基于云平台的配网设备试验远程监控系统的设计

文/陈剑 牛艳华 梁业佳

配网设备资产遍布电网和用户间，配网设备投运前及日常运行过程中的状态测试、维护是保障配网安全可靠运行的基本手段。常规的配网设备试验项目主要有直流电阻测试、绝缘电阻测试、交流耐压测试、回路电阻测试、变比测试等。确保试验数据的准确性和对试验数据的有效管控，是保证配网安全运行、提高供电可靠性、提升用户满意度的技术保障。

目前配网设备试验需要多名技术人员到场，存在人力资源的浪费；测试项目繁多，测试设备多样，给现场接线、测试设备使用等方面增加困难；数据记录及后续的数据处理不仅需要消耗大量的时间，而且也很难完全杜绝数据记录及数据处理过程中出现的人为错误，最终影响试验结果的评判；另外，由于试验数据处理一般是撤离现场后才完成，当试验结果不符合标准时，难以保证是人为操作出现问题还是设备本身存在问题，按照科学试验的一般原则，需要进行二次试验验证，但再次进行试验则浪费人力物力；此外，设备的历史试验数据是设备状态趋势分析的重要数据来源，而该模式下的配网设备试验所获取的试验数据仅能作为本次设备状态评估的依据，无法做到在不同时限的试验数据间建立起该设备工作状态、状态发展趋势关联的关系，对大数据时代而言，亦是一种资源浪费。

针对配网设备实验存在的问题，设计一套基于云平台的配网设备试验远程监控系统，进一步提高电网的管理信息化和精细化，从而加快智能电网的建设进程。

1 系统的总体方案

图1：基于云平台的配网设备试验远程监控系统架构

图2：多功能一体化检测设备硬件框图

基于云平台的配网设备试验远程监控系统架构如图1所示，主要包括多功能一体化检测设备、Surface和后台服务中心三部分。多功能一体化检测设备通过Wi-Fi与Surface相连，实现配网试验所需数据的采集、运算等功能，并将数据传至Surface；Surface完成数据存储、功能选择、实时显示、报告生成与查看、报警、远程通讯、Web发布的功能；后台服务中心包括云平台和上位机两部分，主要完成对Surface传来的数据及试验报告的接收，数据库建立、数据与报告查看、数据分析、远程通讯、Web发布等功能。

2 多功能一体化检测设备设计

多功能一体化检测设备由多功能检测模块、数据采样模块、运算控制模块、通信模块构成，功能模块又包括直流电阻模块、交流耐压模块、回路电阻模块、绝缘电阻模块、变比模块等。如图2所示，功能模块主要负责实时采集现场设备的相关参数，数据采样模块主要负责AD转换，运算控制模块主要负责数据计算和处理，通信模块主要负责将数据上传至Surface。

多功能检测模块之间相互独立，可按照实际需求增加或减少，每个模块都设计一套专门的检测电路，可实现高精度的参数检测和信号放大作用。

在数据的采集过程中，采样逻辑控制芯片XC3S200AN定时向采样芯片发送采样信号，采样芯片PCM1804-Q1 和AD7606 检测到采样信号后开始数据采集。采样芯片完成采集后向XC3S200AN芯片发送ready信号，然后通过SPI向XC3S200AN芯片发送采样数据。数据传输完成后，XC3S200AN芯片向CPU发送DMA请求中断，DMA中断处理程序将采集到的数据以DMA方式高速传输到数据缓存区缓存。

图3：Surface开发软件总体功能架构图

图4：B/S系统架构图

运算与控制模块选用基于ARM架构的处理器LPC4357，LPC4357是恩智浦（NXP）公司制造的Cortex-M4微控制器，带有Cortex-M0协处理器，为32位双核处理器，处理器的内核工作频率高达204MHz，能够快速、高效完成运算与控制工作。

通信模块包括RS232串口通信模块和Wi-Fi通信模块，RS232串口通信距离有限、传输速度快，主要用于程序下载和调试，Wi-Fi模块可实现与检测设备的无线连接，完成检测设备与Surface间的数据传输。

3 Surface开发

Surface是微软系列下的一款平板电脑，经过开发，在特定的场合下，除了数据存储量会受到内存大小的限定而比传统上位机小外，可以实现传统上位机的全部功能。它比传统上位机轻便灵活，方便结合现场环境操作，并且在数据传输等方面更有保障，一般的远程监控系统，在无GPRS信号或后台服务中心停电等特殊情况下，设备无法将数据上传至后台服务器，从而导致数据丢失、实验报告生成失败、无法通过Web访问等问题，另外，Surface更容易进行功能模块的扩展。综上可知，它有效克服了目前较为流行的手机APP和上位机协同工作模式下的应用缺点，无论是从目前的实现效果还是长远的发展角度看，都是一个非常不错的选择。

Surface主要实现数据存储、功能选择、实时显示、远程通讯、报告查看、Web发布等功能。显示模块主要包括功能选择界面、实时数据显示界面、报告查看界面、报警提示等，其它功能模块主要包括数据存储、远程通讯和Web发布。软件总体功能架构图如图3所示。

4 后台服务中心设计

网络结构采用B/S结构，如图4所示，设备上传的数据和报告存储在云平台的数据库服务器中，首先客户端通过Web浏览器向web服务器发送请求，Web服务器收到客户端请求后再向云平台中的数据库服务器发送请求，数据服务器收到请求后向Web服务器应答，然后Web服务器向客户端应答，就形成一次完整的工作过程。

Web端页面实现主要涉及的技术为ASP.NET技术。当客户端通过浏览器请求(Request)页面时，服务端首先由页面分析器(Parser)分析其对被请求的页面进行分析；再将通过分析的页面内容传递给编译器(Compiler)；经过编译器编译的页面内容被传输给组装缓存(Assembly Cache)，同时，一些需要较高资源代价的元素可以存入内存(Memory)。将组装缓存和内存中的内容有机结合形成一个完成的页面，完整的页面最后被送往输出缓存(Output Cache)。输出缓存中的内容将作为客户端的页面请求结果被送回至浏览器，当同一页面被再次请求时，服务端将直接从输出缓存中输送出页面请求结果。

5 结语

该远程监控系统将多个检测设备功能合而为一，简化了试验过程，并且试验过程方便、安全、高效，减少了人力资源的浪费；智能化的数据处理和试验报告的自动生成为试验的后续处理节省了大量时间，最大化避免工作人员的操作失误与计算错误，增加了试验的可靠性；试验数据直接传送至云平台，避免试验过程中的数据造假，保证试验数据的真实性；实现分区管理和历史查询功能，加强了对配网设备试验工作的规范管理；采用微软的Surface进行开发，与传统的SCADA监控系统相比，不需要网关、交换机等硬件设备，降低了成本；并且克服了手机APP与上位机协同模式下容错率低、不易进行功能扩展等缺点；云平台的建立，实现了配网设备现场试验工作的规范管理及试验数据、试验报告的数据管理，为资产设备全生命周期管理、设备运维等提供高效、可信的数据管控和分析平台；为在相应的数据深度、宽度、边界及约束条件的基础上，建立试验数据有效性自动识别模型，为最终实现自动化的试验、试验结果的评判和报告的自动生成提供一个基础平台。