電力云能效（運(yùn)維）平臺(tái)
1 系統(tǒng)需求
1.1 需求分析
為了滿(mǎn)足配電房的監(jiān)控系統(tǒng)的要求，達(dá)到對(duì)供電房的監(jiān)控，使有關(guān)人員做出反應(yīng)，采取措施，并對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控、集中維護(hù)和集中管理。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循以下原則：
標(biāo)準(zhǔn)化
整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)軟件、硬件均采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，提供開(kāi)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(shí)時(shí)Linux操作系統(tǒng)和專(zhuān)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(yùn)行。WEB系統(tǒng)平臺(tái)采用J2EE業(yè)內(nèi)專(zhuān)業(yè)級(jí)的開(kāi)發(fā)框架，滿(mǎn)足大數(shù)據(jù)采集、大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和高并發(fā)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求。
經(jīng)濟(jì)性
系統(tǒng)開(kāi)發(fā)運(yùn)行平臺(tái)均采用當(dāng)今通用的各種操作系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)工具，充分利用了我們?cè)谄渌O(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(tái)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(shè)計(jì)理念，以一套通用平臺(tái)，解決能源數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)地SCADA監(jiān)控、云平臺(tái)數(shù)據(jù)分析、手機(jī)App運(yùn)維管理。四維一體的解決方案推動(dòng)電力智能化。
擴(kuò)展性
整個(gè)系統(tǒng)具有進(jìn)一步擴(kuò)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(hù)在系統(tǒng)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。可充分利用和保護(hù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源便于當(dāng)前以及以后的擴(kuò)建；平臺(tái)服務(wù)器具備擴(kuò)展和堆疊能力，便于不同級(jí)別的中心整合與擴(kuò)建，系統(tǒng)必須具有很強(qiáng)的監(jiān)控點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)空間擴(kuò)容能力。
實(shí)用性
以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為依托，可多用戶(hù)多畫(huà)面實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、可連接多種報(bào)警設(shè)備*用戶(hù)的監(jiān)控要求。
安全性
平臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)安全性在管理中是關(guān)鍵問(wèn)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多級(jí)別、分布式的存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)不容易受到破壞。數(shù)據(jù)的AES加密機(jī)制，保證數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)行信息集中管理；
分級(jí)：對(duì)下屬管理員的應(yīng)用功能、訪問(wèn)范圍進(jìn)行。由下屬管理員對(duì)所屬機(jī)構(gòu)操作員的應(yīng)用功能、訪問(wèn)范圍進(jìn)行和管理。
1.2 建設(shè)目標(biāo)
該系統(tǒng)可以幫助電力部門(mén)實(shí)現(xiàn)配電房的無(wú)人值守或者少人值守，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電運(yùn)營(yíng)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控、運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的分析和故障信息的報(bào)警提示，逐步推動(dòng)電力監(jiān)控的自動(dòng)化、集中化和智能化。
系統(tǒng)建設(shè)分為兩期實(shí)施，一期籌備數(shù)據(jù)采集，達(dá)到所有設(shè)備數(shù)據(jù)可以正確傳輸?shù)狡脚_(tái)，平臺(tái)提供基礎(chǔ)的功能模塊，對(duì)數(shù)據(jù)的可視化有完整的顯示，；二期對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jià)值，結(jié)合用戶(hù)生產(chǎn)實(shí)際環(huán)境，指導(dǎo)用戶(hù)進(jìn)行電力改造、優(yōu)化配電運(yùn)行、以達(dá)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?cái)?shù)據(jù)采集，并可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到云平臺(tái)，整個(gè)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?cái)?shù)據(jù)監(jiān)控層和云服務(wù)數(shù)據(jù)層。
2.1.2 WEB平臺(tái)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(cè)
在線監(jiān)測(cè)分為三大模塊顯示，分別為系統(tǒng)概覽、分路監(jiān)測(cè)、監(jiān)控點(diǎn)對(duì)比分析
系統(tǒng)概覽
一次接線圖
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)
告警數(shù)據(jù)
監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)比
2.2.2 能效分析
能效管理主要通過(guò)對(duì)站點(diǎn)用電信息進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的集中分析、多維度分析，使站點(diǎn)用戶(hù)對(duì)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(fù)荷分析、報(bào)裝方式分析、最值分析、用電能效排名、分類(lèi)分項(xiàng)分析、監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)比分析。
電量分析
負(fù)荷分析
最值分析
報(bào)警分析
2.2.3 統(tǒng)計(jì)報(bào)表
統(tǒng)計(jì)報(bào)表包括電量、負(fù)荷、原始值數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可以將各類(lèi)數(shù)據(jù)查詢(xún)并導(dǎo)出Excel文件
電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表
負(fù)荷統(tǒng)計(jì)報(bào)表
原始值統(tǒng)計(jì)報(bào)表
2.2.4 檔案管理
檔案管理提供對(duì)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(jià)管理和電費(fèi)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(hù)賬戶(hù)管理
用戶(hù)管理
角色管理
系統(tǒng)菜單管理
2.3 系統(tǒng)特點(diǎn)
2.3.1 寬接入
系統(tǒng)可以接入各類(lèi)型不同的設(shè)備，各種數(shù)據(jù)均可通過(guò)能源數(shù)據(jù)采集器（QT241N）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集完成的數(shù)據(jù)，可以無(wú)縫接入到系統(tǒng)平臺(tái)
2.3.2 實(shí)時(shí)性
數(shù)據(jù)采集與上傳的頻率可以達(dá)到秒級(jí)刷新，并能通過(guò)實(shí)時(shí)畫(huà)面反饋到系統(tǒng)前端，供用戶(hù)及時(shí)觀察
2.3.3 擴(kuò)展性
系統(tǒng)預(yù)留包括能效分析、智能運(yùn)維和需量分析的接口，可以根據(jù)用戶(hù)的需求進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)
3 數(shù)據(jù)接入
系統(tǒng)平臺(tái)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(wú)線兩種方式。采用有線網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，需要有固定的網(wǎng)絡(luò)；采用無(wú)線方式（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(shù)據(jù)點(diǎn)決定和數(shù)據(jù)傳送頻率）
3.1 新配電房
新配電房按照國(guó)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(duì)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(jié)構(gòu)及說(shuō)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(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(tái)能源采集器，將所有的采集設(shè)備通訊線纜集中到一個(gè)柜子中處理，為施工和管理提供方便。具體結(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(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(shè)備，原則上仍然使用已安裝的設(shè)備。針對(duì)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(duì)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(yīng)該符合國(guó)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(guó)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(zhǎng)度不家超過(guò)1200米，各個(gè)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(tái)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(tái)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(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能
3）支持USB接口，方便與U盤(pán)、USB設(shè)備進(jìn)行連接，包括更新硬件驅(qū)動(dòng)信息等
4）支持SD卡擴(kuò)展采集器存儲(chǔ)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(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)
12）抗靜電性能：2.5Kv，符合EN61000-4-2、3級(jí)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)可以達(dá)到毫秒級(jí)刷新
3）內(nèi)置SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)本地存儲(chǔ)
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(lèi)PLC設(shè)備的通信規(guī)約
5）支持采集器的遠(yuǎn)程管理，包括上載配置、下載配置等，方便運(yùn)維人員遠(yuǎn)程操作
6）支持?jǐn)?shù)據(jù)的加密、斷點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳
7）支持對(duì)通訊數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)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(duì)接，將采集層的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)進(jìn)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(tái)數(shù)據(jù)的展示。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(gè)信息量分配了的采集指標(biāo)碼，并以此為規(guī)范與平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接。此信息采集量可以根據(jù)用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)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(tái)。數(shù)據(jù)上傳到到云平臺(tái)，可以按照有線傳輸和無(wú)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(shí)支持有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。
有線傳輸
采用有線傳輸時(shí)，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(jī)或者連接器設(shè)備。
無(wú)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(chǎng)不具備有線網(wǎng)線傳輸條件，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(cè)試點(diǎn)的數(shù)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(hào)
GPRS無(wú)線信號(hào)受地理位置、基站覆蓋率和天氣的影響，信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)受到一些干擾。在使用GRPS信號(hào)傳輸時(shí)，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(guó)家電力數(shù)據(jù)采集與平臺(tái)建設(shè)方案。協(xié)議分為四個(gè)部分，通訊監(jiān)測(cè)接口規(guī)范用于定義常用操作及心跳通訊機(jī)制的命令格式，數(shù)據(jù)上報(bào)接口規(guī)范用于定義數(shù)據(jù)上報(bào)命令格式，平臺(tái)數(shù)據(jù)輸出服務(wù)接口規(guī)范用于定義從平臺(tái)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(tái)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(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)與平臺(tái)信息的對(duì)接，在設(shè)備調(diào)試與安裝的過(guò)程中應(yīng)該提前準(zhǔn)備好相關(guān)信息，如下：
詳見(jiàn)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(tái)是一個(gè)集成化程度高，模塊化功能強(qiáng)的平臺(tái)。整個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)由前置通訊服務(wù)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(tái)服務(wù)器服務(wù)。
根據(jù)用戶(hù)系統(tǒng)容量設(shè)計(jì)，500個(gè)站點(diǎn)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(tái)服務(wù)器。隨著用戶(hù)數(shù)據(jù)的增加和系統(tǒng)訪問(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(nèi)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(chǔ)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?yàn)橹髡竞妥诱静粌H要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集與通信傳輸、還要承擔(dān)每個(gè)站點(diǎn)內(nèi)部的數(shù)據(jù)管理和配置需求，對(duì)于高速傳輸與計(jì)算的數(shù)據(jù)，需要有較高的CPU主頻來(lái)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(qǐng)求。
2、 內(nèi)存除去系統(tǒng)占用2G，500站點(diǎn)的數(shù)據(jù)緩存和為數(shù)據(jù)庫(kù)預(yù)留一部分的緩存空間
3、 硬盤(pán)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)高速存儲(chǔ)的瓶頸，所以如果配置為機(jī)械硬盤(pán)需要使用黑盤(pán)，10K以上的轉(zhuǎn)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(jí)數(shù)據(jù)傳輸，1000M網(wǎng)卡的峰值速率是60M/s左右，500站點(diǎn)的數(shù)據(jù)峰值會(huì)達(dá)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(diǎn)大于500個(gè)時(shí)，或者出現(xiàn)了系統(tǒng)訪問(wèn)速度變慢等問(wèn)題時(shí)，此時(shí)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(tái)服務(wù)器同時(shí)運(yùn)行，構(gòu)成服務(wù)器集群，可以有效地分擔(dān)單臺(tái)服務(wù)器的壓力，以達(dá)到降低系統(tǒng)延時(shí)，提高系統(tǒng)吞吐量的問(wèn)題。
