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電力能效運維云平臺
產品時間：2021-11-11
電力云能效（運維）平臺 1系統需求 1.1需求分析 為了滿足配電房的監控系統的要求，達到對供電房的監控，使有關人員做出反應，采取措施，并對相關設備進行集中監控、集中維護和集中管理
電力云能效（運維）平臺
1 系統需求
1.1 需求分析
為了滿足配電房的監控系統的要求，達到對供電房的監控，使有關人員做出反應，采取措施，并對相關設備進行集中監控、集中維護和集中管理。監控系統設計遵循以下原則：
標準化
整個監控系統的設計符合國家標準或國際標準。系統軟件、硬件均采用標準化設計，提供開放的接口，可與不同供應商的設備及軟件系統互聯互通。
穩定性
能源數據采集器采用嵌入式實時Linux操作系統和專用的硬件結構，性能穩定可靠，保證系統整體的穩定，尤其適合在環境比較復雜、可靠性要求較高的環境中運行。WEB系統平臺采用J2EE業內專業級的開發框架，滿足大數據采集、大容量數據存儲和高并發的數據訪問請求。
經濟性
系統開發運行平臺均采用當今通用的各種操作系統和開發工具，充分利用了我們在其它監控領域中成功應用的中間件和模塊，大大減少在系統平臺方面的投入，具有*的性價比。
先進性
基于組態軟件的設計理念，以一套通用平臺，解決能源數據采集、現地SCADA監控、云平臺數據分析、手機App運維管理。四維一體的解決方案推動電力智能化。
擴展性
整個系統具有進一步擴展功能的能力，可以很好的適應現代智能管控的需求。保證用戶在系統上進行有效的開發和使用，并為今后的發展提供一個良好的環境。可充分利用和保護現有網絡資源便于當前以及以后的擴建；平臺服務器具備擴展和堆疊能力，便于不同級別的中心整合與擴建，系統必須具有很強的監控點數、存儲空間擴容能力。
實用性
以實時數據庫為依托，可多用戶多畫面實時監控、遠程控制、可連接多種報警設備*用戶的監控要求。
安全性
平臺監控系統安全性在管理中是關鍵問題之一，安全性分為數據安全和信息安全，在上述三方面有如下要求：
數據安全：對數據進行多級別、分布式的存儲，數據不容易受到破壞。數據的AES加密機制，保證數據在網絡傳輸過程中的安全，不會被截獲、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據庫，實行信息集中管理；
分級：對下屬管理員的應用功能、訪問范圍進行。由下屬管理員對所屬機構操作員的應用功能、訪問范圍進行和管理。
1.2 建設目標
該系統可以幫助電力部門實現配電房的無人值守或者少人值守，可以實現對配電運營情況的實時監控、運營數據的分析和故障信息的報警提示，逐步推動電力監控的自動化、集中化和智能化。
系統建設分為兩期實施，一期籌備數據采集，達到所有設備數據可以正確傳輸到平臺，平臺提供基礎的功能模塊，對數據的可視化有完整的顯示，；二期對數據進行深度分析和利用，以數據為基礎挖掘數據本身的價值，結合用戶生產實際環境，指導用戶進行電力改造、優化配電運行、以達到電能能效的。
2 系統介紹
2.1 系統結構
系統采用三層高可用的結構，既可以完成終端層數據采集，也可以完成現地數據采集，并可以將數據發送到云平臺，整個拓撲結構圖如下：
2.1.1 數據采集結構
數據采集結構由三層模型構成，即設備數據采集層、現地數據監控層和云服務數據層。
2.1.2 WEB平臺結構
WEB系統結構分為數據感知層、通訊服務層、數據處理層和數據展示層。
2.1.3 系統功能結構
2.2 系統功能
2.2.1 在線監測
在線監測分為三大模塊顯示，分別為系統概覽、分路監測、監控點對比分析
系統概覽
一次接線圖
實時數據
告警數據
監測點對比
2.2.2 能效分析
能效管理主要通過對站點用電信息進行分析，通過對歷史數據的集中分析、多維度分析，使站點用戶對自身用電質量有一個全面了解。能效管理主要分為：電量分析、負荷分析、報裝方式分析、最值分析、用電能效排名、分類分項分析、監測點對比分析。
電量分析
負荷分析
最值分析
報警分析
2.2.3 統計報表
統計報表包括電量、負荷、原始值數據統計，可以將各類數據查詢并導出Excel文件
電量統計報表
負荷統計報表
原始值統計報表
2.2.4 檔案管理
檔案管理提供對企業信息的管理、監控子站的管理、子站內設備信息的管理、電價管理和電費單管理
企業檔案
子站檔案
2.2.5 系統設置
系統設置主要系統管理員所具備的 權限，分為：系統菜單管理、角色管理和用戶賬戶管理
用戶管理
角色管理
系統菜單管理
2.3 系統特點
2.3.1 寬接入
系統可以接入各類型不同的設備，各種數據均可通過能源數據采集器（QT241N）進行數據采集，采集完成的數據，可以無縫接入到系統平臺
2.3.2 實時性
數據采集與上傳的頻率可以達到秒級刷新，并能通過實時畫面反饋到系統前端，供用戶及時觀察
2.3.3 擴展性
系統預留包括能效分析、智能運維和需量分析的接口，可以根據用戶的需求進行二次開發
3 數據接入
系統平臺的數據接入需要加裝能源數據采集器（QT241N），能源數據采集器支持有線和無線兩種方式。采用有線網絡連接時，需要有固定的網絡；采用無線方式（GPRS）時，需要提供移動或者聯通的SIM卡，月流量不小于300M（具體視數據點決定和數據傳送頻率）
3.1 新配電房
新配電房按照國家標準建設，配電房中已經安裝了具有通訊功能的設備，包括三相多功能儀表、綜保等。對于這類配電房，為方便施工和管理可以加裝能源采集柜。
3.1.1 能源采集柜結構及說明
1、結構
新配電房一般已經安裝了智能儀表、綜保等智能設備，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，構建一套能源采集柜。能源采集柜的大小可以根據現場安裝的條件，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能源采集器，將所有的采集設備通訊線纜集中到一個柜子中處理，為施工和管理提供方便。具體結構如下圖所示：
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，如果已經有智能采集設備，原則上仍然使用已安裝的設備。針對此情況，仍然可以采用加裝能源采集柜的方式，具體實施方式可參考新配電房。
3.2.2 無智能儀表
對于無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該符合國家電力設備標準，通訊協議應該選用工業標準的modbusRTU協議、或者國標行標協議。
接線與安裝
通信線纜可以采用普通的屏蔽雙絞線，總長度不家超過1200米，各個設備的RS485口正負極必須連接正確，電纜屏蔽層一端接地。
3.3 設備及規約支持
3.3.1 設備與協議支持
3.3.2 能源數據采集器
能源數據采集器是采集設備與系統平臺交互的重要一環，能源數據采集器的功能和穩定性，決定了平臺數據的完整性和正確性。武漢舜通提供的能源采集器（QT241N）有如下特性：
硬件特性
1）豐富的數據接口，至少支持RS232/RS485、以太網口、CAN等接口
2）支持GPRS無線數據傳輸功能
3）支持USB接口，方便與U盤、USB設備進行連接，包括更新硬件驅動信息等
4）支持SD卡擴展采集器存儲空間
5）支持一鍵重啟功能
6）支持調試接口
7）電源范圍：9V-40V
8）工作溫度：-10 —— 75度
9）存儲溫度：-20 —— 80度
10）工作溫度：10%RH —— 90%RH 無凝霜
11）抗震性能：符合IEC61131-2標準
12）抗靜電性能：2.5Kv，符合EN61000-4-2、3級標準
13）認證標準：EN55011 Class A、EN60000-6-2、CE、FCC
軟件特性
1）內置組態軟件，方便工程人員可以快速與各種終端設備完成數據采集與通訊
2）內置實時數據庫，數據可以達到毫秒級刷新
3）內置SQLite數據庫，支持數據本地存儲
4）支持豐富的協議，至少包括：IEC101、103、104、modbus、DL/T645規約以及各類PLC設備的通信規約
5）支持采集器的遠程管理，包括上載配置、下載配置等，方便運維人員遠程操作
6）支持數據的加密、斷點數據上傳
7）支持對通訊數據的實時監視功能
3.4 數據采集
為標準化采集層與系統層的數據對接，將采集層的數據采集點進行規則化的數據編碼，有助于數據的銜接與平臺數據的展示。根據現場設備的采集能力，我們標準化定義了采集的信息量，并為每個信息量分配了的采集指標碼，并以此為規范與平臺數據進行對接。此信息采集量可以根據用戶現場的實際情況，繼續增加和調整。
3.5 數據上傳
3.5.1 傳輸方式
能源數據采集器將設備的數據采集完成后，根據的協議，將數據上傳到云平臺。數據上傳到到云平臺，可以按照有線傳輸和無線傳輸兩種方案。武漢舜通生產的能源數據采集器QT241N，同時支持有線網絡和無線網絡。
有線傳輸
采用有線傳輸時，將網絡接入能源數據采集器的RJ45網口，為能源數據采集器分配固定的IP地址，并配置網關。網線到能源采集器的距離不應大于85m，如果有大于85m的情況，應該在此區間增加交換機或者連接器設備。
無線傳輸
由舜通提供的QT241N支持GPRS和LAN兩種方式傳輸，如果現場不具備有線網線傳輸條件，可以使用GPRS方式傳輸。QT241N同時支持移動和聯通的2G網絡。
網絡流量
以回路為單位，每個回路測試點的數量為50個點，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
網絡信號
GPRS無線信號受地理位置、基站覆蓋率和天氣的影響，信號的強度會受到一些干擾。在使用GRPS信號傳輸時，應該加裝有線天線，并盡可能將有線天線放置空曠位置。
3.5.2 傳輸規約
在數據上傳中，使用武漢舜通定制規約STV1.0版本協議，該協議參考和引用了國家電力數據采集與平臺建設方案。協議分為四個部分，通訊監測接口規范用于定義常用操作及心跳通訊機制的命令格式，數據上報接口規范用于定義數據上報命令格式，平臺數據輸出服務接口規范用于定義從平臺獲取數據的輸入輸出結構，應用服務集成規范用于定義平臺集成第三方功能或服務的規約。
規約的功能
3.5.3 上傳流程
3.6 檔案信息
3.6.1 子站檔案
為快速實現采集數據與平臺信息的對接，在設備調試與安裝的過程中應該提前準備好相關信息，如下：
詳見附件表格
3.6.2 設備檔案
4 服務器配置
4.1 服務器搭建方式
由武漢舜通提供的云能效管理平臺是一個集成化程度高，模塊化功能強的平臺。整個系統平臺由前置通訊服務器、數據存儲服務器、WEB服務器、App服務器四大服務器組成。這四大服務器功能既可以分布式部署，也可以集中到一臺服務器服務。
根據用戶系統容量設計，500個站點的數據接入，先期可以將以上四大服務程序接入一臺服務器。隨著用戶數據的增加和系統訪問用戶的增加，再適時考慮分離四大程序。
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4.2 服務器硬件選型方案
服務器配置
1、 CPU：E5-2640 2.4GHz 2顆
2、 內存：32G （16 * 2）
3、 硬盤：SSD固態硬盤或者SAS硬盤，初期備用存儲容量為10TB，RAID5/RAID10
4、 網卡：千兆網卡（或萬兆）
5、 網絡帶寬：50M —— 100M
配置說明：
1、 CPU要求多核心、較高的主頻，主要是因為主站和子站不僅要負責數據的采集與通信傳輸、還要承擔每個站點內部的數據管理和配置需求，對于高速傳輸與計算的數據，需要有較高的CPU主頻來保證數據的處理速度、多核心的CPU能夠支撐高并發的數據請求。
2、 內存除去系統占用2G，500站點的數據緩存和為數據庫預留一部分的緩存空間
3、 硬盤是數據存儲高速存儲的瓶頸，所以如果配置為機械硬盤需要使用黑盤，10K以上的轉速，有條件的可以安排SAS硬盤、固態硬盤
4、 網卡：按照秒級數據傳輸，1000M網卡的峰值速率是60M/s左右，500站點的數據峰值會達到15M/s左右
4.3 服務器集群方案
當系統接入的站點大于500個時，或者出現了系統訪問速度變慢等問題時，此時應該增加服務器。增加的服務器配置可保持與批部署的服務器配置相當。多臺服務器同時運行，構成服務器集群，可以有效地分擔單臺服務器的壓力，以達到降低系統延時，提高系統吞吐量的問題。
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