CN215071803U

CN215071803U - 变电站在线监测系统

Info

Publication number: CN215071803U
Application number: CN202120619338.0U
Authority: CN
Inventors: 税少洪; 刘波
Original assignee: Sichuan Honghui Power Technology Co ltd
Current assignee: Sichuan Honghui Power Technology Co ltd
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2021-03-26
Publication date: 2021-12-07
Anticipated expiration: 2031-03-26

Abstract

本实用新型公开了一种变电站在线监测系统，包括：管控平台、安全接入平台、交换机、安全网关、汇聚设备、在线监测装置，所述管控平台与安全接入平台通信连接，所述管控平台还与多台交换机通信连接，所述交换机包括变电站综合数据网交换机和地市公司专网交换机，所述变电站综合数据网交换机与变电站视频通信连接，所述变电站综合数据网交换机通过安全网关和汇聚设备通信连接，所述汇聚设备包括边缘物联代理设备和多个汇聚节点，所述边缘物联代理设备连接多个汇聚节点，所述汇聚节点连接多个在线检测装置。

Description

变电站在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及变电站监测领域，尤其涉及一种变电站在线监测系统。

背景技术

公司电网设备规模快速发展，基层设备管理人员不足与设备规模持续增长与之间的矛盾日益突出。现有生产信息系统设备业务在线化和移动化未全面覆盖，智能装备和技术未充分发挥作用。设备状态无法及时全面感知，大量业务数据需要人工采集、录入，基础数据质量不高，智能监控、精益运维、精准检修等核心支撑能力不足，未能有效减轻基层工作负担。

当前迫切需要持续深化设备自动化、智能化和信息通信技术融合，统一设备数据模型，设计变电专业数字化总体解决方案。应用数字化新技术，实现自动化和信息化的数据全面贯通与业务一体化设计，推广业务流程在线化、生产作业移动化等业务新模式，提升设备状态研判及处理能力，赋能一线作业人员，提高基层工作质效。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供一种变电站在线监测系统。

本实用新型通过以下技术方案实现：一种变电站在线监测系统，其特征在于，包括：管控平台、安全接入平台、交换机、安全网关、汇聚设备、在线监测装置，所述管控平台与安全接入平台通信连接，所述管控平台还与多台交换机通信连接，所述交换机包括变电站综合数据网交换机和地市公司专网交换机，所述变电站综合数据网交换机与变电站视频通信连接，所述变电站综合数据网交换机通过安全网关和汇聚设备通信连接，所述汇聚设备包括边缘物联代理设备和多个汇聚节点，所述边缘物联代理设备连接多个汇聚节点，所述汇聚节点连接多个在线检测装置。

进一步的，所述变电站综合数据网交换机通过VPN连接变电站视频。

进一步的，所述安全接入平台安装有GGSN设备，所述GGSN设备部署有APN。

进一步的，所述安全网关为微型安全接入网关。

进一步的，所述边缘物联代理设备通过DL/T645或DL/T698.45或Q/GDW1376.1或Q/GDW1376.2或Q/GDW1376.3或DL/T634.5101或DL/T634.5104或Modbus通信链路实现通信接入。

进一步的，所述边缘物联代理设备通过无线通讯设备或者有线通讯设备连接多个汇聚节点，所述汇聚节点通过无线通讯设备或者有线通讯设备连接多个在线检测装置。

进一步的，所述无线通讯设备包括ZigBee网关，LoRa网关。

进一步的，所述通信连接包括以下接口通讯接口，2路RJ45 网口、4路RS-485、1路RS-232 、1路WIFI、2路4G。

本实用新型的有益效果：

（1）本实用新型通过汇聚节点将多个在线监测装置与边缘物联代理设备连接，边缘物联代理设备通过边缘计算，实现了跨专业数据的就地集成共享；

（2）本实用新型通过汇聚节点将所有采集的数据完成汇总并进行传输，实现了对感知对象的属性信息汇集。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的系统结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，本实用新型公开了一种变电站在线监测系统，包括：管控平台、安全接入平台、交换机、安全网关、汇聚设备、在线监测装置，所述管控平台与安全接入平台通信连接，所述管控平台还与多台交换机通信连接，所述交换机包括变电站综合数据网交换机和地市公司专网交换机，所述变电站综合数据网交换机与变电站视频通信连接，所述变电站综合数据网交换机通过安全网关和汇聚设备通信连接，所述汇聚设备包括边缘物联代理设备和多个汇聚节点，所述边缘物联代理设备连接多个汇聚节点，所述汇聚节点连接多个在线检测装置。

进一步的，所述安全网关为微型安全接入网关。

进一步的，所述边缘物联代理设备

通过DL/T645或DL/T698.45或Q/GDW1376.1或Q/GDW1376.2或Q/GDW1376.3或DL/T634.5101或DL/T634.5104或Modbus通信链路实现通信接入。

进一步的，所述无线通讯设备包括但不限于ZigBee网关，LoRa网关。

其中，本实施例的具体实施原理流程如下：

一、变电站在线监测系统体系四层结构

1、感知层：感知层包含传感器和汇聚设备两部分。传感器用于采集各类设备状态信息，并将数据传输至汇聚设备；汇聚设备包含汇聚节点、边缘物联代理等设备，实现数据汇聚、数据传输和边缘计算。

2、网络层：网络层包含综合数据网、电力光纤网络、无线专网、电力APN通道等通讯通道及相关网络设备，为数据传输提供网络通道。

3、平台层：平台层为输变电设备状态监测系统和物联管理平台，接入变电站在线监测数据，并将数据推送至应用层。

4、应用层：应用层为PMS系统、电网运检智能分析管控系统（以下简称“运检管控系统”）等各类应用系统。

二、变电站在线监测系统的设备定义及功能

在线监测传感器（智能传感器）是具有数据采集、处理和通信能力，能感受被测量并根据一定规律（数学函数法则）以数字量方式向本地通信网络提供感知数据的传感器。

汇聚节点是具备信息交互和智能处理能力的专用装置，可连接采集控制终端，实现对感知对象的属性信息汇集；可以将经定制化业务应用处理后的数据上送边缘物联代理，并接收上层的控制命令；可实现局部的业务自治功能。

边缘物联代理是对各类智能传感器、智能业务终端进行统一接入、数据解析和实时计算的装置或组件，实现对多种通信方式和协议规约的适配。与输变电设备状态监测系统、物联管理平台双向互联，部署在边缘侧，实现跨专业数据就地集成共享、云边协同业务处理。部署在边缘物理代理上的各类APP需进行安全测评。

输变电设备状态监测系统是管理变电站在线监测装置和数据的信息系统，可对设备状态、运行环境等关键数据开展实时监测、统计、分析、诊断、预警。物联管理平台可汇集变电站在线监测数据，可向其它相关应用提供标准化状态监测数据。

PMS系统支撑数据查看、表计抄录等应用；运检管控系统微应用支撑告警分析、研判等高级应用。PMS系统从输变电设备状态监测系统获取变电站在线监测装置发送的实时数据；运检管控系统从输变电设备状态监测系统、物联管理平台获取变电站在线监测装置发送的实时数据，当输变电设备状态监测系统、物联管理平台采集相同数据时，双通道互为备份。

三、变电站在线监测系统的软硬件配置

基于嵌入式系统的软硬件架构，可灵活配置复杂边缘计算模型并就地运算，如多路同步计算，复杂算法终端等。可脱离平台控制的情况下，可支持就地配置边缘计算任务。边缘物联代理向下和汇聚节点通信，经过边缘计算，向上向省公司物联网管理平台提供各类数据。针对海量传感器接入和运算需求，接入接点设计面向设备管理业务的标准边缘计算框架，建立边缘算法APP化就地搭载和算法远程配置机制，实现数据就地计算、算法远程配置、接口标准统一。

输变电边缘物联代理（边缘物联代理）功能设计上分为基础设施层、网络通讯层、安全管理层、公共服务层和业务层。

（1）基础设施层：在平台服务器选择上，充分考虑安全性和稳定性，要求使用嵌入式linux系统，系统包含WiFi、蓝牙、LORA、Zigbee等通讯设施。

（2）网络通讯层：在linux环境下，使用高级语言实现对WiFi、蓝牙、LORA、Zigbee设备的通讯支持，实现对汇聚单元统一接口协议和统一通信协议接入。

（3）安全管理层：实现对安全芯片的认证集成以及对设备身份的认别，实现与汇聚单元及物联网平台安全通信。

（4）公共服务层：以MQTT协议为设备和物联网平台提供数据交互能力，接收应用程序更新、配置、删除等远程管理功能。支持I2规约通讯方式。可以通过I2通讯规约与输变电在线监测系统通信。

（5）业务层：平台的最终操作及用户接口层，通过调用服务接口交互方式，完成业务系统和功能实现并最终与用户进行交互。业务层各汇聚单元厂家可以实现数据展现。

四、输变电边缘物联代理硬件

（1）CPU：内存：≥8G 存储：≥256G；

（2）操作系统：linux(Ubuntu 16.04 LTS (Xenial Xerus)、Ubuntu 18.04 LTS)；

（3）容器：Docker版本必须高于17.06(请勿使用18.09.0版本，此版本存在严重bug)；

（4）通讯接口：RJ45 网口2路 RS-485 4路 RS-232 1路、WIFI 1路、2路4G；

（5）北向安全：通过安全加密芯片连接安全平台接入内网或通过安全代理客户端通过安全网关接入内网；

（6）南向安全：SM1、SM2、SM4等国家标准加密策略算法具备芯片硬件身份认证功能。

五、输变电边缘物联代理软件

（1）输变电边缘物联代理北向通讯具备2种以上的通讯方式。具备：与物联网平台通讯采用MQTT通信协议，与输变电在线监测系统采用I2通信规约；

（2）北向的安全加密方式，具备通过安全代理客户端接入内网或通过安全芯片、TF卡加密方式接入内网；

（3）具备轻量级数据库功能。例如MYSQL、Fastdb等数据管理功能；

（4）南向支持MQTT、MODBUS、国网低功耗组网通讯协议等通讯协议；

（5）南向数据采集功能，具备通过配置即可完成数据采集的功能，采用Edge X等物联网框架；

（6）南向通信支持SM1、SM2、SM4等国家标准加密策略算法；

（7）南向与汇聚节点通信采用硬件指纹认证方式进行身份认证管理功能。

六、通信协议

（1）下行通信协议：边缘物联代理宜根据不同的应用场景分别采用DL/T 645、DL/T698.45、Q/GDW 1376.1、Q/GDW1376.2、Q/GDW1376.3、DL/T 634.5101、DL/T 634.5104、Modbus等通信协议实现电力物联网终端的接入。

（2）上行通信协议：边缘物联代理与物联管理平台的连接宜采用MQTT协议、协议格式应符合《物联管理平台技术和功能规范第4部分：边缘物联代理与物联管理平台交互协议规范》要求。网络层IP协议宜同时支持IPv4和IPv6协议、IPv6协议应能进行远程开启或关闭。

七、操作维护与管理

1、边缘物联代理支持多种操作维护界面：

（1）支持命令行或图形界面操作维护方式；

（2）支持Web界面或客户端操作维护方式。

2、边缘物联代理的操作维护接口：

（1）支持通过网口或串口进行本地维护；

（2）支持SSH登录和本地登录维护；

（3）支持MQTT协议进行远程网络管理。

3、边缘物联代理支持设备信息查询及配置管理：

（1）能查询设备配置信息、运行工况、软硬件版本信息等；

（2）能配置设备名称、网络信息、设备当前时间、CPU以及内存告警门限等；

（3）能本地及远程重启与升级；

（4）监控应用软件的运行状态、以及对应用程序进行停止、重启等控制；

（5）对电力线载波通信、实现对通信网络的拓扑识别；

（6）支持用户登录、操作信息、运行状态、移动存储设备接入、异常网络访问等事件信息的采集；

（7）支持触发性事件信息的采集和周期性上送的状态类信息的采集；

（8）具备定期系统自检的功能；

（9）提供故障告警功能、并对告警严重程度进行分级。

4、边缘物联代理支持性能管理功能：

（1）支持设备的上下行流量统计；

（2）支持设备性能数据的分析和统计、性能统计数据宜包括：

a)所连接终端的实时上下传速率；

b)网络上行链路带宽的可利用率；

c)与物联管理平台所连接的业务通道数量等。

（3）可部署主、被动探针实现对通道工况、网络质量、业务应用服务质量等测量、优先采用可以承载在容器中的软探针；

（4）可接受下发的探测任务并对探测结果进行上报、并对探针的全生命周期进行管理。

5、边缘物联代理对连接的电力物联网终端进行管理：

（1）将电力物联网终端的相关信息注册到物联管理平台；

（2）将电力物联网终端的状态信息进行实时或周期性更新（采集）、并上传到物联管理平台；

（3）根据物联管理平台下发的控制命令对终端进行控制；

（4）对电力物联网终端设备信息模型的管理。

6、边缘物联代理支持对用户权限的安全管理功能：

（1）提供鉴权和访问控制、对操作维护人员实行身份认证、对于未授权用户访问应产生告警和日志记录；

（2）按照访问权限设置用户角色、并根据访问权限分配可访问的资源。

7、边缘物联代理提供日志功能：

（1）日志应至少包括系统日志（用于监测设备的运行状态）、操作日志（用于记录用户所执行的所有操作记录）和安全日志（记录用户登陆、注销等活动）、日志记录不可修改和删除、日志记录不少于5000条、支持采用循环记录方式自动定期清理过期日志；

（2）用户能够查询日志的详细内容、查看备份的日志时不能影响系统当前的日志记录；

（3）具备日志导出功能；

（4）边缘物联代理告警日志采集内容应符合《泛在电力物联网全场景安全监测数据采集基本要求》。

8、时钟同步：

（1）用于各级电网的调度机构、发电厂、变电站、集控中心的边缘物联代理时钟同步方式和精度要求符合DL/T 1100.1的要求、用于其他场景的边缘物联代理具备接受主站网络对时或北斗/GPS对时功能、授时精度为24小时误差不大于2s。

八、安全要求

1、边缘物联代理安全防护：

（1）按照GB/T 22239中相应等级的安全物理环境的要求实现物理安全防护；

（2）集成硬件安全模块或软件密码模块、实现与安全接入网关之间的双向身份认证和数据传输机密性、完整性保护、密码算法应采用国家密码主管部门认可的算法、应采用公司统一密码基础设施提供的数字证书和密钥管理等服务；

（3）具备对自身应用、漏洞补丁等重要程序代码、以及配置参数和控制指令等重要操作的数字签名和验证能力；

（4）支持本地及远程升级、并能校验升级包的合法性；

（5）具备安全监测、审计和分析功能、应支持软件定义安全策略、并支持自动和联动处置；

（6）采用校验技术或密码技术保证企业重要数据在存储过程中的完整性；

（7）采用密码技术保证企业重要数据在存储过程中的保密性；

（8）关闭设备调试接口、防范软硬件逆向工程；

（9）采用免受恶意代码攻击的技术措施或主动免疫验证机制及时识别入侵和病毒行为、并将其阻断；主动免疫验证机制包括但不限于对系统引导程序、系统程序、重要配置参数和应用程序等进行信任度验证、并在应用程序的关键执行环节进行动态验证、在检测到其信任度受到破坏后进行报警、隔离、恢复等处置、有条件的情况下宜上报审计记录；

（10）物理环境和计算环境要求应符合《泛在电力物联网感知层设备接入安全技术规范》中规定要求；

2、边缘物联代理对物联网终端安全接入要求：

（1）对接入的电力物联网终端进行身份认证及安全策略管控、并符合以下要求：

a)对于智能业务终端宜采用数字证书的认证技术；

b)对具备自管理功能非智能业务终端宜采用用户名加密码、指纹等认证技术；

c)对于不具备认证能力的非智能终端（如通过RS485接口接入的传感器等）可不认证、但应具有防物理破坏的措施。

（2）边缘物联代理与智能业务终端之间应能够终止认证超时接入设备的会话、能够终止规定次数认证失败的接入设备建立会话的尝试；

（3）对自身的安全状态进行标识、并具备将该状态标识向安全接入网关报送的能力；

（4）对边缘物联代理状态进行监测、如开盖检测、断电重连次数等、并具备向安全接入网关报送的能力。

九、高级功能

1、边缘计算，边缘物联代理支持设备注册、设备信息建模、任务调度、数据存储与处理、资源配置与编排等计算能力、并实现以下功能：

（1）支持云边协同、支持统一可信边缘计算框架；

（2）支持基于设备信息统一物模型、宜支持设备模型存储、管理、更新、组合、基于模型的数据校核、数据过滤、控制命令校核；

（3）支持数据存储、分发与共享、支持对历史数据查询与处理、支持对实时数据的订阅与处理、历史数据查询与实时数据订阅宜支持基于设备名称、设备类型对数据进行过滤；

（4）支持基于API接口或消息总线的数据共享机制；

（5）具备资源配置与编排等计算能力、并可以容器化方式部署；

（6）支持函数计算、流计算、基于SQL的实时数据处理、基于规则的数据处理等功能；

（7）支持场景联动、自定义事件触发及处理机制。

十、性能要求

1、边缘物联代理性能符合以下要求：

（1）采用工业级CPU、主频不低于双核800Hz、内存不低于1GB、用于输电线路FLASH不低于2GB、用于其他场景FLASH不低于8GB、宜支持扩展存储；

（2）容器并行运行数≥4个；

（3）设备透明转发时延≤0.5s；

（4）接入终端数量≥100台；

（5）设备平均无故障工作时间应达到30000h以上。

十一、电源要求

1、边缘物联代理供电电源符合以下要求：

（1）采用交流220V、直流48V、直流24V或直流12V供电；

（2）交流允许偏差－15%～＋15%；

（3）直流电源电压纹波系数小于 5%；

（4）电源暂降100ms时不重启、不死机、性能不下降；

（5）支持掉电监测告警功能；

（6）以太网口可支持PoE供电；

（7）用于输电线路的设备功耗不宜超过10VA、用于其他场景的设备功耗不宜超过30VA、但用于视频业务的设备功耗不受限制;

（8）提供短期的备用电力供应（如超级电容或蓄电池）。

十二、环境要求

1、室内设备

边缘物联代理装置用于机房、办公区等室内环境时、符合以下要求：

（1）温度要求：-25℃～+55℃；

（2）大气压力63kPa～108kPa（海拔4000米以下）；

（3）相对湿度要求：10%～95%（不凝露也不结冰）。

2、室外设备

室外设备适用于室外、楼道等环境时、符合以下要求：

（1）温度要求：-40℃～+70℃；

（2）大气压力63kPa～108kPa（海拔4000米以下）；

（3）相对湿度要求：10%～95%（不凝露也不结冰）；

（4）盐雾：对沿海及户外使用的设备、应符合GB/T 2423.17要求。

十三、其他功能

用于视频终端接入的边缘物联代理设备功能如下：

（1）边缘物联代理应采用Q/GDW 1517.1规定的通信协议与视频终端及和统一视频平台通信；

（2）边缘物联代理对视频终端的管理满足以下要求：

a)支持将电力物联网终端的相关信息按照Q/GDW 1517.1要求注册到统一视频平台；

b)支持将电力物联网终端的状态信息进行实时或周期性更新（采集）、并上传到统一视频平台；

c)支持根据统一视频平台下发的控制命令对终端进行控制；

d)支持对视频终端设备信息模型的管理。

（3）边缘物联代理与统一视频平台之间的数据传输采用基于国家密码管理部门认可的密码算法、其中视频数据加密应符合Q/GDW 11703中数据加密要求；

（4）边缘物联代理宜按需支持视频数据的分析计算、具体要满足以下要求：

a)根据视频编解码及分析路数配置相当算力的计算资源；

b)支持视频分析任务的管理、包括任务的接收、查询、修改及删除；

c)支持对算力的动态管理与性能查询；

（5）支持视频分析算法与分析模型的管理、查询与远程升级。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种变电站在线监测系统，其特征在于，包括：管控平台、安全接入平台、交换机、安全网关、汇聚设备、在线监测装置，所述管控平台与安全接入平台通信连接，所述管控平台还与多台交换机通信连接，所述交换机包括变电站综合数据网交换机和地市公司专网交换机，所述变电站综合数据网交换机与变电站视频通信连接，所述变电站综合数据网交换机通过安全网关和汇聚设备通信连接，所述汇聚设备包括边缘物联代理设备和多个汇聚节点，所述边缘物联代理设备连接多个汇聚节点，所述汇聚节点连接多个在线检测装置。

2.根据权利要求1所述的一种变电站在线检测系统，其特征在于，所述变电站综合数据网交换机通过VPN连接变电站视频。

3.根据权利要求1所述的一种变电站在线检测系统，其特征在于，所述安全接入平台安装有GGSN设备，所述GGSN设备部署有APN。

4.根据权利要求1所述的一种变电站在线检测系统，其特征在于，所述安全网关为微型安全接入网关。

5.根据权利要求1所述的一种变电站在线检测系统，其特征在于，所述边缘物联代理设备通过DL/T645或DL/T698.45或Q/GDW1376.1或Q/GDW1376.2或Q/GDW1376.3或DL/T634.5101或DL/T634.5104或Modbus通信链路实现通信接入。

6.根据权利要求1所述的一种变电站在线检测系统，其特征在于，所述边缘物联代理设备通过无线通讯设备或者有线通讯设备连接多个汇聚节点，所述汇聚节点通过无线通讯设备或者有线通讯设备连接多个在线检测装置。

7.根据权利要求6所述的一种变电站在线检测系统，其特征在于，所述无线通讯设备包括ZigBee网关，LoRa网关。

8.根据权利要求1所述的一种变电站在线检测系统，其特征在于，所述通信连接包括以下通讯接口，2路RJ45 网口、4路RS-485、1路 RS-232 、1路WIFI、2路4G。