一种通过DTU传输配电环网柜在线监测和环境监测数据的方法

技术领域

本发明涉及电气设备技术领域，具体涉及一种通过DTU传输配电环网柜在线监测和环境监测数据的方法。

背景技术

环网柜在我国城乡配电网络中得到了广泛的应用，每一座长期不间断运行的环网柜都产生了海量的在线监测和环境数据，如何把这些大量的位于道路边、建筑外等复杂环境的环网柜海量数据经济高效的传输到电网企业电力物联网平台是电气设备技术领域需要解决的主要技术问题。

环网柜分布在城乡道路两旁、建筑物外以及工矿企业内外，环境复杂，环网柜总量巨大，通信条件参差不齐，由于环网柜需要长期不间断运行，数据量很大通信成本很高。为了厉行节约成本，每个环网柜都仅仅配有一个通信出口，出于安全操作的考虑和历史的原因，这个通信出口为配电自动化终端DTU所用，而且无法为其他设备共享。

配电自动化终端DTU综合测控通信单元配置测控和通信功能模块，负责实现未配置控制单元的间隔的遥信、遥测、遥控功能，通过104或101协议汇集测控单元采集的遥信、遥测信息，通过104协议按照转发点表上传遥信、遥测信息至配电自动化主站，执行配电自动化主站下发的遥控命令，或将遥控命令转发至相应控制单元执行。

随着技术的发展，环网柜还需要在线监测数据主要包括局部放电在线监测、温度在线监测、机械特性在线监测、SF6气箱在线监测等数据；另外，环网柜还需要还需要配置环境监测，主要对门禁、水浸、环境温湿度、烟感等的监测。

要把在线监测和环境监测数据上送到电力物联网平台，一般有两种思路，一种思路是研制一款装置，对在线监测和环境监测数据进行汇集、处理，然后通过mqtt协议上传到物联网平台，这种思路可称为直接传输法。另一种思路是改造配电自动化终端DTU，实现需要用到的各种485/Modbus、tcp/Modbus和私有协议，将在线监测和环境监测数据通过这些协议采集数据，和其他遥测、遥信数据统一上送配电自动化主站系统，这种思路称之为间接传输法。

直接传输方法最主要的缺点是需要在配电自动化终端DTU用到的网络通信通道1之外还要建设一条网络通信通道2，成本飙升，甚至往往不具备条件。

间接传输法可以复用网络通信通道1，通过配电自动化终端DTU传输在线监测和环境监测数据，节约通信成本。但间接传输法需要改造配电自动化终端DTU，实现用到的各种485/Modbus、tcp/Modbus和私有协议，将在线监测和环境监测数据通过这些协议采集数据，改造将提升成本并降低可靠性，特别是针对在运设备，更不可行。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种通过DTU传输配电环网柜在线监测和环境监测数据的方法，这种方法既节约了网络通信通道，又无需对配电终端DTU改造升级，较好的解决了利用配电终端DTU传输环网柜在线监测、环境监测数据的问题。采用的技术方案如下：

一种通过DTU传输配电环网柜在线监测和环境监测数据的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）硬件配置：设置一边缘计算一体机，将边缘计算一体机通过以太网络104协议或485总线101协议与环网柜内的配电终端DTU通信连接，并将环网柜内的在线监测单元、环境监测单元通过485总线Modbus协议与边缘计算一体机通信连接；

（2）构造104转发点表：为边缘计算一体机配置能够与配电终端DTU互相映射的104转发点表，104转发点表包括遥测数据点表和遥信状态点表，在遥测数据点表中设置变化阈值，在遥信状态点表中设置警告状态，并依照104协议的点号地址进行编号，使边缘计算一体机上送的数据地址能够对应配电终端DTU的地址；

（3）数据采集：边缘计算一体机通过在线监测单元、环境监测单元采集遥信状态数据和遥测数据；

（4）数据处理：边缘计算一体机对遥信状态进行处理、存储并形成告警值，遥测数据进行分析、存储，根据阈值确定变化；

（5）数据传输，包括：

（5-1）边缘计算一体机响应配电终端DTU总召，根据遥信状态点表传输遥信状态数据；

（5-2）边缘计算一体机响应配电终端DTU总召，根据遥测数据点表传输遥测数据；

（5-3）边缘计算一体机判断遥信状态是否发生变化，若采集到在线监测单元、环境监测单元的信号点或数据发生变化，则向配电终端DTU发起状态变化突发传送；

（5-4）若遥测数据有变化，先由边缘计算一体机进行判断，若变化在死区阈值范围之内，则忽略上送，若变化在死区阈值范围之外，则由边缘计算一体机突发遥测数据上送给配电终端DTU。

通常，上述边缘计算一体机兼容Modbus、104等各种通信协议，兼容485总线、RJ45等多种接口。

通常，在所述环网柜内，所述边缘计算一体机作为从站，向配电终端DTU发送数据，双方以点表映射的方式传输数据；遥信变位过程用于边缘计算一体机在采集到变位后向主站传送事件记录。

作为本发明的优选方案，所述步骤（5-3）中，当所述边缘计算一体机向配电终端DTU发起状态变化突发传送时，边缘计算一体机向配电终端DTU发出告警并增加告警状态。

作为本发明进一步的优选方案，所述步骤（2）中，所述遥测数据点表包括电缆头温度、环境温度、环境湿度、局部放电频率、峰值、次数和SF6的密度、温度、压强在内的遥测数据；所述遥信状态点表包括门禁、烟感、水浸状态在内的遥信状态数据。

作为本发明进一步的优选方案，所述步骤（3）中，通过485总线Modbus协议定期召唤采集门禁、烟感和水浸状态的遥信状态数据；通过485总线Modbus协议定期采集电缆头温度、环境温度、环境湿度，得到包含温度数据、湿度数据的遥测数据；通过TCP Modbus协议定期采集局部放电数据和气箱SF6数据，得到包含单位时间内局部放电频率、峰值、次数和SF6的密度、温度和压强的遥测数据。其中，通过私有协议采集的遥测数据长度不一，为适配104协议的报文格式，边缘计算一体机还利用IEEE 754标准对在线监测单元、环境监测单元的数据进行转换，将各类遥测数据转换为IEEE754标准的单精度（32）位浮点数格式，并用十六进制表示。

作为本发明的优选方案，所述步骤（1）中，在所述环网柜内还设置有视频监控单元，视频监控单元与所述边缘计算一体机通信连接。

作为本发明进一步的优选方案，所述步骤（3）中，所述边缘计算一体机通过所述视频监控单元并通过以太网络tcponvif/rtsp/rtp/es协议采集倒闸操作实时视频流和某一时刻的图片。

作为本发明更进一步的优选方案，所述步骤（4）中，所述边缘计算一体机对遥信状态进行处理的过程包括：（4-1）播放倒闸操作实时视频，实现倒闸操作可视化和可追溯；（4-2）对图片进行基于AI人工智能的图像分析，识别出刀闸所处状态。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）本发明采用边缘计算一体机作为汇集装置，通过104协议把采集的数据按需转发给配电终端DTU再上送主站，一方面所有的数据最终都是通过原先网络通信通道转发的，无需新增网络通信通道，降低建造成本；另一方面，边缘计算一体机和配电终端DTU之间的通信采用配电终端DTU支持的104协议，无需改造配电终端DTU避免降低配电终端DTU的可靠性，可称为代理传输法，代理传输法摒弃了传统的直接传输法和间接传输法的缺点，既节约了网络通信通道，又无需对配电终端DTU改造升级，较好的解决了利用配电终端DTU传输环网柜在线监测、环境监测数据的问题；

（2）边缘计算一体机可以作为一台在线监测的站所终端，在通信网络支持下，边缘计算一体机可通过GB28181、ONVIF、PG、104等协议实现视频、图片、分析结果、在线监测、环境监测向后台系统转发，实现数据独立传输，管理界面清晰，可提高通讯速度及运行稳定性。

附图说明

图1是本发明优选实施例中硬件配置的结构示意图。

图2是本发明优选实施例中边缘计算一体机响应配电终端DTU总召进行数据传输的示意图。

图3是本发明优选实施例中配电终端DTU与边缘计算一体机进行时钟同步的示意图。

图4是本发明优选实施例中边缘计算一体机主动周期性地向配电主站发送遥测数据的示意图。

图5是本发明优选实施例中32位遥测数据的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，这种通过DTU传输配电环网柜在线监测和环境监测数据的方法，包括如下步骤：

（1）硬件配置：设置一边缘计算一体机1，将边缘计算一体机1通过以太网络104协议或485总线101协议与环网柜内的配电终端DTU2通信连接，并将环网柜内的在线监测单元3、环境监测单元4通过485总线Modbus协议与边缘计算一体机1通信连接；

（2）构造104转发点表：为边缘计算一体机1配置能够与配电终端DTU2互相映射的104转发点表，104转发点表包括遥测数据点表和遥信状态点表，在遥测数据点表中设置变化阈值，在遥信状态点表中设置警告状态，并依照104协议的点号地址进行编号，使边缘计算一体机1上送的数据地址能够对应配电终端DTU2的地址；

（3）数据采集：边缘计算一体机1通过在线监测单元3、环境监测单元4采集遥信状态数据和遥测数据；

（4）数据处理：边缘计算一体机1对遥信状态进行处理、存储并形成告警值，遥测数据进行分析、存储，根据阈值确定变化；

（5）数据传输，包括：

（5-1）边缘计算一体机1响应配电终端DTU2总召，根据遥信状态点表传输遥信状态数据；

（5-2）边缘计算一体机1响应配电终端DTU2总召，根据遥测数据点表传输遥测数据；

（5-3）边缘计算一体机1判断遥信状态是否发生变化，若采集到在线监测单元3、环境监测单元4的信号点或数据发生变化，则向配电终端DTU2发起状态变化突发传送；

（5-4）若遥测数据有变化，先由边缘计算一体机1进行判断，若变化在死区阈值范围之内，则忽略上送，若变化在死区阈值范围之外，则由边缘计算一体机1突发遥测数据上送给配电终端DTU2。

例如：规定电缆头温度的温度上限为60度、温度下限为-10度，若超过此范围，就进行报警。

在本实施例中，边缘计算一体机1兼容Modbus、104等各种通信协议，兼容485总线、RJ45等多种接口。

在本实施例中，所述步骤（5-3）中，当边缘计算一体机1向配电终端DTU2发起状态变化突发传送时，边缘计算一体机1向配电终端DTU2发出告警并增加告警状态。

在本实施例中，所述步骤（2）中，所述遥测数据点表包括电缆头温度、环境温度、环境湿度、局部放电频率、峰值、次数和SF6的密度、温度、压强在内的遥测数据；所述遥信状态点表包括门禁、烟感、水浸状态在内的遥信状态数据。

在本实施例中，所述步骤（3）中，通过485总线Modbus协议定期召唤采集门禁、烟感和水浸状态的遥信状态数据；通过485总线Modbus协议定期采集电缆头温度、环境温度、环境湿度，得到包含温度数据、湿度数据的遥测数据；通过TCP Modbus协议定期采集局部放电数据和气箱SF6数据，得到包含单位时间内局部放电频率、峰值、次数和SF6的密度、温度和压强的遥测数据。其中，通过私有协议采集的遥测数据长度不一，为适配104协议的报文格式，边缘计算一体机1还利用IEEE 754标准对在线监测单元3、环境监测单元4的数据进行转换，将各类遥测数据转换为IEEE754标准的单精度（32）位浮点数格式，并用十六进制表示。

在本实施例中，所述步骤（1）中，在所述环网柜内还设置有视频监控单元5，视频监控单元5与边缘计算一体机1通信连接；所述步骤（3）中，边缘计算一体机1通过视频监控单元5并通过以太网络tcponvif/rtsp/rtp/es协议采集倒闸操作实时视频流和某一时刻的图片；所述步骤（4）中对实时数据的处理包括：（4-1）播放倒闸操作实时视频，实现倒闸操作可视化和可追溯；（4-2）对图片进行基于AI人工智能的图像分析，识别出刀闸所处状态。

在所述环网柜内，边缘计算一体机1作为从站，向配电终端DTU2发送数据，双方以点表映射的方式传输数据；遥信变位过程用于边缘计算一体机1在采集到变位后向主站传送事件记录。

一、遥信报文结构

当突发上送遥信、响应总召上送遥信，使用的是104协议中的I格式报文。

1.当信息对象序列（SQ=0）时，不带时标的单/双点信息遥信报文格式如下：

2.单个信息中信息元素序列（SQ=1）时，不带时标的单/双点信息遥信报文格式如下：

示例：

接收→变位遥信：

68（启动符）0E（长度）16 00（发送序号）06 00（接收序号）01（类型标示，单点遥信）01（可变结构限定词，有1个变位遥信上送）03 00（传输原因，表突发事件）01 00（公共地址即RTU地址）03 00 00（信息体地址，第 3 号遥信）00（遥信分）。

二、遥测报文结构

配电终端DTU2主动周期性地向配电主站发送传输遥测数据的ASDU。

1.当信息对象序列（SQ=0）时：

2.单个信息中信息元素序列（SQ=1）时：

示例：

接收→YC 帧（以类型标识 9 为例）：

68（启动符）13（长度）06 00（发送序号）02 00（接收序号）09（类型标示，带品质描述的遥测）82（可变结构限定词，有 2 个连续测上送）14 00（传输原因，响应总召唤）01 00（公共地址）01 40 00（信息体地址，从 0X4001开始第0号遥测）A110（遥测值 10A1）00 （品质描述）89 15（遥测值 1589） 00（品质描述）。

三、通信主要过程

通信过程中，配电终端DTU2作为主站方，边缘计算一体机1作为子站方。两者通信报文交互过程，包括以下：

①参考图2，总召唤：配电终端DTU2可定时或启动链路后向边缘计算一体机1发起总召，边缘计算一体机1将采集到的遥信、遥测数据按照配置的点表向配电终端DTU2转发。

②参考图3，时钟同步：当配电终端DTU2与边缘计算一体机1在接收到对时命令后直接修改本机时钟，并且回答一条对时确认报文；边缘计算一体机1收到配电终端DTU2的对时报文后，修改本地时间，并返回确认帧。

③变化遥信遥测数据上送

需要进行特别说明的是，针对遥信变位的事件报告：边缘计算一体机1采集到状态变位事件后，边缘计算一体机1向配电终端DTU2传送带时标和不带时标的遥信报文。

参考图4，边缘计算一体机1可以主动周期性的向配电主站发送传输遥测数据。

三、十进制数据上送转换

按照以下步骤

1、将十进制数据转成二进制的格式。

2、规范化二进制数：将二进制数的小数点偏移到第一位非0数后，转换为以2为底的指数型式，得到尾数。

3、求阶码：阶码E = 偏移量+阶码真值。因报文结构采用单精度的浮点数，偏移量取为127，步骤2的指数即为阶码真值，得出偏移后的阶码。

参考图5，整合后的32位遥测数据为：

符号位 0

阶码：10000011

尾数：取步骤2小数部分然后补0直到尾数部分凑够23位

因此，便能得出一组32位单精度 4字节的16进制数据，满足能与配电终端DTU2进行104协议通信。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。