基于消息隊(duì)列的變電站智能聯(lián)動(dòng)技術(shù)研究

引言

變電站的環(huán)境監(jiān)測(cè)、消防火災(zāi)、安防門禁、動(dòng)力照明及視頻監(jiān)控等輔助系統(tǒng)一般都是相互獨(dú)立的,在輔助監(jiān)控多系統(tǒng)融合接入的前提下,輔助監(jiān)控系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)功能,而變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)智能聯(lián)動(dòng)的核心就是智能傳感器設(shè)備的泛在物聯(lián),其是實(shí)現(xiàn)變電站智能運(yùn)維的重要支撐手段。

1系統(tǒng)概述

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)一般包含環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、消防火災(zāi)系統(tǒng)、安防門禁系統(tǒng)、動(dòng)力照明系統(tǒng)、智能設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控及巡檢系統(tǒng)等子系統(tǒng),以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約方式集成接入電力監(jiān)控、動(dòng)環(huán)監(jiān)控、SF6監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)的信息,通過事先組態(tài)好的聯(lián)動(dòng)規(guī)則,實(shí)現(xiàn)門禁系統(tǒng)、動(dòng)力照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等的自動(dòng)控制,并可同時(shí)打開相應(yīng)攝像機(jī),實(shí)時(shí)顯示追蹤變電站現(xiàn)場(chǎng)畫面。

2變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)研究

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)規(guī)則編寫,需要一種靈活的圖形可視化的組態(tài)維護(hù)方式,而不是通過現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備煩瑣的硬節(jié)點(diǎn)接線、硬編碼技術(shù)等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。目前業(yè)內(nèi)解決方案多為傳統(tǒng)物理硬接線聯(lián)動(dòng),具有聯(lián)動(dòng)規(guī)則的編寫和維護(hù)較煩瑣,各子系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)相互孤立等特征。變電站輔助監(jiān)控子系統(tǒng)之間相互獨(dú)立運(yùn)行,缺乏融合聯(lián)動(dòng),無(wú)法共享系統(tǒng)之間有用的信息,不僅造成了系統(tǒng)資源的浪費(fèi),工作效率的降低,還增加了系統(tǒng)運(yùn)維的成本。開展變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)及相關(guān)聯(lián)動(dòng)技術(shù)的研究,對(duì)提高變電站的無(wú)人化水平,保障變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)按跨平臺(tái)理念設(shè)計(jì),兼容Linux/windows等操作系統(tǒng),可采用Oracle、Mys0L、MQngo等多種商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù),結(jié)合公司獨(dú)立開發(fā)的高效實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)及基于B/s架構(gòu)的數(shù)據(jù)軟總線,實(shí)現(xiàn)了一個(gè)統(tǒng)一的一體化信息平臺(tái)。本系統(tǒng)由物理感知層、傳輸網(wǎng)關(guān)層、消息總線層、核心服務(wù)層、平臺(tái)應(yīng)用層等五部分組成,系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2.1物理感知層

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的物理感知層包含溫濕度傳感器、空調(diào)控制器、玻璃破碎探測(cè)器、紅外雙鑒探測(cè)器、電子圍欄、水浸探測(cè)器、門禁控制器、燈光控制器、火災(zāi)聲光警報(bào)器、火災(zāi)報(bào)警控制器、煙溫復(fù)合探測(cè)器等各類智能傳感類設(shè)備。除此之外,還有變壓器、GIS、SF6等設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)裝置,以及安防攝像機(jī)、高清球型攝像機(jī)、紅外雙目攝像機(jī)等視頻設(shè)備。

2.2傳輸網(wǎng)關(guān)層

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的傳輸網(wǎng)關(guān)層包含支持IEC104、MQdbus等常規(guī)電力規(guī)約的智能接口網(wǎng)關(guān)機(jī),支持MQTT、CoAP等物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的邊緣代理網(wǎng)關(guān)機(jī),以及支持視頻傳輸采用ONVIF、PSIA、RTSP、RTMP等國(guó)際、國(guó)家、行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的流媒體服務(wù)器。

2.3消息總線層

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的消息總線層包含采用高級(jí)消息隊(duì)列,如RabbitMQ、Kafka或ActiveMQ等協(xié)議實(shí)現(xiàn)的松耦合架構(gòu)設(shè)計(jì),不僅提高了系統(tǒng)的魯棒性、擴(kuò)展性,還異步解耦了系統(tǒng)服務(wù)之間的相互調(diào)用。

2.4核心服務(wù)層

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的核心服務(wù)層包含管理服務(wù)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、鑒權(quán)服務(wù)、繪圖服務(wù)、工作流引擎服務(wù)、告警服務(wù)、聯(lián)動(dòng)服務(wù)、采樣服務(wù)、視頻分析服務(wù)及巡檢服務(wù)等,為上層的應(yīng)用層提供接口服務(wù)。

2.5平臺(tái)應(yīng)用層

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)的平臺(tái)應(yīng)用層包含平臺(tái)管理、報(bào)表曲線、告警訂閱、運(yùn)行監(jiān)視、系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)、三維可視化展示、視頻監(jiān)控及巡檢、環(huán)境監(jiān)控、安防監(jiān)控、消防監(jiān)控、動(dòng)力照明監(jiān)控等功能。輔助監(jiān)控系統(tǒng)具備基于Activiti的流程引擎、基于session的統(tǒng)一認(rèn)證功能、可自由化定制的報(bào)表服務(wù);具備大容量、大數(shù)據(jù)信息的高效率處理能力,最大處理能力超過100w點(diǎn);基于Docker容器化部署,分發(fā)部署更加靈活簡(jiǎn)單,方便升級(jí)維護(hù):具備輕量化、可視化的畫面組態(tài)功能:具備易于維護(hù)及編輯的工具:具有微服務(wù)架構(gòu)的靈活性、可擴(kuò)展性,能滿足多級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)要求。

3變電站智能聯(lián)動(dòng)框架設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)是電力監(jiān)控、動(dòng)環(huán)監(jiān)控、安防門禁、消防火災(zāi)、動(dòng)力照明、視頻監(jiān)控及巡檢等系統(tǒng)的融合,通過計(jì)算機(jī)技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)輔助監(jiān)控系統(tǒng)的智能聯(lián)動(dòng),以達(dá)到輔助防誤操作、輔助安全防衛(wèi)等目的。聯(lián)動(dòng)模塊功能設(shè)計(jì)如圖2所示。

具體來(lái)說(shuō),聯(lián)動(dòng)規(guī)則組態(tài)模塊編寫聯(lián)動(dòng)規(guī)則存儲(chǔ)JSON文件到數(shù)據(jù)庫(kù),聯(lián)動(dòng)規(guī)則解析模塊通過消息隊(duì)列(Messageoueue,MQ）接收告警監(jiān)控模塊發(fā)出的告警事件,并判斷是否滿足聯(lián)動(dòng)規(guī)則觸發(fā)的條件,同時(shí)使用Websocket技術(shù)推送告警事件到頁(yè)面端。若滿足聯(lián)動(dòng)規(guī)則的動(dòng)作條件,則發(fā)出相應(yīng)的遙控遙調(diào)報(bào)文給告警監(jiān)控模塊,或發(fā)出相應(yīng)的遙視報(bào)文給流媒體服務(wù)。聯(lián)動(dòng)模塊架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

3.1基于Web端的聯(lián)動(dòng)規(guī)則組態(tài)方法

在Web端訪問組態(tài)界面,可根據(jù)用戶聯(lián)動(dòng)控制表,拖動(dòng)輔助監(jiān)控類設(shè)備圖元、SCADA類設(shè)備圖元、門邏輯圖元等到圖紙,并用連接線連接,關(guān)聯(lián)相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù),最終生成聯(lián)動(dòng)規(guī)則。聯(lián)動(dòng)規(guī)則組態(tài)界面如圖4所示。

3.2基于消息隊(duì)列的聯(lián)動(dòng)規(guī)則解析方法

聯(lián)動(dòng)規(guī)則解析模塊采樣spring框架,遞歸解析聯(lián)動(dòng)規(guī)則條件,流程如圖5所示。

聯(lián)動(dòng)解析模塊主要包含聯(lián)動(dòng)監(jiān)聽服務(wù)和聯(lián)動(dòng)執(zhí)行服務(wù)兩部分。聯(lián)動(dòng)監(jiān)聽服務(wù)負(fù)責(zé)從消息隊(duì)列MQ上接收輔助監(jiān)控與SCADA實(shí)時(shí)告警消息,判斷是否滿足聯(lián)動(dòng)規(guī)則條件,如滿足條件則執(zhí)行聯(lián)動(dòng)執(zhí)行服務(wù)。聯(lián)動(dòng)執(zhí)行服務(wù)根據(jù)實(shí)時(shí)庫(kù)中聯(lián)動(dòng)規(guī)約組態(tài)的聯(lián)動(dòng)目標(biāo),發(fā)送遙控、遙調(diào)、遙視報(bào)文到消息隊(duì)列MQ上,最終達(dá)到智能聯(lián)動(dòng)的效果。

3.3基于消息隊(duì)列的聯(lián)動(dòng)告警方法

通過開發(fā)變電站智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)的消息隊(duì)列伴侶程序,實(shí)時(shí)采集SCADA告警數(shù)據(jù),放入自定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),并通過足夠的環(huán)形緩存存放。將伴侶程序采集的告警數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至消息隊(duì)列MQ中間件,供Web端讀取。預(yù)留接收數(shù)據(jù)接口,接收控制命令。告警監(jiān)控運(yùn)行界面如圖6所示。

4結(jié)語(yǔ)

智能聯(lián)動(dòng)技術(shù)作為變電站智慧運(yùn)維的核心手段之一,是建設(shè)變電站智能輔助監(jiān)控系統(tǒng)的重要途徑。本文對(duì)變電站輔助監(jiān)控系統(tǒng)功能及架構(gòu)進(jìn)行了闡述,提出了一種基于消息隊(duì)列的智能聯(lián)動(dòng)框架及實(shí)現(xiàn)方案,直觀展示了其對(duì)智慧運(yùn)維的促進(jìn)作用。