基于云计算的电力通信远程监测系统设计

张 博

（国网河北营销服务中心，河北 石家庄 050000）

0 引 言

在实现电网高效调度和安全供电的管理前提下，电力通信网已经成为现代电力系统中不可或缺的组成部分。电力系统的安全运行监测贯穿整个电力生产活动，是电网高速运行状态下实现安全通信的重要保障。在越来越现代化和智能化的生产关系中，如何进行更高水准的电力调度是有待解决的难题，这也对电力企业的电力供销和服务提出了新的挑战[1]。随着电力系统自动化水平的不断提高，各种新项目逐渐融入到电力系统中，在不断增加的电力负荷需求下，电网运行的通信规模越来越大，单一的调度指令已经无法保证高效能的电网运行安全[2]。

云计算作为新型的电子技术，能够将并行和分布式两种计算方式融为一体，在虚拟化结合下对各类资源进行有效整合，保证海量数据在传输过程中的及时整合和采集。国内在该项技术的研究中发展较为迅速，涵盖大数据、人工智能以及网站建设等多个业务范畴[3]。为保证电力通信网的可靠运行，本文在云计算的基础上设计电力通信远程监测系统，利用云计算对数据的模拟优势为新业务有序开展提供理论支持。

1 电力通信远程监测系统硬件设计

对电力通信远程监测数据采集节点的设计必须充分考虑供电电源的数目及有效通信的实时要求，此次采用LEM-SENTINEL蓄电池传感器，集中测量电力通信线路的电压和温度。在电路中设置内阻装置和控制器，通过上下串行的通信协议完成指令数据之间的转换，实现持续的数据采集和单线路传输的自主运行，其结构组成如图1所示。

图1 传感器内部结构图

在不同电压的连续运作中，供电源内部的阻抗能力和接收效果呈现近似比例关系。在密闭式的电阻通信结构下，完成各个数据监测点的采集布控。

2 电力通信远程监测系统软件设计

2.1 多点位划分远程通信站点

通信站点作为远程监测系统的核心部分，一般以光缆监测为主，能够对不同环路中的通信数据进行光纤保护，有效保证多通路的信息数据源采集。由于光纤的布控较为复杂且成本较大，因此对其远程站点规划建设中，需要根据相关工程的实际情况对监测站位置进行监测长度划分和对网络拓扑剩余程度进行考量。安置好的变电站中须具备环路保护装置，通过网络相切结构保证电力通信网的通信业务实现。利用多点位划分原则，以变电站为起始点，按照光缆线路两个相邻切点的连接处位置，直接布控或者是设立不同等级的RTU通信站点，不仅可以通过采光开关来实现多个方向的线路监测，而且还能提高通信站点的有效利用率。在变电站的两侧分别以满足最大监测距离进行单环路和双环路的交错设计，在主要线路中安置通信站点，分别对光纤环路中的网络进行网状结构设置，最大限度满足电力用户的需求。

2.2 基于云计算分解信号完成监控

在远程通信站点采集数据的过程中，会产生一些噪声信号点，若不进行随机噪声的处理，则会影响整体数据监测信息的分析。基于云计算对不规则信号进行分解，将处于高频信息段内的噪点部分进行剔除。利用噪声小波变换的系数转换设置一个阈值，对小于其的小波系数置零，大于其的进行保留，重复数次。初速噪声叠加表达式为：

式中，g(t)表示叠加的原始信号，i(e)表示采集到的有效信号，q(e)表示噪声信号。在对原始信号进行离散小波分解后，有效信号能够形成不同的系数。若此时噪声系数较为均匀，则可以对其均匀的系数进行消除，达到对原信号降噪的目的；若其中某次噪声信号的系数不均匀或是有效信号中的系数与其相似，则将阈值置零，重新进行分解。至此，在多点位划分远程通信站点设置下，基于云计算分解信号去除噪点，完成远程电力通信监控系统的设计。

3 测试与结果分析

3.1 测试环境搭建

为验证此次设计的远程监控系统具有实际应用效果，采用实验测试的方法对其性能进行分析，通过对该系统上下位通信能力的检测，验证其在电力通信过程中各个数据库之间的连接性能，以此证明此次设计系统的可行性[4]。在选择网络调试工具的基础上，利用MABTAL测试软件进行TCP/IP的通信方式连接，将其与系统中的上下位子系统进行调试，具体显示页面如图2所示。

图2 通信调试助手显示界面

在调试软件中，输入电力通信的监测IP与端口账号，将协议设置为TCP-SEVER模式，在下位子系统完成启动后，能够在该界面看到各个监测点的测试数据，以此证明上下位子系统的通信状态连接成功。

3.2 数据库监测连接

在调试助手连接完成后，对上下位子系统的定位点进行设置，通过输入与上述相同的IP源地址和端口号码，点击连接按钮在通信日志中，对数据的传输模式进行设定。当设置各条线路的监测点位后，对每个监测点的源地址进行标记，每个端口的通信收集日志需要对应文件，以此区分不同时间段内采集到的数据信息，具体通信远程监控界面如图3所示。

图3 远程通信模块界面

在数据能够正常显示在主界面上后，对需要监测的定位点安装报警装置，一旦数据出现高强负荷状态，可以在第一时间发出预警。其余状态下为电力通信运行正常，表示数据采集成功且电力通路的通信性能良好。在上下子系统连接成功后，对需要监测的数据信息按照时间顺序上传至系统数据库中，对本系统与数据连接过程中的区域进行测试，验证在各个时间段内均可以完成历史数据查询[5]。

3.3 监测结果分析

为进一步验证本文系统能够在监测点发生故障时，直接将该电力线路的负荷上传至远程监测系统中完成各电力通信支线的相互转换，本次测试的电路在安装监测设备时已经常态运行8 h，此时电力通路的运行状态处于高峰时段。设置该电力线路最高数据负荷承载能力为7 425 MB，在接近6 000 MB负荷时线路会出现预警信息。通过收集近1 h内的电力数据，按照每10 min为一次数据采集间隔，在上下子模块中进行源地址负荷采集，具体监测结果如图4所示。

根据图4，在1 h的监测间隔内所有电力数据均能在子系统的PC端内显示，证明采集到的数据能够上传至该系统。观察移动端所有监测到的数据，能够看出各个时段的监测数据呈现上升趋势，表明此时的线路处于电力高峰负荷时段。其中，对于超过负载时间段内的数据，该界面也完成了停更，表明在连续数据采集过程中对出现故障位置的数据能够及时进行中断处理。完成路线修复后，在下个监测时间段仍可以完成检测，具有较好的实际应用效果。

图4 子系统PC端监测数据显示

4 结 论

本次在对下位机的各个硬件模块进行重新选型和电路设计后，对主控芯片的控制供电模块进行重组连接，直接实现了各通路电路的PC集中处理，完成了无线传输的数据格式解析。实验结果表明，本文系统能够对超出数据负荷点的线路进行有效监控，保证不同时间段内的数据均可以清楚地显示在上下位子系统中，具有较好的实际应用效果。