摘 要：針對(duì)某省廣電總局三個(gè)配電區(qū)域升級(jí)改造，并安裝綜合配電管理系統(tǒng)的項(xiàng)目，提出A區(qū)設(shè)備加裝MODBUS通信線及MODBUS中繼器的改造方案，B區(qū)加裝IoT擴(kuò)展通信模塊的改造方案，C區(qū)直接應(yīng)用內(nèi)嵌IoT功能設(shè)備的建設(shè)方案。為保證IoT通信的安全性，設(shè)計(jì)出軟硬件結(jié)合的三重加密體系。同時(shí)，為達(dá)到設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至廣電總局已有監(jiān)控系統(tǒng)的目的，設(shè)計(jì)出DTP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)程序，并選定光纖作為數(shù)據(jù)上行的通信介質(zhì)。在配電管理綜合系統(tǒng)部署后，包含時(shí)效性在內(nèi)的指標(biāo)均取得良好效果。

關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng)；分區(qū)改造；IoT模塊；多重加密；規(guī)約設(shè)計(jì)；DTP程序

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2024）03-00-06

0 引 言

配電系統(tǒng)作為能源應(yīng)用的管理調(diào)度平臺(tái)，在智能化、網(wǎng)絡(luò)化廠區(qū)與系統(tǒng)中日益發(fā)揮更加重要的作用[1]。除在工廠、居民區(qū)、商業(yè)綜合體的應(yīng)用外，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)戰(zhàn)略部門(mén)，配電系統(tǒng)的智能化應(yīng)用及其與其他系統(tǒng)平臺(tái)的進(jìn)一步融合正逐漸引發(fā)科技工作者的關(guān)注[2-3]。作為國(guó)內(nèi)除移動(dòng)、聯(lián)通、電信三大運(yùn)營(yíng)商之外，取得5G運(yùn)行執(zhí)照的第四家企業(yè)，作為國(guó)家通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)者的廣電集團(tuán)的業(yè)務(wù)隨著5G技術(shù)逐步商業(yè)化的趨勢(shì)穩(wěn)步推進(jìn)[4-7]。某省作為經(jīng)濟(jì)大省，其廣電總局近幾年業(yè)務(wù)量獲得大幅度提高。在原有廠區(qū)占地面積較小的客觀因素制約下，其設(shè)備升級(jí)采購(gòu)、業(yè)務(wù)拓展等商務(wù)活動(dòng)受到一定的限制。在多方協(xié)調(diào)下，政府劃歸其舊址對(duì)面一處拆遷廠房為其擴(kuò)展用地。

由于某些歷史和規(guī)劃的問(wèn)題。老廠區(qū)主樓（后文簡(jiǎn)稱“舊樓”）的電力供應(yīng)系統(tǒng)分為2個(gè)區(qū)域：其中A區(qū)建設(shè)較早，位于舊樓的地下二層；B區(qū)建設(shè)相對(duì)較晚，位于舊樓的地上一層。兩區(qū)域共同承擔(dān)舊樓的供電任務(wù)。新廠區(qū)主樓（后文簡(jiǎn)稱“新樓”）的電力供應(yīng)來(lái)源于主樓體之外的專用配電室（即C區(qū)）。項(xiàng)目實(shí)施前，在已投入運(yùn)行的A/B兩區(qū)，最大的問(wèn)題是由于缺少配電管理平臺(tái)，只能采取人工巡查、電話上報(bào)的方式，導(dǎo)致電工班工作效率異常低下。同時(shí)，因?yàn)槿鄙倌芫C合反映配電狀態(tài)的平臺(tái)，對(duì)于設(shè)備上報(bào)的大量數(shù)據(jù)，只能由老電工采取經(jīng)驗(yàn)判斷的方式來(lái)排查潛在故障，這一點(diǎn)埋下較大的安全隱患。B區(qū)設(shè)備在3年前由于變壓器低壓出口側(cè)負(fù)載過(guò)大，短時(shí)間熱量積累，在人工巡查的空窗期內(nèi)起火。雖然直接燒毀的設(shè)備數(shù)量較少，但造成B區(qū)較大面積設(shè)備過(guò)火，只能進(jìn)行設(shè)備報(bào)廢處理，造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失，并產(chǎn)生了一些負(fù)面的社會(huì)影響。

同時(shí)，在國(guó)家大力提倡綜合能效管理、智能化、信息化的大背景下[8-9]，廣電總局管理層希望借新廠區(qū)建設(shè)的機(jī)會(huì)，將新舊三個(gè)配電區(qū)域進(jìn)行系統(tǒng)性綜合管理，并將電能利用的數(shù)據(jù)與總局的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控平臺(tái)（下文簡(jiǎn)稱“監(jiān)控平臺(tái)”）整合，以期減少多個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行效率低下的問(wèn)題，最終打造成具有樣板效應(yīng)的綜合監(jiān)控平臺(tái)。

基于上述原因和現(xiàn)狀，廣電總局發(fā)起工程招標(biāo)項(xiàng)目，項(xiàng)目實(shí)施具體包括三方面內(nèi)容：三個(gè)配電區(qū)域的建設(shè)及改造（A/B兩區(qū)改造，C區(qū)新建），綜合配電管理系統(tǒng)（下文簡(jiǎn)稱“配電系統(tǒng)”）的部署，以及配電系統(tǒng)與監(jiān)控平臺(tái)間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。甲公司作為國(guó)內(nèi)配電領(lǐng)域知名制造及系統(tǒng)集成商，成功中標(biāo)。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)基于此項(xiàng)目展開(kāi)。

1 原有設(shè)備安裝及系統(tǒng)部署情況

本文提到的三個(gè)配電區(qū)域的具體分布如圖1所示，舊樓的兩個(gè)配電區(qū)域中，A區(qū)承擔(dān)舊樓約63%的電力負(fù)擔(dān)，主要包括照明、動(dòng)力、次要設(shè)備等的供電任務(wù)；B區(qū)承擔(dān)網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)中心等核心場(chǎng)所與設(shè)備的供電任務(wù)，占比約為37%。新樓的供電任務(wù)由C區(qū)100%承擔(dān)。由于歷史的原因，并沒(méi)有統(tǒng)一的配電系統(tǒng)來(lái)分別管理A/B兩區(qū)的各種配電設(shè)備；項(xiàng)目實(shí)施前采取的是電工班員工人工巡視、電話匯報(bào)的方式進(jìn)行管理的。三區(qū)域的功能配置及低壓配電設(shè)備安裝情況如下。

A區(qū)：電工班所在地，也是項(xiàng)目招標(biāo)合同中規(guī)定的新配電系統(tǒng)的部署地點(diǎn)。A區(qū)低壓配電設(shè)備包括單/三相電表、空氣開(kāi)關(guān)、斷路器等，以西門(mén)子和施耐德兩家設(shè)備為主，平均使用年限8年。在與A區(qū)負(fù)責(zé)施工的單位溝通后了解到，其區(qū)域內(nèi)低壓設(shè)備具備基礎(chǔ)的MODBUS規(guī)約通信能力，詳見(jiàn)2.1節(jié)。

B區(qū)：新設(shè)備，平均機(jī)齡3年。在三年前出現(xiàn)火災(zāi)事故后，由于重建的任務(wù)緊急，當(dāng)時(shí)只有作為本地企業(yè)的甲公司具有在極短工期內(nèi)加急施工、設(shè)備調(diào)用、安裝調(diào)試的能力，故B區(qū)的過(guò)火設(shè)備更換由甲公司承擔(dān)。目前運(yùn)行的設(shè)備是具有基礎(chǔ)功能的低壓配電設(shè)備。雖不具備通信能力，但留有設(shè)備擴(kuò)展口，可以加裝通信模塊（如WiFi模塊、光纖通信模塊、IoT通信模塊等）。

C區(qū)：新中標(biāo)配電區(qū)域，由于合同中要求此區(qū)域中的配電設(shè)備具有通信能力，故加裝內(nèi)嵌通信模塊的設(shè)備。

2 系統(tǒng)硬件架構(gòu)及改造升級(jí)方案

2.1 A區(qū)改造方案

由于A區(qū)是預(yù)設(shè)的配電系統(tǒng)部署地，設(shè)備改造工作最多，相對(duì)任務(wù)較復(fù)雜。A區(qū)位于地下二層，面積相對(duì)較大，無(wú)線通信效果差，故采取有線通信的方式進(jìn)行設(shè)備改造。

首先，A區(qū)的設(shè)備目前運(yùn)行狀態(tài)良好，在項(xiàng)目合同中不要求更換，在盡量不破壞原有布線、低壓柜排列布局，并盡量減少成本的條件下進(jìn)行設(shè)備通信改造，并接入配電系統(tǒng)。A區(qū)的設(shè)備中，71%為西門(mén)子設(shè)備，29%為施耐德設(shè)備。兩品牌市場(chǎng)的占有率較高，同時(shí)技術(shù)資料也較多。

一方面，已安裝設(shè)備均具有基礎(chǔ)的MODBUS通信能力；但由于通信端口位于主模塊中，相對(duì)抗干擾能力不足，在通信過(guò)程中可能出現(xiàn)丟包、不回復(fù)等情況。另一方面，兩品牌的低壓設(shè)備均可外加單獨(dú)的通信模塊。外加的方式存在兩個(gè)問(wèn)題：一是成本的增加，二是配電柜改造施工時(shí)間延長(zhǎng)。一般情況下，如需改造，要對(duì)區(qū)內(nèi)多個(gè)配電箱加裝設(shè)備導(dǎo)軌，涉及到人員、施工、材料等諸多方面。在與廣電總局項(xiàng)目管理層充分協(xié)商后，決定采取第一種方式，即利用原有設(shè)備的通信能力，加裝通信線路及中繼設(shè)備的改造方案。進(jìn)一步地，考慮到原設(shè)備的MODBUS通信可靠性較低，采取分區(qū)加裝MODBUS中繼器（下文簡(jiǎn)稱“中繼器”）的方案以確保數(shù)據(jù)及時(shí)上傳。

如圖2所示，在改造施工過(guò)程中，由于MODBUS通信協(xié)議的通信距離存在限制，在保證盡可能在中繼器單機(jī)覆蓋范圍內(nèi)所有設(shè)備均能通信的要求下，經(jīng)過(guò)計(jì)算后規(guī)劃每20～30 m2安裝一臺(tái)MODBUS中繼器。圖中DevAx指代西門(mén)子品牌設(shè)備，DevBx指代施耐德品牌設(shè)備。中繼器的作用有兩方面：一方面，對(duì)其覆蓋范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行通信與數(shù)據(jù)采集；另一方面，對(duì)MODBUS規(guī)約進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)化，將對(duì)配電系統(tǒng)上行的報(bào)文轉(zhuǎn)換成電力系統(tǒng)常用的IEC104規(guī)約形式。規(guī)約轉(zhuǎn)換的好處在于：如上行數(shù)據(jù)依舊采取MODBUS協(xié)議，其通信距離和通信線路仍有較大限制；而IEC104協(xié)議報(bào)文以TCP/IP協(xié)議為載體，在普通加裝網(wǎng)線的通信線路上即可傳輸，亦無(wú)傳輸距離的限制。

總的來(lái)說(shuō)，中繼器的數(shù)據(jù)處理流程分為三個(gè)步驟：

（a）收集每臺(tái)中繼器所轄區(qū)域內(nèi)的設(shè)備數(shù)據(jù)，所采取的通信方式為有線MODBUS通信；（b）在中繼器內(nèi)部程序執(zhí)行，將經(jīng)由MODBUS協(xié)議上傳的各低壓設(shè)備的數(shù)據(jù)（如電壓、電流、電量等）進(jìn)行協(xié)議解析，并封裝入IEC104報(bào)文中；

（c）涉及到中繼器與作為上位機(jī)的配電系統(tǒng)進(jìn)行IEC104報(bào)文交互的具體流程。

中繼器的型號(hào)屬于甲公司的成熟產(chǎn)品序列，不涉及到硬件改造的問(wèn)題。本項(xiàng)目中，甲方廣電總局希望在中繼器原有軟硬件基礎(chǔ)上進(jìn)行加強(qiáng)，以保證所有設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)確上傳。圖3展示了中繼器對(duì)下讀取數(shù)據(jù)的第一步流程，命名a-I步驟。此步驟不同于配電設(shè)備應(yīng)用的一般協(xié)議，即每隔15 min輪詢下發(fā)讀取數(shù)據(jù)的報(bào)文[10]。甲方要求每間隔5 min讀取一次報(bào)文以保證實(shí)時(shí)性，此流程在中繼器中已開(kāi)發(fā)成熟，只需要改變查詢周期即可。

圖4中展示了中繼器對(duì)下的第二部分功能。假設(shè)輪詢過(guò)程中，由于主客觀原因某些設(shè)備未能上傳數(shù)據(jù)，則由中繼器根據(jù)記錄對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性查詢。圖4中，左側(cè)實(shí)心灰圓表示數(shù)據(jù)查詢成功，空心圓表示上一輪輪詢中未成功。加強(qiáng)查詢的功能屬于本項(xiàng)目中的定制開(kāi)發(fā)功能，只涉及到軟件開(kāi)發(fā)，周期較短。

當(dāng)中繼器將所轄區(qū)域內(nèi)設(shè)備數(shù)據(jù)查詢完畢后，電量數(shù)據(jù)的提取與IEC104規(guī)約[11]轉(zhuǎn)換的步驟在圖5展示的b流程中完成。此部分亦屬于中繼器成熟功能，不涉及開(kāi)發(fā)任務(wù)。

圖6中，中繼器所進(jìn)行的c流程主要是與配電系統(tǒng)的IEC104規(guī)約交互流程，主要包括總召回復(fù)、周期上報(bào)、突發(fā)告警等。由于IEC104規(guī)約的交互流程相對(duì)復(fù)雜，故單獨(dú)設(shè)計(jì)此步驟來(lái)保證與前續(xù)步驟解耦，以增強(qiáng)程序的魯棒性。

2.2 B區(qū)改造方案

在B區(qū)，三年前更換的設(shè)備具備通信接口的擴(kuò)展能力。同時(shí)考慮到B區(qū)位于地上一層，采用無(wú)線通信的方式已在備選方案中。在現(xiàn)場(chǎng)勘查后發(fā)現(xiàn)如采用有線通信的方式，A/B兩區(qū)的距離較遠(yuǎn)，且涉及不同樓層間的重新穿墻布線問(wèn)題，施工程序?qū)徟鷮⒈容^復(fù)雜。最終，在甲方的參與下，共同決定采取原設(shè)備加裝IoT通信模塊的方式，具體如圖7所示。

圖7中，DevCx指代甲公司的配電設(shè)備，設(shè)備右側(cè)的小IoT模塊表示通信功能是由擴(kuò)展模塊實(shí)現(xiàn)的?？紤]到通信報(bào)文所攜帶的數(shù)據(jù)經(jīng)由物聯(lián)網(wǎng)傳播，可能存在安全性隱患，故在通信報(bào)文進(jìn)入廣電總局內(nèi)網(wǎng)之前，需要經(jīng)過(guò)隔離解密裝置的軟硬件解密。

2.3 C區(qū)改造方案

C區(qū)屬于本次項(xiàng)目的新建設(shè)配電區(qū)域，在設(shè)備的選型上，采取一步到位的方式安裝內(nèi)嵌IoT通信功能的配電設(shè)備。C區(qū)建設(shè)方案如圖8所示。同B區(qū)類似，C區(qū)與A區(qū)的地理間隔更遠(yuǎn)，采取無(wú)線通信的方式最為經(jīng)濟(jì)。在B/C兩區(qū)的通信過(guò)程中，通信報(bào)文在進(jìn)入內(nèi)網(wǎng)前需要穿透隔離解密裝置，將其安裝在A區(qū)。由于A區(qū)位于地下二層，無(wú)線信號(hào)相對(duì)來(lái)說(shuō)強(qiáng)度不足，所以本項(xiàng)目中所應(yīng)用的隔離解密裝置除具有一般的報(bào)文解密、數(shù)據(jù)隔離功能外，還具有較強(qiáng)的信號(hào)放大增強(qiáng)功能，以方便接收另外兩區(qū)的IoT報(bào)文。

2.4 IoT通信規(guī)約的安全性設(shè)計(jì)

由于B/C兩區(qū)的通信報(bào)文經(jīng)由外網(wǎng)接入配電系統(tǒng)，所以存在一定的安全性隱患。結(jié)合設(shè)備的硬件情況，本項(xiàng)目中采取了軟硬件相結(jié)合的三層加密方式，如圖9所示。

如圖9所示，IoT報(bào)文的加密分為三個(gè)層次，前兩層為軟件加密層，第三層為硬件加密層。在第一層加密中，在原始IEC104報(bào)文的基礎(chǔ)上添加前后兩段加密報(bào)文，命名為Encry-I/Encry-II。Encry-I為系統(tǒng)中已授權(quán)通信的設(shè)備的SN號(hào)，是每臺(tái)設(shè)備具有的全球唯一的可追溯編碼；Encry-II為改進(jìn)型CRC校驗(yàn)碼字段，采用特殊算法對(duì)通用CRC碼進(jìn)行偏移計(jì)算所得。第二層加密，對(duì)完整報(bào)文應(yīng)用甲公司特有的且已申請(qǐng)專利的不可逆推算法進(jìn)行加密。第三層加密涉及硬件芯片層次的加密。在后文所提到的IoT擴(kuò)展模塊或內(nèi)嵌模塊中，集成有與作為接收端的隔離解密裝置所配對(duì)的N∶1加解密芯片，如IoT報(bào)文無(wú)法通過(guò)芯片解密，則被丟棄。

2.5 系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)

本節(jié)將闡述系統(tǒng)的總體架構(gòu)。圖10中，最上端的監(jiān)控平臺(tái)為廣電總局的綜合管理系統(tǒng)，是本次項(xiàng)目的最終數(shù)據(jù)收集端。中間部分的虛線框是甲公司開(kāi)發(fā)部署的配電系統(tǒng)，分為兩個(gè)功能相對(duì)區(qū)分明顯的部分。配電系統(tǒng)-I部分是甲公司已開(kāi)發(fā)并大規(guī)模應(yīng)用的配電調(diào)度系統(tǒng)，在本項(xiàng)目中直接使用。其主系統(tǒng)部署在A區(qū)，操作展示平臺(tái)部署在電工班值班室，以方便電工實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于需要將用電數(shù)據(jù)反饋到監(jiān)控平臺(tái)，故開(kāi)發(fā)第II部分，即DTP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)程序（Data Transferring Program）。圖10中的最下方代表將區(qū)域內(nèi)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)通過(guò)有線、無(wú)線方式上傳的三個(gè)配電區(qū)。

3 DTP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)程序的設(shè)計(jì)

DTP程序作為配電系統(tǒng)對(duì)上通信的關(guān)鍵部分，是本項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)重點(diǎn)。總的來(lái)說(shuō)，DTP程序的任務(wù)是從配電系統(tǒng)I中提取所有的設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，并將之以合適的形式發(fā)送至上級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)，其各部分的設(shè)計(jì)闡述如下。

3.1 主從通信模式的設(shè)置

項(xiàng)目中的各部分之間的通信模式如圖11所示。配電系統(tǒng)I與三個(gè)配電區(qū)域的設(shè)備之間，配電系統(tǒng)作為客戶端，三區(qū)的設(shè)備作為服務(wù)器端。設(shè)備需要周期性或?qū)崟r(shí)向相應(yīng)配電系統(tǒng)I發(fā)送數(shù)據(jù)查詢請(qǐng)求，故設(shè)置為服務(wù)器端。在監(jiān)控系統(tǒng)與配電系統(tǒng)的通信過(guò)程中，將DTP程序作為數(shù)據(jù)請(qǐng)求的響應(yīng)端，設(shè)置成為服務(wù)器模式。配電系統(tǒng)內(nèi)部，兩部分之間采用共享內(nèi)存的技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。

3.2 通信數(shù)據(jù)的種類及規(guī)約報(bào)文設(shè)置

配電設(shè)備上報(bào)的數(shù)據(jù)分為3種：遙測(cè)、遙信、告警，分別對(duì)應(yīng)模擬量、數(shù)字量和告警信息。模擬量指的是設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的電壓電流等非開(kāi)關(guān)量的數(shù)據(jù)；數(shù)字量代表開(kāi)關(guān)類設(shè)備的狀態(tài)信息，如斷路器的狀態(tài)1表示接通，0表示關(guān)閉；告警信息為設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生的報(bào)警字符串。

DTP程序隨配電系統(tǒng)I一起啟動(dòng)，在初始化過(guò)程中，程序讀取計(jì)劃上傳設(shè)備及其通信數(shù)據(jù)的配置文件。與上文提到的數(shù)據(jù)量對(duì)應(yīng)，配置文件中對(duì)模擬量和數(shù)字量進(jìn)行預(yù)設(shè)。在圖12中配置的是0號(hào)設(shè)備“1#主進(jìn)低壓表”需要上傳的多個(gè)模擬量。在一級(jí)配置中，“analog”指此配置塊中的數(shù)據(jù)為模擬量，“devno”指設(shè)備號(hào)，“desc”是描述設(shè)備信息的字符串，“ananum”指此設(shè)備中一共配置有134個(gè)模擬量。二級(jí)配置“item”中，“net_no”指對(duì)上傳輸報(bào)文中，某條數(shù)據(jù)的編號(hào)。“scd_devno”和 “scd_no”兩字段能定位到配電系統(tǒng)I中的具體某條模擬量的記錄，以方便抽取數(shù)據(jù)。 “scd_devno”指集中器的編號(hào)，在A區(qū)中，由于采取了加裝MODBUS中繼器的改裝方式，此字段反映具體的中繼器編號(hào)；在B/C二區(qū)中，無(wú)中繼器，此字段默認(rèn)設(shè)置成0。“desc”是描述模擬量信息的字符串。類似地，圖13中展示了數(shù)字量的配置方式，具體功能不再贅述。

在廣電總局已部署的監(jiān)控系統(tǒng)中，開(kāi)發(fā)方預(yù)留的通信方式為簡(jiǎn)單的Socket通信規(guī)則?？偟膱?bào)文格式見(jiàn)表1所列。

雙方約定的通信規(guī)則為：模擬量和數(shù)字量，一幀30個(gè)量，2 min上發(fā)一次；報(bào)警信息實(shí)時(shí)上送。在表1中，“key”為監(jiān)控系統(tǒng)已設(shè)定好的標(biāo)識(shí)符，每個(gè)組可以跟隨多條“value”值，值之間用分隔符“|”連接。模擬量的標(biāo)識(shí)符命名規(guī)則為Sx-Ex-Ax-VA，如S0-E2-A3-VA指代A區(qū)第3臺(tái)設(shè)備的第4個(gè)模擬量的測(cè)點(diǎn)當(dāng)前值（計(jì)數(shù)從0開(kāi)始）。同樣地，數(shù)字量命名規(guī)則為Sx-Ex-Dx-OV，如S0-E2-D3-OV表示A區(qū)第3臺(tái)設(shè)備的第4個(gè)數(shù)字量的原始采集值。命名方式的最后部分為固定字母的命名規(guī)則，配電系統(tǒng)可以用到的數(shù)據(jù)類型見(jiàn)表2所列。

報(bào)警信息的組幀流程相對(duì)復(fù)雜，報(bào)警數(shù)據(jù)的“value”由多條文字信息組成，同時(shí)報(bào)警的狀態(tài)值也存在等級(jí)劃分，見(jiàn)表3所列。

以一條實(shí)際的報(bào)警報(bào)文為例，“S0-E1-A4-EV|3#AL|模擬量過(guò)低報(bào)警，當(dāng)前值為：|4|2022-12-04 09：21：42|75DAD6DA-ABC6-48DC-BAF5-9BF147486179|”：代表A區(qū)第2臺(tái)名稱為“3#AL”的設(shè)備的第4個(gè)模擬量出現(xiàn)數(shù)值過(guò)低的報(bào)警，報(bào)警發(fā)生在2022-12-04 09：21：42時(shí)刻，當(dāng)前的數(shù)值為經(jīng)過(guò)十六進(jìn)制轉(zhuǎn)換的“75DAD6DA-ABC6-48DC-BAF5-9BF147486179”字符串。

3.3 DTP軟件流程設(shè)計(jì)

圖14闡述了DTP的兩種運(yùn)行情景，在隨配電系統(tǒng)I一起啟動(dòng)后，DTP初始化階段讀入4.2節(jié)描述的配置文件，然后進(jìn)入等待狀態(tài)。按甲方要求，三區(qū)的運(yùn)行數(shù)據(jù)每間隔5 min統(tǒng)一上報(bào)，如情景A所示。在到達(dá)設(shè)置時(shí)間后，DTP通過(guò)共享內(nèi)存抽取配電系統(tǒng)I收集到的數(shù)據(jù)，然后按表1的格式進(jìn)行組幀，隨即發(fā)送后進(jìn)入下一輪次的等待。同時(shí)，DTP保留有實(shí)時(shí)應(yīng)答監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)請(qǐng)求的能力，以應(yīng)對(duì)特殊應(yīng)用場(chǎng)景下人工查詢的需要。在情景B中，如配電系統(tǒng)I接收到任何報(bào)警信息，將實(shí)時(shí)上報(bào)。

3.4 通信介質(zhì)的選擇

DTP程序向監(jiān)控系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)過(guò)程中，需要跨越較大的空間間隔，即從地下二層的電工班值班室，到監(jiān)控系統(tǒng)部署所在的舊樓地上8層。其通信介質(zhì)選擇需要同時(shí)滿足可靠性與實(shí)時(shí)性的要求?？紤]到廣電總局已有的軟硬件設(shè)施，可供選擇的通信介質(zhì)分為有線傳輸與無(wú)線傳輸兩大類。具體來(lái)說(shuō)，無(wú)線傳輸包括WiFi和IoT方式，有線傳輸包含網(wǎng)線和光纖。

無(wú)線傳輸?shù)娜秉c(diǎn)在于：項(xiàng)目前廣電總局舊樓各樓層間不存在支持WiFi和IoT的現(xiàn)有設(shè)備，需要重新加裝。另外，相對(duì)有線方式，無(wú)線傳輸?shù)臅r(shí)延稍大。綜上，本項(xiàng)目中不采用無(wú)線方式。在舊樓的弱電井中，預(yù)留有可以直達(dá)各樓層間的網(wǎng)線及光纖接口。網(wǎng)線傳輸方式本質(zhì)上仍是電信號(hào)的傳輸，雖然在網(wǎng)線外層已做屏蔽處理，但考慮到弱電井中的其他電信號(hào)干擾，故不采用。最終選定的通信方式為光纖通信。

4 系統(tǒng)部署及測(cè)試

由于改造前采取人工巡視加電話匯報(bào)的方式，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性無(wú)法得到保證，三年前的B區(qū)火災(zāi)事故部分也由此原因引發(fā)。對(duì)于本次項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，廣電總局最關(guān)心的是數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。故配電系統(tǒng)部署后，主要驗(yàn)證時(shí)效性的提高。其他配電數(shù)據(jù)涉及到合同保密條款，本文中不予展示。

在表4中，改造前不存在C區(qū)，故無(wú)數(shù)據(jù)；B區(qū)曾出現(xiàn)因數(shù)據(jù)審查不及時(shí)導(dǎo)致的事故，所以最大值記為無(wú)窮大?？梢钥闯?，A區(qū)的實(shí)時(shí)性最大值提升9倍，平均值提升15倍；B區(qū)平均值提升10倍，總的來(lái)說(shuō)取得較好效果。B/C二區(qū)的時(shí)延稍大，因?yàn)椴扇〉氖荌oT通信方式，經(jīng)由外網(wǎng)傳輸有一定的延時(shí)。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文針對(duì)某省廣電總局配電管理及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)綜合系統(tǒng)的項(xiàng)目需求，提出A/B/C三個(gè)配電區(qū)不同的改造及升級(jí)方案，并對(duì)配電系統(tǒng)與上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)之間的DTP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)，為響應(yīng)甲方的保密性要求，對(duì)IoT報(bào)文的數(shù)據(jù)量格式及安全性進(jìn)行多重設(shè)計(jì)。系統(tǒng)部署后，在時(shí)效性上取得較好效果，達(dá)到項(xiàng)目需求。

注：本文通訊作者為張偉。

參考文獻(xiàn)

[1]高軍.低壓配電管理系統(tǒng)智能化的運(yùn)用研究[J].電氣時(shí)代，2020，40（8）：65-66.

[2]崇加祥.智能化技術(shù)在配電系統(tǒng)管理中的應(yīng)用[J].集成電路應(yīng)用，2022，39（8）：190-191.

[3]沈毅.廣播電視臺(tái)供配電系統(tǒng)故障處理及智能化改造[J].電聲技術(shù)，2021，45（10）：50-52.

[4]張虹.廣電5G發(fā)展的戰(zhàn)略選擇與業(yè)務(wù)研究[J].數(shù)字通信世界，2022，18（11）：162-164.

[5]刁兆坤. 5G牌照發(fā)放加速網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與部署進(jìn)程[J].通信世界，2019，20（19）：39-41.

[6]薛廣昌. 5G商用牌照的發(fā)放對(duì)通訊產(chǎn)業(yè)的影響研究[J].質(zhì)量與市場(chǎng)，2020，40（3）：52-54.

[7]唐瑞峰. 5G牌照發(fā)放一周年，廣電系“巨無(wú)霸”呼之欲出[J].電視指南，2020，15（11）：62-63.

[8]李東，郝艷妮，彭升輝，等.國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)信息化建設(shè)現(xiàn)狀及智能化發(fā)展展望[J].中國(guó)科學(xué)基金，2023，37（2）：307-312.

[9]顧躍.廣電網(wǎng)絡(luò)中的電氣技術(shù)及電子技術(shù)應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015，22（9）：63-64.

[10]國(guó)家電網(wǎng)公司.電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議：Q/GDW376.8-2013 [S].北京：中國(guó)電力出版社，2013.

[11]全國(guó)電力系統(tǒng)控制及其通信標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).遠(yuǎn)動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)：DL/T634.5104-2002 [S].北京：中國(guó)電力出版社，2002.

作者簡(jiǎn)介：?jiǎn)虧声i（1995—），男，山西大同人，本科，助理實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

張 偉（1988—），男，河北定州人，碩士，講師，研究方向?yàn)樗惴ㄔO(shè)計(jì)與分析、人工智能與大數(shù)據(jù)。