【摘要】 能源問題已經(jīng)成為當(dāng)前國計(jì)民生中的主要問題之一，電力供應(yīng)是其中的主要生產(chǎn)驅(qū)動力。智能化的變電站機(jī)房信息采集監(jiān)控系統(tǒng)作為確保電力供給的重要保障措施，在現(xiàn)代具有廣泛的應(yīng)用。采用新技術(shù)開發(fā)的基于ARM（Advanced RISC Machines）/FPGA/DSP的電力通信系統(tǒng)可以在不耗費(fèi)大量人力資源的同時(shí)確保系統(tǒng)良好運(yùn)行。本文結(jié)合實(shí)際，設(shè)計(jì)了一種采用基于ARM的變電站機(jī)房信息采集、實(shí)時(shí)監(jiān)控的系統(tǒng)。通信端采用移動運(yùn)營商蜂窩數(shù)據(jù)（LTE/GPRS）實(shí)現(xiàn)機(jī)房設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的無線傳輸和指令控制。系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和有效性使其在實(shí)用的同時(shí)具有自動判別異常信息并報(bào)警的功能。

【關(guān)鍵詞】 ARM 采集 變電站

一、引言

作為電力系統(tǒng)中統(tǒng)籌分配電力資源和變換電能的中樞，變電站主要作用是在電力系統(tǒng)中進(jìn)行電壓的潮流、調(diào)整，以確保電能在電網(wǎng)中安全、高質(zhì)量的傳送。這說明了電力系統(tǒng)特別是變電站的智能監(jiān)控和信息采集系統(tǒng)的重要性。電力系統(tǒng)信息的監(jiān)測對系統(tǒng)安全有著舉足輕重的意義，是運(yùn)營管理、科研創(chuàng)新、安全生產(chǎn)等部門都要關(guān)注的重點(diǎn)，其中涉及的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和小波變換等在國內(nèi)外研究中屬于熱點(diǎn)問題[1]。

遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的研究不僅為電力系統(tǒng)創(chuàng)造了很大的經(jīng)濟(jì)節(jié)約，其自身也由于技術(shù)更新而創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益[2]。本研究以基于運(yùn)營商的LTE蜂窩數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程無線監(jiān)測系統(tǒng)為數(shù)據(jù)承載，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用，探討了一種實(shí)時(shí)高效的變電站信息采集監(jiān)控系統(tǒng)。

二、當(dāng)前監(jiān)控系統(tǒng)的不足

國外的研究起步較早，已經(jīng)經(jīng)過了三代的不斷優(yōu)化，而我國幾年來也在逐步增加技術(shù)投入，縮小與國外的差距。

變電站常見的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)包括：有功/無功功率監(jiān)控點(diǎn)、蓄電池組監(jiān)控點(diǎn)、變壓器監(jiān)控點(diǎn)、交流電頻率監(jiān)控點(diǎn)、交流母線監(jiān)控點(diǎn)。針對這些監(jiān)測點(diǎn)，目前市場上常見的監(jiān)控系統(tǒng)普遍存在功能結(jié)構(gòu)單一、性能不足、智能化程度低且造價(jià)較高的缺點(diǎn)，則造成了市場選擇積極性普遍不高。本研究以傳統(tǒng)變電站機(jī)房的設(shè)備監(jiān)控范圍為基礎(chǔ)，基于ARM架構(gòu)，增加了市場迫切需要的氣體探測、火情分析、設(shè)備信息采集、調(diào)度指令、RFID門禁和高清視頻傳輸（依托LTE網(wǎng)絡(luò)）功能，同時(shí)分析能耗的狀況，著力解決系統(tǒng)高功耗問題[3]。

本研究解決的問題主要包括：

（1）優(yōu)化設(shè)備的能耗管理機(jī)制；（2）兼容不同設(shè)備的接入方式；（3）對關(guān)鍵事件進(jìn)行分類日志記錄；（4）能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)別的在線升級和自診斷修復(fù)；（5）優(yōu)化傳感器探測能力；（6）優(yōu)化圖像識別觸發(fā)的各種報(bào)警；（7）優(yōu)化機(jī)房門禁（RFID）管理；（8）優(yōu)化控制指令的通用性。

三、系統(tǒng)改進(jìn)方案

系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件采用成熟的模塊化思想，基于Linux開源系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，數(shù)據(jù)庫使用MySQL。硬件上，各種傳感器采用穩(wěn)定性高的OEM方案，在可擴(kuò)展的基板上進(jìn)行開發(fā)適配[4]。這樣的開放式系統(tǒng)架構(gòu)可保證整個(gè)平臺的平滑升級，為系統(tǒng)擴(kuò)展和維護(hù)提供了便利。（圖1）

軟件系統(tǒng)上，應(yīng)該注意：

（1） 設(shè)置合適的算法和觸發(fā)閾值，避免誤報(bào)警次數(shù)；在RFID門禁系統(tǒng)上結(jié)合人臉識別進(jìn)行二次鑒權(quán)；（2）避免監(jiān)控系統(tǒng)的故障對電網(wǎng)系統(tǒng)造成影響，監(jiān)控系統(tǒng)的軟件應(yīng)該具有故障自診斷和自我恢復(fù)功能，防止對電網(wǎng)系統(tǒng)的傷害；（3） 主要數(shù)據(jù)傳輸均采用統(tǒng)一的TCP/IP協(xié)議，保證系統(tǒng)良好的擴(kuò)展性和兼容性，便于組網(wǎng)和遠(yuǎn)程對接。

硬件系統(tǒng)上，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

（1） 系統(tǒng)中采用的一般監(jiān)控模塊（傳感器部件）采用成熟的OEM模塊化方案，減少設(shè)計(jì)和搭建周期，確保穩(wěn)定度，節(jié)約安裝投資[5]；（2）為優(yōu)化視頻采集和傳輸能力，這里采用中國聯(lián)通FDD-LTE技術(shù)，150Mbps的數(shù)據(jù)峰值可以滿足高清視頻信息的傳輸；（3）對于煙霧、溫濕度、氣體傳感器的安裝應(yīng)該分多處設(shè)置，避免死角和單一采集點(diǎn)故障造成判斷失??；（4）信息采集監(jiān)控系統(tǒng)的硬件不是單一的集合，應(yīng)該把必要的IC與電網(wǎng)控制端聯(lián)系在一起，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[6]。

四、系統(tǒng)改進(jìn)后測試

系統(tǒng)軟硬件搭建適配完成后，模擬現(xiàn)場理想化實(shí)際環(huán)境和進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟豢深A(yù)見外界環(huán)境綜合測試，確定系統(tǒng)的功能正常后要對其性能和控制進(jìn)行額外測試。

整個(gè)系統(tǒng)的框架，軟件部分主要是指令控制部分和傳輸部分，承載數(shù)據(jù)的是通信模塊。在監(jiān)控終端最后呈現(xiàn)出實(shí)時(shí)的信息，需要B/S結(jié)構(gòu)前端采用異步通信方式，同時(shí)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行必要的糾錯(cuò)。主要的測試數(shù)據(jù)格式是json和xml，授權(quán)用戶在終端進(jìn)入系統(tǒng)后，通過調(diào)度不同的傳感器和攝像頭，得到不同的返回信息。后臺的PHP和Cgi程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和日志的記錄[7]。而控制指令的據(jù)流方向是從終端到服務(wù)器端，生成json數(shù)組給調(diào)用函數(shù)，然后傳輸?shù)竭h(yuǎn)端。

實(shí)際測試中，判斷了門禁系統(tǒng)、火情監(jiān)測系統(tǒng)、斷電故障處理和與舊的機(jī)房系統(tǒng)設(shè)備功耗進(jìn)行對比。

（1）在實(shí)際測試中，非授權(quán)人員使用RFID門禁時(shí)，系統(tǒng)通過攝像頭采集到人臉信息，判斷無法匹配，禁止門禁開啟；（2）當(dāng)變電站機(jī)房出現(xiàn)煙霧和火情時(shí)，控制終端警報(bào)被及時(shí)觸發(fā)[8]；（3）測試斷電情況發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)反饋了信息并在允許的情況下開啟備用電路；（4）功耗對比發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)在功能豐富程度達(dá)到相當(dāng)好的程度上相比傳統(tǒng)的功能單一系統(tǒng)仍然節(jié)能23%±5%。

五、結(jié)束語

基于Linux和ARM嵌入式的變電站信息采集監(jiān)控系統(tǒng)充分結(jié)合行業(yè)需求，系統(tǒng)傳輸速率高、性能強(qiáng)大、功能豐富穩(wěn)定并能夠直接通過4G LTE與Internet互連。該技術(shù)的應(yīng)用將會在很大程度上提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。本設(shè)計(jì)基于嵌入式系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)高效、使用方便的特點(diǎn)和Linux系統(tǒng)開源穩(wěn)定的優(yōu)勢，并且系統(tǒng)本身硬件的設(shè)計(jì)考慮到了擴(kuò)展性和維護(hù)性，在性能提高的同時(shí)，有效降低系統(tǒng)的能耗。通過智能識別算法滿足監(jiān)控系統(tǒng)對異常信息的及時(shí)報(bào)警和自動修復(fù)功能。這是對傳統(tǒng)變電站信息采集和監(jiān)控系統(tǒng)的很好改良。