一种城轨供电变电所的电力监控系统及方法与流程

1.本发明涉及电力监控的技术领域，特别涉及一种城轨供电变电所的电力监控系统及方法。


背景技术：

2.随着科技的发展和人民生活水平的提高，人员和物资的流动变得越来越频繁，城市交通拥堵问题日益突出，因此，加快发展城市轨道交通建设已经成为缓解城市交通压力的必然选择，城市轨道交通运营的动力源泉是城轨供电系统，城轨供电系统主要负责电能的供应与传输。
3.传统的城轨供电电力监控系统是在城轨供电系统设备的远程状态监视、远程控制需求的基础上发展起来的，主要是对城市轨道交通全线各类变配电所、接触网等电力设备运行情况进行分层、分布远程实时监视和控制，处理供变配电系统的各种异常事故及报警事件，保障系统的正常运行，同时提升供变配电系统调度和管理功能，提高供电质量，保证系统运行安全可靠。如现有技术中公开了一种电力监控系统，该系统将感知层的智能硬件产品通过网络通讯设备进行整合，实现数据采集、远程控制、事件告警、数据分析等业务功能，提高了用户变配电综合管理水平，但是该系统利用网络通讯设备对电力监控系统的数据进行采集时，无法对电力监控系统的数据进行深度挖掘，且无法保证数据传输的安全性。


技术实现要素：

4.为解决当前电力监控系统无法对电力设备的数据进行深度挖掘和无法保证数据传输的安全性问题，本发明提出了一种城轨供电变电所的电力监控系统及方法，实现对电力设备的数据进行深度挖掘，保证数据传输的安全性。
5.为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
6.本技术提出了一种城轨供电变电所的电力监控系统，所述系统包括：
7.数据采集单元，用于采集城轨供电变电所中电力设备的运行数据；
8.监控单元，连接数据采集单元，用于接收数据采集单元采集到的电力设备的运行数据，并对电力设备的运行数据进行基础监控；
9.数据解析传输单元，用于接收监控单元监控传输的电力设备的运行数据，并对监控传输的电力设备的运行数据进行解析，将解析后的运行数据传输至边缘服务器；
10.边缘服务器，用于挖掘处理数据解析传输单元传输的已解析电力设备的运行数据，分析城轨供电变电所中电力设备的运维工况，对电力设备故障进行定位和预警，并将定位和预警的结果再传输至监控单元。
11.在本技术方案中，首先对城轨供电变电所中电力设备的数据进行采集，然后监控单元接收电力设备的运行数据，并对电力设备的运行数据进行基础监控，便于管理人员直观地对电力设备的运行数据进行如电力设备实时运行时的电压和电流等基础情况的监控，从而直观判断电力设备的运行状况，然后对监控单元传输的电力设备的数据进行解析，进
一步将解析后的运行数据传输至边缘服务器，利用边缘服务器对已解析电力设备的运行数据进行挖掘处理，分析城轨供电变电所中电力设备的运维工况，通过边缘服务器分析的结果对电力设备故障进行定位和预警，实现了深度挖掘基础监控的电力设备的运行数据，最后将定位和预警结果再传输至监控单元，提高了城轨供电变电所中电力设备的数据分析的可靠性，对城轨供电变电所的电力设备实现了基础监控和再监控的双层监控，实时把控电力设备的运行状态，通过运行状态的变化来进行定位和预警，保障城轨供电变电所变配电的运维功能，在变电站发生故障时，能够快速查找和排除故障，保护电力设备，保证城轨供电变电所中电力系统供电的稳定性。
12.优选地，所述电力设备为上网隔离开关柜、钢轨电位装置、整流器、电压开关柜和电流开关柜。
13.优选地，所述数据解析传输单元为安全网关。
14.优选地，所述边缘服务器包括kafka消息队列单元和数据处理单元，所述kafka消息队列单元的输入端与数据解析传输单元的输出端连接，用于接收和缓存数据解析传输单元传输的电力设备的运行数据，所述数据处理单元的输入端与kafka消息队列单元的输出端连接，用于处理kafka消息队列单元传输的电力设备的运行数据。
15.优选地，kafka消息队列单元包括kafka消息队列生产者和kafka消息队列消费者，kafka消息队列单元的数据接入流程为：首先kafka消息队列生产者将数据解析传输单元传输的电力设备的运行数据写入消息队列，然后kafka消息队列消费者读取kafka消息队列生产者写入消息队列的电力设备的运行数据。
16.优选地，所述kafka消息队列生产者为通信程序或api接口或文件生成器，所述kafka消息队列消费者为spark streamin流式处理程序。
17.优选地，所述边缘服务器的数据处理单元采用流处理spark streaming的数据处理方式对数据进行处理。
18.优选地，采用流处理spark streaming的数据处理方式对数据进行处理的具体步骤为：首先从kafka消息队列单元的缓存数据中请求电力设备的运行数据，然后对请求电力设备的运行数据进行解析，再对解析后的电力设备的运行数据进行存储和计算，输出电力设备的运行数据的处理结果。
19.本技术还提出了一种用于城轨供电的电力监控方法，包括以下步骤：
20.s1.采集城轨供电变电所中电力设备的运行数据；
21.s2.接收数据采集单元采集到的电力设备的运行数据，并对电力设备的运行数据进行基础监控；
22.s3.对监控传输的电力设备的运行数据进行解析，将解析后的运行数据传输至边缘服务器；
23.s4.利用边缘服务器对已解析电力设备的运行数据进行挖掘处理，分析城轨供电变电所中电力设备的运维工况，对电力设备故障进行定位和预警，并将定位和预警结果再传输至监控单元。
24.优选地，所述边缘服务器包括kafka消息队列单元和数据处理单元，所述kafka消息队列单元的输入端与数据解析传输单元的输出端连接，用于接收和缓存数据解析传输单元传输的电力设备的运行数据，所述数据处理单元的输入端与kafka消息队列单元的输出
端连接，用于处理kafka消息队列单元传输的电力设备的运行数据。
25.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
26.本发明提出一种城轨供电变电所的电力监控系统及方法，首先对城轨供电变电所中电力设备的数据进行采集，然后监控单元接收电力设备的运行数据，并对电力设备的运行数据进行基础监控，便于管理人员直观地对电力设备的运行数据进行如电力设备实时运行时的电压和电流等基础情况的监控，从而直观判断电力设备的运行状况，然后对监控单元传输的电力设备的数据进行解析，进一步将解析后的运行数据传输至边缘服务器，利用边缘服务器对已解析电力设备的运行数据进行挖掘处理，分析城轨供电变电所中电力设备的运维工况，通过边缘服务器分析的结果对电力设备故障进行定位和预警，实现了深度挖掘基础监控的电力设备的运行数据，最后将定位和预警结果再传输至监控单元，提高了城轨供电变电所中电力设备的数据分析的可靠性，对城轨供电变电所的电力设备实现了基础监控和再监控的双层监控，实时把控电力设备的运行状态，通过运行状态的变化来进行定位和预警，保障城轨供电变电所变配电的运维功能，在变电站发生故障时，能够快速查找和排除故障，保护电力设备，保证城轨供电变电所中电力系统供电的稳定性。
附图说明
27.图1表示本发明实施例中提出的城轨供电变电所的电力监控系统的一种结构图；
28.图2表示本发明实施例中提出的城轨供电变电所的电力监控系统的另一种结构图；
29.图3表示本发明实施例中提出的数据动态解析流程图；
30.图4表示本发明实施例中提出的数据处理的流程框图；
31.图5表示本发明实施例中提出的用于城轨供电的电力监控方法的流程示意图。
32.1.数据采集单元；11数据采集子单元；111.通讯管理机；112.智能测控装置；113.第一光纤以太网交换机；114.管理工作站；115.第二光纤以太网交换机；2.监控单元；21.服务器；22监控工作站；23通信前置处理机；24.第三光纤以太网交换机；3.安全网关；4边缘服务器。
具体实施方式
33.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
34.为了更好地说明本实施例，附图某些部位会有省略、放大或缩小，并不代表实际尺寸，“上”“下”等部位方向的描述非对本专利的限制；
35.对于本领域技术人员来说，附图中某些公知内容说明可能省略是可以理解的；
36.附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
37.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
38.实施例1
39.如图1所示，本实施例提出了一种城轨供电变电所的电力监控系统，所述系统包括：
40.数据采集单元1，用于采集城轨供电变电所中电力设备的运行数据；
41.在数据采集单元1中，参见图2，所述电力设备为上网隔离开关柜、钢轨电位装置、
整流器、35kv开关柜、直流开关柜和400v开关柜，在实际中电力设备并不局限于本实施例所述的电力设备；数据采集单元1包括n个数据采集子单元11，n≥1，每一个数据采集子单元11均包括通讯管理机111、智能测控装置112、第一光纤以太网交换机113、管理工作站114和第二光纤以太网交换机115，第一光纤以太网交换机113分别和直流开关柜、35kv开关柜、400v开关柜通过光纤连接，再通过屏蔽网线和通讯管理机111连接，将直流开关柜、35kv开关柜和400v开关柜的电力数据传输至通讯管理机111进行管理，所述上网隔离开关柜和智能测控装置112通过硬接线连接，所述通讯管理机111分别通过屏蔽双绞线连接智能测控装置112、钢轨电位装置和整流器，再分别通过光纤连接管理工作站114和第二光纤以太网交换机115，智能测控装置112用于测试上网隔离开关柜的电力数据，并将其传输至通讯管理机111，通讯管理机111用于接收所有的电力设备的电力数据，并通过第二光纤以太网交换机115将所有的电力设备的电力数据传输出去，管理工作站114管控通讯管理机11的电力数据。
42.监控单元2，连接数据采集单元1，用于接收数据采集单元1采集到的电力设备的运行数据，并对电力设备的运行数据进行基础监控；
43.在监控单元2中，参见图2，监控单元2包括服务器21、设有终端设备的监控工作站22、通信前置处理机23和第三光纤以太网交换机24，第三光纤以太网交换机24分别通过屏蔽网线连接服务器21、监控工作站22和通信前置处理机23，数据采集单元1中的第二光纤以太网交换机115与第三光纤以太网交换机24连接，实现电力设备的运行数据的交换，数据采集单元1采集的电力设备的运行数据通过第三光纤以太网交换机24传输至数据解析传输单元2，由数据解析传输单元2进行接收和解析数据，服务器21用于对数据采集单元1传输的电力设备的运行数据进行基础处理，将基础处理的结果传输至监控工作站22的终端设备，在终端设备上显示电力设备的基础运行数据，运行数据包括电力设备实时运行时的工作电压、工作电流、实时功率和电能等基本的反映电力设备运行状态的数据，便于管理人员直观地对电力设备的运行数据进行基础监控，从而直观判断电力设备的运行状况，通信前置处理机23将不必由监控工作站22的终端设备完成的大量的、繁杂的和重复的通信处理工作分离出来，单独处理，使得监控单元2的通信处理和服务器21的基础数据处理并行，从而减轻监控工作站22的终端设备的负担，提高工作效率。
44.数据解析传输单元3，用于接收监控单元2监控传输的电力设备的运行数据，并对监控传输的电力设备的运行数据进行解析，将解析后的运行数据传输至边缘服务器4；
45.在数据解析传输单元3中，电力设备的运行数据的报文或者文件是经过加密，压缩以及多重协议封装的；在大数据平台的应用中往往会有很多实时性或交互性很强的需求，因此在数据解析传输单元3和边缘服务器接收数据时需要能够确保收到的电力设备的运行数据能在尽量短的时间内被解析还原，参见图3，数据解析传输单元3使用协议解析器程序对监控传输的电力设备的运行数据进行解析还原，之后再根据数据流设计进一步将电力设备的运行数据解析成各种信号的物理量，协议解析器程序通过导入存有元数据信息的csv协议规范文件，得到元数据信息后存放到mysql数据库中，生成模块获取mysql中的元数据信息，同时结合javolution技术，根据一定的规则，输出java类文件；最后通过动态编译模块输出class文件。
46.边缘服务器4，用于挖掘处理数据解析传输单元3传输的已解析电力设备的运行数
据，分析城轨供电变电所中电力设备的运维工况，对电力设备故障进行定位和预警，并将定位和预警的结果再传输至监控单元2。
47.实施例2
48.参见图1及图2，所述数据解析传输单元3为安全网关31，安全网关31的型号为畅洋edge-2000，畅洋edge-2000安全网关采用netty通信网关框架，netty是业界最流行的基于java nio的网关框架之一，其健壮性、性能、功能、可定制性和可扩展性已经得到了成百上千商业项目的验证，如hadoop的rpc框架avro、storm的消息传输、web开发框架vert.x、nosql数据库cassandra均已使用netty作为底层的通信框架，一般与kafka消息队列和spark streaming配合使用，当高并发、高频高数据量的数据接收后，发送至kafka消息队列，最终在spark streaming中进行数据解析、入库、计算和数据展示。
49.参见图1及图4，所述边缘服务器包括kafka消息队列单元和数据处理单元，所述kafka消息队列单元的输入端与数据解析传输单元的输出端连接，用于接收和缓存数据解析传输单元传输的电力设备的运行数据，所述数据处理单元的输入端与kafka消息队列单元的输出端连接，用于处理kafka消息队列单元传输的电力设备的运行数据，参见图3，kafka消息队列单元接收和缓存数据解析传输单元2传输的电力设备的运行数据时，需要确保收到的电力设备的运行数据能在尽量短的时间内被解析还原，kafka消息队列单元采用实时数据接入程序解析还原数据解析传输单元2传输的电力设备的运行数据，具体解析流程为首先利用数据获取模块从kafka消息队列单元获取数据帧，然后动态加载对应的解析文件，即协议解析器程序对应输出的实时数据接入程序可以加载的class文件，对数据帧进行解析，得到输出电力设备的运行数据的处理结果，实时数据接入程序加载class文件时需要启动实时数据解析程序将class文件打包成指定jar包，并加载config文件，才能实现加载；kafka消息队列单元包括kafka消息队列生产者和kafka消息队列消费者，kafka消息队列单元的数据接入流程为：首先kafka消息队列生产者将数据解析传输单元传输的电力设备的运行数据写入消息队列，然后kafka消息队列消费者读取kafka消息队列生产者写入消息队列的电力设备的运行数据；所述kafka消息队列生产者为通信程序或api接口或文件生成器，所述kafka消息队列消费者为spark streamin流式处理程序；采用流处理spark streaming的数据处理方式对数据进行处理的具体步骤为：首先从kafka消息队列单元的缓存数据中请求电力设备的运行数据，然后对请求电力设备的运行数据进行解析，再对解析后的电力设备的运行数据进行存储和计算，输出电力设备的运行数据的处理结果。
50.实施例3
51.参见图5，本实施例提出了一种用于城轨供电的电力监控方法，其特征在于，包括以下步骤：
52.s1.采集城轨供电变电所中电力设备的运行数据；
53.s2.接收数据采集单元采集到的电力设备的运行数据，并对电力设备的运行数据进行基础监控；
54.s3.对监控传输的电力设备的运行数据进行解析，将解析后的运行数据传输至边缘服务器；
55.s4.利用边缘服务器对已解析电力设备的运行数据进行挖掘处理，分析城轨供电变电所中电力设备的运维工况，对电力设备故障进行定位和预警，并将定位和预警结果再
传输至监控单元。
56.在本实施例中，首先对城轨供电变电所中电力设备的数据进行采集，然后对电力设备的运行数据进行接收和基础监控，便于管理人员直观地对电力设备的运行数据进行如电力设备实时运行时的电压和电流等基础情况的监控，从而直观判断电力设备的运行状况，然后对监控单元传输的电力设备的数据进行解析，进一步将解析后的运行数据传输至边缘服务器，利用边缘服务器对已解析电力设备的运行数据进行挖掘处理，分析城轨供电变电所中电力设备的运维工况，通过边缘服务器分析的结果对电力设备故障进行定位和预警，实现了深度挖掘基础监控的电力设备的运行数据，最后将定位和预警结果再传输至监控单元，提高了城轨供电变电所中电力设备的数据分析的可靠性，对城轨供电变电所的电力设备实现了基础监控和再监控的双层监控，实时把控电力设备的运行状态，通过运行状态的变化来进行定位和预警，保障城轨供电变电所变配电的运维功能，在变电站发生故障时，能够快速查找和排除故障，保护电力设备，保证城轨供电变电所中电力系统供电的稳定性。
57.显然，本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。