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電力能效運維云平臺
產(chǎn)品時(shí)間：2021-11-11
電力云能效（運維）平臺 1系統需求 1.1需求分析 為了滿(mǎn)足配電房的監控系統的要求，達到對供電房的監控，使有關(guān)人員做出反應，采取措施，并對相關(guān)設備進(jìn)行集中監控、集中維護和集中管理
電力云能效（運維）平臺
1 系統需求
1.1 需求分析
為了滿(mǎn)足配電房的監控系統的要求，達到對供電房的監控，使有關(guān)人員做出反應，采取措施，并對相關(guān)設備進(jìn)行集中監控、集中維護和集中管理。監控系統設計遵循以下原則：
標準化
整個(gè)監控系統的設計符合國家標準或國際標準。系統軟件、硬件均采用標準化設計，提供開(kāi)放的接口，可與不同供應商的設備及軟件系統互聯(lián)互通。
穩定性
能源數據采集器采用嵌入式實(shí)時(shí)Linux操作系統和專(zhuān)用的硬件結構，性能穩定可靠，保證系統整體的穩定，尤其適合在環(huán)境比較復雜、可靠性要求較高的環(huán)境中運行。WEB系統平臺采用J2EE業(yè)內專(zhuān)業(yè)級的開(kāi)發(fā)框架，滿(mǎn)足大數據采集、大容量數據存儲和高并發(fā)的數據訪(fǎng)問(wèn)請求。
經(jīng)濟性
系統開(kāi)發(fā)運行平臺均采用當今通用的各種操作系統和開(kāi)發(fā)工具，充分利用了我們在其它監控領(lǐng)域中成功應用的中間件和模塊，大大減少在系統平臺方面的投入，具有*的性?xún)r(jià)比。
先進(jìn)性
基于組態(tài)軟件的設計理念，以一套通用平臺，解決能源數據采集、現地SCADA監控、云平臺數據分析、手機App運維管理。四維一體的解決方案推動(dòng)電力智能化。
擴展性
整個(gè)系統具有進(jìn)一步擴展功能的能力，可以很好的適應現代智能管控的需求。保證用戶(hù)在系統上進(jìn)行有效的開(kāi)發(fā)和使用，并為今后的發(fā)展提供一個(gè)良好的環(huán)境?？沙浞掷煤捅Ｗo現有網(wǎng)絡(luò )資源便于當前以及以后的擴建；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，系統必須具有很強的監控點(diǎn)數、存儲空間擴容能力。
實(shí)用性
以實(shí)時(shí)數據庫為依托，可多用戶(hù)多畫(huà)面實(shí)時(shí)監控、遠程控制、可連接多種報警設備*用戶(hù)的監控要求。
安全性
平臺監控系統安全性在管理中是關(guān)鍵問(wèn)題之一，安全性分為數據安全和信息安全，在上述三方面有如下要求：
數據安全：對數據進(jìn)行多級別、分布式的存儲，數據不容易受到破壞。數據的AES加密機制，保證數據在網(wǎng)絡(luò )傳輸過(guò)程中的安全，不會(huì )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據庫，實(shí)行信息集中管理；
分級：對下屬管理員的應用功能、訪(fǎng)問(wèn)范圍進(jìn)行。由下屬管理員對所屬機構操作員的應用功能、訪(fǎng)問(wèn)范圍進(jìn)行和管理。
1.2 建設目標
該系統可以幫助電力部門(mén)實(shí)現配電房的無(wú)人值守或者少人值守，可以實(shí)現對配電運營(yíng)情況的實(shí)時(shí)監控、運營(yíng)數據的分析和故障信息的報警提示，逐步推動(dòng)電力監控的自動(dòng)化、集中化和智能化。
系統建設分為兩期實(shí)施，一期籌備數據采集，達到所有設備數據可以正確傳輸到平臺，平臺提供基礎的功能模塊，對數據的可視化有完整的顯示，；二期對數據進(jìn)行深度分析和利用，以數據為基礎挖掘數據本身的價(jià)值，結合用戶(hù)生產(chǎn)實(shí)際環(huán)境，指導用戶(hù)進(jìn)行電力改造、優(yōu)化配電運行、以達到電能能效的。
2 系統介紹
2.1 系統結構
系統采用三層高可用的結構，既可以完成終端層數據采集，也可以完成現地數據采集，并可以將數據發(fā)送到云平臺，整個(gè)拓撲結構圖如下：
2.1.1 數據采集結構
數據采集結構由三層模型構成，即設備數據采集層、現地數據監控層和云服務(wù)數據層。
2.1.2 WEB平臺結構
WEB系統結構分為數據感知層、通訊服務(wù)層、數據處理層和數據展示層。
2.1.3 系統功能結構
2.2 系統功能
2.2.1 在線(xiàn)監測
在線(xiàn)監測分為三大模塊顯示，分別為系統概覽、分路監測、監控點(diǎn)對比分析
系統概覽
一次接線(xiàn)圖
實(shí)時(shí)數據
告警數據
監測點(diǎn)對比
2.2.2 能效分析
能效管理主要通過(guò)對站點(diǎn)用電信息進(jìn)行分析，通過(guò)對歷史數據的集中分析、多維度分析，使站點(diǎn)用戶(hù)對自身用電質(zhì)量有一個(gè)全面了解。能效管理主要分為：電量分析、負荷分析、報裝方式分析、最值分析、用電能效排名、分類(lèi)分項分析、監測點(diǎn)對比分析。
電量分析
負荷分析
最值分析
報警分析
2.2.3 統計報表
統計報表包括電量、負荷、原始值數據統計，可以將各類(lèi)數據查詢(xún)并導出Excel文件
電量統計報表
負荷統計報表
原始值統計報表
2.2.4 檔案管理
檔案管理提供對企業(yè)信息的管理、監控子站的管理、子站內設備信息的管理、電價(jià)管理和電費單管理
企業(yè)檔案
子站檔案
2.2.5 系統設置
系統設置主要系統管理員所具備的 權限，分為：系統菜單管理、角色管理和用戶(hù)賬戶(hù)管理
用戶(hù)管理
角色管理
系統菜單管理
2.3 系統特點(diǎn)
2.3.1 寬接入
系統可以接入各類(lèi)型不同的設備，各種數據均可通過(guò)能源數據采集器（QT241N）進(jìn)行數據采集，采集完成的數據，可以無(wú)縫接入到系統平臺
2.3.2 實(shí)時(shí)性
數據采集與上傳的頻率可以達到秒級刷新，并能通過(guò)實(shí)時(shí)畫(huà)面反饋到系統前端，供用戶(hù)及時(shí)觀(guān)察
2.3.3 擴展性
系統預留包括能效分析、智能運維和需量分析的接口，可以根據用戶(hù)的需求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)
3 數據接入
系統平臺的數據接入需要加裝能源數據采集器（QT241N），能源數據采集器支持有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種方式。采用有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )連接時(shí)，需要有固定的網(wǎng)絡(luò )；采用無(wú)線(xiàn)方式（GPRS）時(shí)，需要提供移動(dòng)或者聯(lián)通的SIM卡，月流量不小于300M（具體視數據點(diǎn)決定和數據傳送頻率）
3.1 新配電房
新配電房按照國家標準建設，配電房中已經(jīng)安裝了具有通訊功能的設備，包括三相多功能儀表、綜保等。對于這類(lèi)配電房，為方便施工和管理可以加裝能源采集柜。
3.1.1 能源采集柜結構及說(shuō)明
1、結構
新配電房一般已經(jīng)安裝了智能儀表、綜保等智能設備，為方便施工和保持配電房的布線(xiàn)、配電房的綜合管理，可以以QT241N為基礎，構建一套能源采集柜。能源采集柜的大小可以根據現場(chǎng)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，將所有的采集設備通訊線(xiàn)纜集中到一個(gè)柜子中處理，為施工和管理提供方便。具體結構如下圖所示：
2、能源采集柜主要部件如下
3、接線(xiàn)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(méi)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)有智能采集設備，原則上仍然使用已安裝的設備。針對此情況，仍然可以采用加裝能源采集柜的方式，具體實(shí)施方式可參考新配電房。
3.2.2 無(wú)智能儀表
對于無(wú)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該符合國家電力設備標準，通訊協(xié)議應該選用工業(yè)標準的modbusRTU協(xié)議、或者國標行標協(xié)議。
接線(xiàn)與安裝
通信線(xiàn)纜可以采用普通的屏蔽雙絞線(xiàn)，總長(cháng)度不家超過(guò)1200米，各個(gè)設備的RS485口正負極必須連接正確，電纜屏蔽層一端接地。
3.3 設備及規約支持
3.3.1 設備與協(xié)議支持
3.3.2 能源數據采集器
能源數據采集器是采集設備與系統平臺交互的重要一環(huán)，能源數據采集器的功能和穩定性，決定了平臺數據的完整性和正確性。武漢舜通提供的能源采集器（QT241N）有如下特性：
硬件特性
1）豐富的數據接口，至少支持RS232/RS485、以太網(wǎng)口、CAN等接口
2）支持GPRS無(wú)線(xiàn)數據傳輸功能
3）支持USB接口，方便與U盤(pán)、USB設備進(jìn)行連接，包括更新硬件驅動(dòng)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(wú)凝霜
11）抗震性能：符合IEC61131-2標準
12）抗靜電性能：2.5Kv，符合EN61000-4-2、3級標準
13）認證標準：EN55011 Class A、EN60000-6-2、CE、FCC
軟件特性
1）內置組態(tài)軟件，方便工程人員可以快速與各種終端設備完成數據采集與通訊
2）內置實(shí)時(shí)數據庫，數據可以達到毫秒級刷新
3）內置SQLite數據庫，支持數據本地存儲
4）支持豐富的協(xié)議，至少包括：IEC101、103、104、modbus、DL/T645規約以及各類(lèi)PLC設備的通信規約
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）支持數據的加密、斷點(diǎn)數據上傳
7）支持對通訊數據的實(shí)時(shí)監視功能
3.4 數據采集
為標準化采集層與系統層的數據對接，將采集層的數據采集點(diǎn)進(jìn)行規則化的數據編碼，有助于數據的銜接與平臺數據的展示。根據現場(chǎng)設備的采集能力，我們標準化定義了采集的信息量，并為每個(gè)信息量分配了的采集指標碼，并以此為規范與平臺數據進(jìn)行對接。此信息采集量可以根據用戶(hù)現場(chǎng)的實(shí)際情況，繼續增加和調整。
3.5 數據上傳
3.5.1 傳輸方式
能源數據采集器將設備的數據采集完成后，根據的協(xié)議，將數據上傳到云平臺。數據上傳到到云平臺，可以按照有線(xiàn)傳輸和無(wú)線(xiàn)傳輸兩種方案。武漢舜通生產(chǎn)的能源數據采集器QT241N，同時(shí)支持有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。
有線(xiàn)傳輸
采用有線(xiàn)傳輸時(shí)，將網(wǎng)絡(luò )接入能源數據采集器的RJ45網(wǎng)口，為能源數據采集器分配固定的IP地址，并配置網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)線(xiàn)到能源采集器的距離不應大于85m，如果有大于85m的情況，應該在此區間增加交換機或者連接器設備。
無(wú)線(xiàn)傳輸
由舜通提供的QT241N支持GPRS和LAN兩種方式傳輸，如果現場(chǎng)不具備有線(xiàn)網(wǎng)線(xiàn)傳輸條件，可以使用GPRS方式傳輸。QT241N同時(shí)支持移動(dòng)和聯(lián)通的2G網(wǎng)絡(luò )。
網(wǎng)絡(luò )流量
以回路為單位，每個(gè)回路測試點(diǎn)的數量為50個(gè)點(diǎn)，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(wú)線(xiàn)信號受地理位置、基站覆蓋率和天氣的影響，信號的強度會(huì )受到一些干擾。在使用GRPS信號傳輸時(shí)，應該加裝有線(xiàn)天線(xiàn)，并盡可能將有線(xiàn)天線(xiàn)放置空曠位置。
3.5.2 傳輸規約
在數據上傳中，使用武漢舜通定制規約STV1.0版本協(xié)議，該協(xié)議參考和引用了國家電力數據采集與平臺建設方案。協(xié)議分為四個(gè)部分，通訊監測接口規范用于定義常用操作及心跳通訊機制的命令格式，數據上報接口規范用于定義數據上報命令格式，平臺數據輸出服務(wù)接口規范用于定義從平臺獲取數據的輸入輸出結構，應用服務(wù)集成規范用于定義平臺集成第三方功能或服務(wù)的規約。
規約的功能
3.5.3 上傳流程
3.6 檔案信息
3.6.1 子站檔案
為快速實(shí)現采集數據與平臺信息的對接，在設備調試與安裝的過(guò)程中應該提前準備好相關(guān)信息，如下：
詳見(jiàn)附件表格
3.6.2 設備檔案
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(gè)集成化程度高，模塊化功能強的平臺。整個(gè)系統平臺由前置通訊服務(wù)器、數據存儲服務(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)。
根據用戶(hù)系統容量設計，500個(gè)站點(diǎn)的數據接入，先期可以將以上四大服務(wù)程序接入一臺服務(wù)器。隨著(zhù)用戶(hù)數據的增加和系統訪(fǎng)問(wèn)用戶(hù)的增加，再適時(shí)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、 內存：32G （16 * 2）
3、 硬盤(pán)：SSD固態(tài)硬盤(pán)或者SAS硬盤(pán)，初期備用存儲容量為10TB，RAID5/RAID10
4、 網(wǎng)卡：千兆網(wǎng)卡（或萬(wàn)兆）
5、 網(wǎng)絡(luò )帶寬：50M —— 100M
配置說(shuō)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責數據的采集與通信傳輸、還要承擔每個(gè)站點(diǎn)內部的數據管理和配置需求，對于高速傳輸與計算的數據，需要有較高的CPU主頻來(lái)保證數據的處理速度、多核心的CPU能夠支撐高并發(fā)的數據請求。
2、 內存除去系統占用2G，500站點(diǎn)的數據緩存和為數據庫預留一部分的緩存空間
3、 硬盤(pán)是數據存儲高速存儲的瓶頸，所以如果配置為機械硬盤(pán)需要使用黑盤(pán)，10K以上的轉速，有條件的可以安排SAS硬盤(pán)、固態(tài)硬盤(pán)
4、 網(wǎng)卡：按照秒級數據傳輸，1000M網(wǎng)卡的峰值速率是60M/s左右，500站點(diǎn)的數據峰值會(huì )達到15M/s左右
4.3 服務(wù)器集群方案
當系統接入的站點(diǎn)大于500個(gè)時(shí)，或者出現了系統訪(fǎng)問(wèn)速度變慢等問(wèn)題時(shí)，此時(shí)應該增加服務(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。多臺服務(wù)器同時(shí)運行，構成服務(wù)器集群，可以有效地分擔單臺服務(wù)器的壓力，以達到降低系統延時(shí)，提高系統吞吐量的問(wèn)題。