通信中,未保障数据安全性,对通信过程中数据进行全程加密。其中包括,登录认证过程中使用改良的RSA算法进行加密登录名与访问密码;传输数据中,使用MD5算法进行校验的方式;底层网络通信中,通过对数据包进行统一编号,保障数据包安全。
 
9)电力开关切换技术 
控制端发出相切换时,为保障切换过程中安全低延时时,专门设计的却换开关。
换相开关装置包括:采集单元,与配电变压器出口处的输电线电连接,用于采集输电线中交流电的电压数据和电流数据;处理单元,处理单元与采集单元电连接,用于分析采集单元的电压和电流数据,判断电压数据和电流数据是否达到阈值条件,决定是否对换相开关进行切换,并发出换相指令;换相开关,与负荷集中处的输电线电连接,用于接收换相指令,切换输电线中交流电的相位。通过本实用新型能够对三相交流电实现自动监控,实时采集每相电压、电流相序并定时向后台上报。当发生三相电供电负荷不平衡时能够根据设定值自动切换相位或立即主动上报后台并执行后台切换命令,现场或者远程对交流电的相位进行切换。
 
4.项目创新点
 
创新点1:智能终端移植世界先进的嵌入式linux操作系统
      现目前,Linux是一个成熟而稳定的网络操作系统,将Linux植入嵌入式设备具有众多的优点。首先,Linux的源代码是开放的,任何人都可以获取并修改,用之开发自己的产品。其次,Lirmx是可以定制的,其系统内核**小只有约134kB。一个带有中文系统和图形用户界面的核心程序也可以做到不足1MB,并且同样稳定。另
外,它和多数Unix系统兼容,应用程序的开发和移植相当容易。同时,由于具有良好的可移植性,人们已成功使Linux运行于数百种硬件平台之上。
      Linux作为嵌入式操作系统的优势主要有以下几点:
1.  可应用于多种硬件平台,例如常用硬件平台,如ARM,Intel X86, Power PC等国际主流处理器平台。Linux的高度模块化使添加部件非常容易。
2.  Linux开放性。其源码完全公开,任何人可以修改并在GUN通用公共许可证(GNU General Public License)下发行。不需要任何的许可证或商家的合作关系,其源代码通过官方可以免费得到。这样,开发人员可以对操作系统进行定制,适应其特殊需要。
3.  Linux带有强大的开发环境,例如世界一流GCC编译器,GDB调试工具,MAKE工具等等,方便开发人员进行二次开发应用。
4.  强大的网络支持功能。嵌入式linux 诞生于因特网时代并具有Unix 的特性,保证了它支持所有标准因特网协议,并且可以利用linux的网络协议栈将其开发成为嵌入式的TCP/IP 网络协议栈。 此外,linux还支持ext2、fat16、fat32、romfs 等文件系统,为开发嵌入式系统应用打下了很好的基础。
 
创新点2:支持国家电网公司《电力用户用电信息采集系统通信协议》即376.1通信协议及加密技术
     自主开发网络通信协议,支持376.1通信协议;同时对其登录过程采用改良的RSA加密技术,保障服务器远程登录智能终端设备过程中,其登录认证的安全性。
     对于智能终端和服务器而言,两者依靠互联网技术实现远程通信。通信数据将暴露在互联网中,在当今网络环境中,数据的安全性显得尤为重要,尤其对于电力管理而言。
 
创新点3:智能化控制变压器运行
     变压器智能化涉及多方面的技术,主要包括传感器技术、集成技术、在线监测技术、信息技术等内容。根据变压器智能化的要求,需要对变压器的各种参量进行测量,开发出各种技术更先进的传感器。同时,需要对传感器和变压器进行集成,各个功能的智能组件也需要在安全可靠的前提下进行集成,减少占地面积和工程造价。
变压器智能化的前提是实现运行状态在线监测,所以需要对在线监测技术研究,保证各种状态参量能够稳定地进行在线测量。另外,智能变压器的状态监测、自诊断和控制,都需要大量的信息进行处理。因此需要进行信息技术研究,保证这些海量数据能够按照需求进行处理,实现变压器智能化。
同时将变压器运行数据上传至服务器,然后由服务器通过数学模型分析变压器运行状态。
 
创新点4:三相供电换相技术,自动平衡线路中电能供给
     对于不同输电线路而已,不同时段,对电能的需求表现完全不一样。当某一电能需求量过大时,而其他线路电能需求量很小,同通过电力换相技术,从而使得线路供电方面自动平衡,保障供电线路安全可靠。
 
5.电力监控项目环保污染治理措施
(1)环境现状
   本项目建于德阳市旌阳区工业集中发展区,企业周围环境较好,无环境保护敏感目标,公共设施配套。
(2)主要污染源及治理措施
   1)废水
   本项目废水主要是生活废水和少量设备清洁等产生产的生产废水,生活废水经开发区废水处理后达标排放,生产废水可利用厂区的废水处理站处理后达标排放.
   2)废气
   本项目无生产工艺废气产生。
   3)噪声
   本项目运营后的主要噪声源是设备噪声,通过隔声、减振、自然衰减等措施,项目厂界噪声达标排放,达到《工业企业厂界环境噪声排放标准》中的3类标准,不会产生噪声扰民现象。
   4)固化废弃物
   本项目主要有废纸板、废导线等固化废弃物。
   废纸板、废导线等固化废弃物统一交由附近有资质的单位回收处理,全部妥善处置,不会对环境产生影响。
 
6.相关技术指标
智能终端技术指标:
1. 系统工作环境温度:-40℃至80℃; 
2. 系统生存环境温度:-60℃至+105℃;
3. 系统工作方式:S1长期;
4. 系统默认通信协议:TCP/IP,GPRS通信,以太网通信;
5. 采集电压精度10+/-5;
6. 电流精度10+/-5;
 
监控管理平台:
1.   1万监控点无故障运行100个工作日;
2.   无误采集终端运行数据;
3.   正确显示变压器工作故障;
4.   正确控制变压器开关等;
 
7.具体实现路线
         低压监控管理平台项目具体实现技术路线:
1.       按照相应的需求完成设计智能终端硬件设计,包括芯片物料选择,原理图设计,PCB设计,EMC测试等步骤;
2.       移植linux操作系统到硬件平台,包括其中BSP程序编写,配置硬件基本控制程序模块,从而保障基本系统运行;
3.       编写平台上层应用程序,主要为WEB服务器,3761协议后台服务程序以及变压器实时监控程序;
4.       结合软硬件到现场进行安装调试;
5.       调试完成后,进行为期三个月实时现场测试;
6.       设计分布式服务器,对远程智能终端管理,主体分为采集服务器,存储服务器,WEB访问访问等;
7.       搭建服务器并安装相应的服务程序,测试监控;
8.       将服务程序安装到电力监控中心,进行测试;
9.       测试结束后,交付用户使用;
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