基于SaaS模式配电运维智能化系统研究

张团武

（福建正力工程建设有限公司福建福州350012）

摘要：针对用电终端客户提高用电可靠性、减少用电成本与提升能效管理水平的需求，通过物联网、云计算SaaS模式、移动互联网等相关技术，提出运维智能化服务系统，实现智能用电，为用户提供配电系统的实时监测、运行分析及报表生成、故障预警、实时告警、事故分析、电能质量分析、能效分析、设备管理、设备健康诊断、巡视管理、检修管理、变压器容量优化和经济运行等服务，为配电网的智能化建设提供可行的系统解决方案。

关键词：云计算；智能用电；运维智能服务系统；经济运行

1引言

2009年5月，国家电网公司首次公布了“智能电网”发展计划，智能电网建设分3个阶段逐步推进，到2020年，全面建成统一的“坚强智能电网”。长期以来，在电力系统的发电、变电、输电、配电和用电五个环节中，电力公司一直把智能化建设的侧重点放在发电和输电上。但是，与发电和输电环节相比，配电和终端用户的用电环节智能化水平相对较弱，在智能化时代，严重影响了终端用电效能和经济运行的需求；同时，一些急需解决的问题，如供电可靠性、电能质量和需求侧响应都集中于配电网。因此，需加强与配电相关的智能化研究，鼓励采用电力市场和需求侧响应等措施，以提高电力资产的利用率，提高用电可靠性、减少用电成本与提升能效水平。

2配电运维智能系统服务模式

云计算（CloudComputing）是一种通过网络统一组织和灵活调用各种ICT信息资源，实现大规模计算的信息处理方式。云计算利用分布式计算和虚拟资源管理等技术，通过网络将分散的ICT资源（包括计算与存储、应用运行平台、软件等）集中起来形成共享的资源池，并以动态按需和可度量的方式向用户提供服务。用户可以使用各种形式的终端（如PC、平板计算机、智能手机和智能电视）通过网络获取ICT资源服务。

按照云计算服务提供的资源所在的层次，可以分为IaaS（基础设备即服务）、PaaS（平台即服务）和SaaS（软件即服务）等。配电运维智能服务系统采用SaaS（软件即服务）模式向用户提供产品和服务。

SaaS（软件即服务）提供商将应用软件统一部署在自己的服务器上，用户根据需求通过互联网向厂商订购应用软件服务，服务提供商根据客户所定软件的数量、时间的长短等因素收费，并且通过浏览器向客户提供软件的模式。配电运维智能服务系统包括变电站采集和信息管理设备，也包含数据通信所产生的费用。

这种服务模式的优势是，由服务提供商维护和管理软件、提供软件运行的硬件设施，用户只需拥有能够接入互联网终端，即可随时随地使用软件。这种模式下，客户不再像传统模式那样花费大量资金在硬件、软件、维护人员上，只需要支出一定的租赁服务费用，通过互联网就可以享受到相应的硬件、软件和维护服务，这是网络应用最具效益的运营模式。对于小型企业来说，SaaS服务模式是采用先进技术的最好途径。

3系统的架构与功能

配电运维智能服务系统由“站”、“云”、“端”三部分解决方案构成，如图1所示。

图1系统架构图

在变配电站及终端用户处部署数据采集设备，通过GPRS/WIFI通讯网络将数据上送到云服务平台；在云平台上部署应用和数据服务程序，互联网向终端用户提供应用和信息服务。

3.1站解决方案

“站”解决方案包含部署在变配电站、低压用户侧的用电信息采集设备以及用电设备管理电子标签设备。

（1）采集系统结构：站内采集系统由若干分散的测量单元和通信管理单元构成。测量单元部署在开关柜上，采集进出线开关的各种电气运行参数，并通过RS485总线接入通讯管理单元；通信管理单元提供GPRS和WIFI通讯接口，可上送采集数据到云平台。

（2）各单元可组合的安装方式：采集系统包含供电单元、测量单元、状态单元、通信单元等多种模块；各单元通过内部接口总线连接，接口总线提供各单元模块之间的供电和通信连接；可根据实际测量要求灵活组合各单元模块实现开关柜多条线路测量。

（3）各单元技术参数指标，模块名称及功能和技术指标如下：

1）供电单元：AC85~265V/DC100-330V自适应供电，内置DC/DC提供DC5V电源及RS485对外接口，为本柜内不超过8个智能模块供电，并将这些智能模块的内部通讯接口转换成隔离的RS485接口。

2）测量单元：三相电压输入、三相电流输入以及漏电流输入；提供一个回路的全电量采集、故障录波和电能质量监视；电气泄漏电流监视；提供柜内温度采集。

3）状态单元（停电监测单元）：提供11路AC220V电压输入，用于对次要回路的带电/停电状态监视，并采集该回路电压交流值；可接入开关量辅助接点，对状态量进行采集，如开关位置、门磁、烟火告警等。

4）通信管理单元：提供2个RS485接口，用于采集各测量单元、状态单元信息；提供1个GPRS接口和1个WIFI接口与云端监控系统信息交互（GPRS和WIFI任选），WIFI接口同时用于站内系统调试和站内移动终端数据访问；提供大容量数据存储，通信中断恢复后可续传缓存数据。

5）双电源切换单元：用于两路电源切换后为供电单元提供电源输入。

（4）NFC电子标签

1）NFC电子标签写入设备ID，使用手机或者平板电脑接触NFC标签激活APP界面，实现现场巡视、设备参数查询等应用功能。

2）NFC标签采用NXP原装进口NTAG216芯片：容量888字节，读取时间1~2毫秒，读取次数大于10万次，读取距离0-30mm，数据保存大于10年，标签尺寸35×35mm。

3.2云解决方案

“云”解决方案提供了包含用电监视、运行分析、能效管理、电能质量、设备管理、运维管理在内的一整套应用和数据分析平台。

（1）基础管理服务：包括用户角色及权限管理、系统建模管理、系统基础信息、维护管理、终端通信流量池管理、NFC卡管理。

（2）数据采集、存储和访问服务：实现各变配电站、用户端数据采集、数据存储管理、数据访问接口。

（3）告警和运行分析服务：可以事件告警、事件查询、运行数据统计处理、报表服务。

（4）数据分析服务：提供运行分析与故障分析、电能质量分析与效能分析。

（5）运维管理服务：设备模型、巡视、缺陷与检修任务业务流程。

3.3端解决方案

“端”解决方案提供了基于PCWEB、移动WEB、移动APP在内的应用界面。

（1）WEB功能

1）基础管理：用户管理，角色管理，责任区分配，运维公司管理，业主管理，变电站管理，柜管理，回路管理，告警配置。

2）运行监视：地理分布，厂站一览，实时监视，回路数据，电容器数据，实时告警，变电站主接线图。

3）运行分析：历史负荷，数据对比，告警，日志，主变过载，超限统计，故障分析。

4）能效分析：历史电量，最大需求分析，功率因数，分项统计，变压器经济运行。

5）电能质量分析：三相不平衡统计，谐波统计，电压暂升暂降统计。

（2）移动APP功能：设备管理，巡视管理，缺陷管理，人员管理，检修管理，抢修管理，预试管理，任务管理。

3.4线下智能维保服务

线上和线下业务深度融合的智能维保服务，开创了用电维保服务新模式。通过线上配电运维智能服务系统在线监测，线下维保系统定期巡视，达到用电实时检验检测，与定期检修和故障抢修服务，以及第三方保电和抢修的全方位服务。

第三方保电服务：可以即时响应外部电源中断后提供发电机组租赁和现场发电服务。抢修服务：可以即时响应用电用户的电力设备与电力电缆故障应急抢修服务。

4系统的意义

配电运维智能服务系统能够提供巡视、检测、保电、抢修、在线检测一站式服务，带来更专业、更省心和更安全的好处，显著提升用电管理专业化水平，其意义有：

（1）安全用电保障

1）通过“事前预防”、“事中辅助决策”、“事后分析”三个层面上为用电安全提供保障；

2）当用电系统中发生电流、电压超限时，可提供曲线记录和事件预警，便于早期干预以防设备损坏；

3）用电系统中发生短路、过载引起的跳闸事件时，系统可第一时间发现并提供告警，配合线下运维人员互动可及时处理故障，尽快恢复供电，缩短停电时间。

4）可精确记录跳闸时的电流电压动作曲线，以进行事后分析，寻找故障原因并及时整改以防事故再次发生。

（2）优质用电保障

对谐波大，怎么检测和治理问题？能够对谐波、电压暂升、电压暂降、电压电流异常波动、三相不平衡度等电能质量数据进行采集和记录，为用户提升电能质量提供技术依据。

（3）经济用电保障

1）对峰谷差电量、最大需求量、力调系数等重要用电经济数据进行在线监视和统计汇总，为用户经济用电提供决策依据；

2）对最大需求量、力调系数等涉及电费支出的指标进行在线监视并或及时预警，以防超限而产生惩罚电费支出；

3）对负荷进行分项、分级能耗和关键能效指标统计，为实施技术和管理节能提供技术保障。

（4）提升管理水平

针对运行维护人员分散、责任心不强，以及管理水平低、缺手问题，能够做到设备全生命周期管理；基于NFC电标签实现设备巡视管理，保证到位率；运维业务流程数字化管理，提升管理效率。

5结语

随着各种智能化应用的兴起，城市信息化正向智能化发展，我们已经进入智慧城市时代，物联网技术在智能电网中的应用是必然趋势。本文提出配电运维智能服务系统及解决方案，对于提高配电网系统运行可靠性和智能化程度具有重要意义，是智能电网建设完整性的必要补充。通过系统的推广，可促进智能配电和智能用电的发展，对于用电侧终端用户来说，不仅能够提高用电可靠性，而且可以减少用电成本与提升能效管理水平，实现智能用电。

参考文献：

[1]胡雯，孙云莲，杨成月，张翔，基于物联网的智能电网信息化建设研究[J]，电力信息化，2013年04期，P51-54

[2]陈丁剑，智能电网中低压一体化配用电监控管理系统[J]，低压电器，2010年22期，P22-24

作者简介：

张团武，1977年6月25日出生，男，汉族，福建省连江县人，是福建正力工程建设有限公司/技术负责人，工程师，研究方向为电力系统自动化