關于提升電網監測數據收集工作水平的探討

羅玉榮 韓桂菊

【摘要】電網監測工作質量優劣的關鍵在于數據收集工作水平的高低，有必要強化數據收集工作。在網絡技術普及發展的背景下，電網監測數據收集工作也有必要融合網絡技術，構建新型系統，提升工作水平。本文基于云端技術視角，探討了云端電網監測數據收集系統的設計工作，為電網監測數據收集工作的強化提供必要的借鑒與參考。

【關鍵詞】電網監測；數據收集；工作水平；提升；云端技術

一、引言

電能為一種即產即需且無法大量儲存的能源，為了供應足夠的電力，電力行業往往必須以用戶用電最高需求量而增設各項供電設備，以求供電充足且穩定的電力品質，這卻也同時增加了電力行業額外的成本，為使用電負載均衡以便于降低成本，提高電能需求量管理水平就勢在必行。有鑒于此，電網監測工作在現今已成為迫切的需要。由于網絡式監測系統的設備端均必須具備服務器的軟硬件構建、需相關專業人員維護與管理，因而監測系統營運成本很大。云端監測平臺商業化營運后，其具備著對資源運用根據需求迅速擴充與減少、提升網絡使用頻率、使用狀態具有可測量性等條件。相較于服務器架設，使用云端監測平臺只需隨需求付出運作成本，且通過網絡便于管理。開發基于云端運算的電網監測系統，需在設備端設計上使用隨應用程序啟動的WCF，并借助Microsoft發展的新一代Web Services 技術進行與設備端的溝通。云端電網監測系統的功能需求包含：即時測量的功能，相關人員可隨時要求設備端測量并傳回電力使用的情形；遠端控制，也即人員無需親自到設備端，隨處即可控制設備的運作與停止；自動偵測異常并發送通知，也即當設備端發生異常的情形時，立刻采取應變機制，并通過電子郵件等方式通知相關人員，資料庫管理，也即提供整合式的系統資料庫相關維護功能；圖形使用者界面，也即提供網頁式的使用者界面，令使用者不受限于固定地點對系統進行操作。

二、云端電網監測數據收集系統架構的設計

云端電網監測數據收集系統其架構分三部分，并與ZigBee無線感測網絡監測的設備端、管理設備端的云端監測系統及系統圖形使用者界面的用戶端三大子系統緊密結合。

（一）設備端

設備端包含ZigBee協調器（ZC）、ZigBee路由器（ZR）、ZigBee終端設備及PC。PC做為設備端的監測閘道（RMCG），負責提供云端對設備端聯系的CDII的WCF服務。ZC通過串列埠通訊的ZCI，負責對電力監測模塊的ZR或受控設備的ZED下達監測命令、獲取電力監測數據及受控設備狀態、設定電力監測模塊負責管理的受控設備群。ZC是負責啟動、配置與管理ZigBee網絡的角色，上述工作完成后將退化成普通網絡節點。系統設備端與RMCG通過串列埠進行對ZR、ZED傳遞相關監測命令，以及將取得發送自ZR、ZED之資料傳遞予RMCG。ZR是ZigBee網絡中延伸通訊距離的角色。在系統中，除了延伸通訊距離用途，另將電流表測得的類比電流值，送入ZR的CC2530晶片內建A/D Converter處理，組成電力監測模塊，來獲取電力即時測量數據并傳回RMCG。此外還監測受其管理的受控設備，以防止受控設備電流過載造成設備損毀的情形。ZED是ZigBee網絡末端節點，在系統中負責控制受控設備。

（二）云端與用戶端

云端負責統一管理位在各地區設備端的系統平臺。系統包含云端聯系服務（CCS）及SQL Azure的云端資料庫。對位于各地的設備端進行即時電力數據監測、受控設備的遠端開關控制、存取電力數據及設備狀態、警告信息回報等功能。用戶端提供使用者多元化圖形使用者界面，可使用個人電腦以及其它任何可上網的移動裝置（平板電腦、智能手機）等，進行啟動云端監測系統提供的各個CCS服務項，對系統設備端做即時管理。

三、云端電網監測數據收集系統功能的設計

（一）設備端功能設計

PMM模塊、受控設備通過ZigBee無線感測網絡通訊，故不同于以往有線傳輸方式受制于部署環境條件，PMM模塊、受控設備均具有機動性的部署與監測。負責監測電力數據的PMM節點，以及受控設備節點，在成功加入ZigBee網絡時，發送一次OTA信息封包給ZC，ZC將此封包通過串列埠轉發給RMCG處理。從封包資料中可得知該節點的命令類型、短位址、資料類型，并根據內容的命令類型來判斷并分類該節點是PMM或是受控設備。分類后的節點短位址做為設備的命名，這也是云端電網監測系統對設備下達相應的測量或控制命令的根據。

（二）云端網絡服務功能設計

使用WCF網絡服務構建，部署于Windows Azure云端平臺的CCS服務。用戶端需通過部署在云端的網頁版本GUI操作CCS服務，也能另外開發多元化的GUI使用CCS服務，例如：Windows應用程序、Silverlight程序、手機應用程序等。

（三）系統功能運作腳本

一是設備啟動。

Step1：當PMM節點或受控設備節點啟動，發送OTA信息給ZC。

Step2：ZC收到OTA信息，通過串列埠轉發給RMCG。

Step3：RMCG判斷是PMM或是被控設備，并記錄該節點短位址。接著啟動CCS的資料管理。Step 4：DM將資料寫入資料庫中。

二是即時電力監測。

Step1：用戶端從GUI，選定區域PMM，啟動CCS的即時電力監測（RPM）。

Step2：云端CCS對設備端RMCG啟動RPM功能。

Step3：RMCG對ZC發送即時電力測量的命令。

Step4：ZC發送即時電力測量命令的OTA信息給PMM（ZR）。

Step5：PMM發送測得的電力數據的OTA封包給ZC。

Step6：ZC通過串列埠將電力數據封包傳遞給RMCG。

Step7：RMCG接收到電力數據，啟動云端CCS的DM，將測得的電力數據寫入資料庫。

Step8：用戶端啟動DM從資料庫讀取測得的電力測量數據。

三是遠端控制。

Step1：用戶端從GUI，指定一區域的受控設備，進行遠端控制（Remote Control， RC）。

Step2：云端CCS對設備端RMCG啟動RC功能。

Step3：RMCG通過串列埠發送RC命令。

Step4：ZC發送RC命令的OTA給指定的受控設備的ZED，使之啟動。

Step5：ZED發送受控設備動作后狀態的OTA信息給ZC。

Step6：ZC通過串列埠，將收到受控設備狀態資料發給RMCG。

Step7：RMCG接收到設備狀態資料，啟動云端CCS的DM，將設備狀態資料寫入資料庫。

Step8：用戶端啟動DM從資料庫取得即時設備狀態資料。

四、小結

本文所提出的電網監測數據手機系統可提供位在遠端的系統使用者，對部署在各地的設備端進行即時監測與控制。部署于云端CCS的網絡服務項目，除了能使用各式可上網行動裝置從網頁瀏覽器進入提供的網頁GUI去啟動，也可以定制化開發，如Microsoft Windows Phone手機應用程序去啟動CCS服務項，使系統使用者對設備端監測與管理的方式不受局限，以及警告信息回報的處理機制，讓設備端立即采取緊急反應措施并使相關人員可第一時間得知狀況。

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