徐一剑
浙江华云电力实业集团有限公司浙江杭州310000
摘要：楼宇智能化是当前建筑发展的趋势，通过实现建筑物的智能化建设，有效提高楼宇的舒适性、安全性和运行经济性。本文通过对某电网公司调度大楼配电房的智能化改造，采用微服务以及大数据技术，构建了调度大楼一体化管控平台，解决了大楼内信息孤岛的问题，使得大楼内的各个系统信息的信息整合到统一的平台，为今后智能楼宇的建设提供技术支持和平台支撑。
关键词：智能楼宇；智能配电房；一体化管控平台
0引言
智能楼宇(IntelligentBuilding)也称智能建筑，又称智能大厦。它是将建筑技术、通讯技术、计算机和控制技术等先进的科学技术相互融合、合理集成为最优化的整体，并适应了现代社会发展需要。智能大厦内部由很多系统共同构成，如计算机网络系统、办公自动化系统、消防系统、防盗报警系统、视频监控系统、楼宇广播系统、在线门禁系统、离线门禁系统、停车场管理系统、电梯运行安全管理系统、智能照明系统、中心空调控制系统、综合保安管理系统等。
由于楼宇智能系统在设计、招标和施工时，是由不同供应商根据不同功能，提供不同系列的产品分别安装，造成大部分管控系统彼此独立、互不联通。因不同品牌的产品间存在较大的兼容问题，甚至部分厂家有意设置数据边界堡垒，导致大楼各智能管控系统在信息交互和资源共享方面存在严重困难。目前，各系统独立运转情况良好，但系统之间的设备联动存在很大的盲区和空白地段。在人力配置不足的时候，难以发挥各个系统的全部性能，缺乏总体集成的概念和系统发展的考虑。体现在以下几个方面：(1)、系统信息孤立，系统维护和值班工作量增大；(2)、各个系统的智能化水平还有提升空间，可进一步提升智能化水平，以促进安全管控和使用体验舒适水平的提升，同时可同步降低能耗水平；(3)、进一步加强系统设备的管理，建立设备全寿命安全管理健康档案，可以提升设备的可用性和大楼的安全性；(4)、系统缺陷告警的手段和及时性需要进一步改善改进，欠缺平板电脑、智能手机和PDA等智能终端的在线运行远程监控和即时报警功能。
本文在某电力公司调度大楼内，建立了一套一体化管控平台，该平台利用大楼内现有的硬件/系统，对配电房进行了智能改造，在配电房的关键位置安装温湿度传感器、防盗传感器以及漏水传感器，置换原有的电表，通过串口转网络的数据传输模式上传到平台，并对平台的稳定性进行了测试。
1平台整体构架
1.1平台设计目标
目前调度大楼内存在的一些子系统，如视频监控系统、门禁系统、停车管理系统、中央空调系统，他们所采用的数据通信方式以及设备的通讯接口、协议等都可能不相同，系统之间也不存在联动性，缺乏统一的监控平台。
平台综合数据采集、数据监控、事项报警、以及数据分析为一体。数据采集：平台支持串口或网口的模式接入各类传感器/装置的数据，通过协议的配置，快速获取正确的数据，这里的数据包括摄像头的视频流数据；数据监控：实时展示上传的数据，以表格、图形、的形式呈现在web页面上；事项报警：对一些超越规则的事件进行报警，如电压、电流越限，温度超上限报警等；数据分析：对历史数据进行分析，如：电压合格率、电流不平衡率、电能质量。
平台的建设将建筑物内的电子系统以及管理系统集成在一个计算机网络平台上，实现子系统间信息、资源和任务共享、大楼管理人员根据平台的分析建议作出更加准确的判断与操作，并提高管理人员的一体化管理水平与效率。
1.2平台整体构架
根据上述的分析，本文设计的智能楼宇一体化管控平台整体构架主要分为三层：自下而上分别为硬件系统（包含第三方系统平台）、数据基础平台、云服务平台。三层架构职责明确，提高了系统的可扩展性和可维护性。如图1所示。
图1一体化平台架构
Fig.1Theoveralldesignofplatform
1.2.1硬件系统
系统的硬件包括各类设备（如电梯、电表）、传感器等。当前或今后涉及的硬件（系统）包括：电表、温湿度传感器、空调、照明装置、电梯、门禁等。
1.2.2基础数据平台
基础数据平台采用C/C++/java语言开发，负责与下层的硬件进行通信，协议的解析，控制命令的下发，数据的保存和数据的分析。
基础平台内置常用的通讯协议，并支持串口、网口、无线等多种数据传输通道。
提供各类管理工具，通道报文监测工具，数据转发工具，与上层的云端应用通过高效的RPC服务进行通信。
1.2.3云服务平台
云服务平台在云端的基础服务之上，考虑到平台今后涉及的数据比较多，并且类型也比较多样化，为保证平台的稳定性以及可扩展性，我们采用基于微服务以及大数据相关技术来构建。
微服务架构的思想是把一个大的应用，分解为若干小的、互相连接的微服务。平台中我们可以划分的服务包括：设备管理服务、权限管理服务、报警事项服务、实时数据服务、
基于微服务的架构具有以下优点[1]：
1、技术的异构性，每个服务都可以使用最适合该服务的技术，从而达到性能上的最优；
2、简化部署，每个服务都可以独立部署，当某个功能模块发生变更时，无需重新部署整个系统，这样使得发布更加高效，同时也降低了在实际生产环境下系统上线运行的风险；
3、微服务的架构下功能性的故障被隔离在单个服务中，若设计良好，其他服务可通过重试、平稳退化等机制实现应用层面的容错。
4、微服务架构模式使得每个服务独立扩展，可以根据每个服务的规模来部署满足需求的规模。
SpringCloud是当前构建云服务的最好的开源解决方案，它是一个工具箱，它提供的各类工具，可以帮助我们快速构建分布式系统，包括配置管理、服务发现、断路器、路由、微代理、事件总线、全局锁、决策竞选、分布式会话等[2]。
1.2.3大数据分析与可视化展示
大数据平台对电力运行数据、环境数据、门禁数据等进行在线或离线分析处理，处理结果存入关系型数据库或实时数据库，通过API服务供客户端调用。
从基础数据层采集的数据统一存放到HDFS或NoSql中，大数据平台负责对这些数据按照一定算法进行处理。如：对电力运行数据进行不平衡率分析。三相不平衡率是电能质量的重要指标，它是指在电力系统中三相电流（或电压）幅值不一致，且幅值差超过规定范围，三相不平衡会产生如下危害：(1)、增加线路的电能损耗；(2)、增加配电变压器的电能损耗；(3)、配变产生零序电流；(4)、影响设备的安全运行。如果平台把这些数据及时推送给用户，那么可以及时采取有效措施，如重新分配三相负荷或者装设平衡装置，从而消除事故隐患。
本文采用三相电流不平衡来作为电能质量的一项指标，三相电流不平衡的公式如下：
不平衡率=(max(相电流)-平均相电流)/平均相电流。
数据可视化主要旨在借助于图形化手段，清晰、有效地传达数据信息。常用的可视化展示有曲线图、柱状图、饼图、仪表盘等。
2基于传感器及网络技术的智能配电监控
平台以配电房为首个实施对象，在大楼现有配电房设备的基础上进行改造，把配电房内的温湿度数据，漏水信息，防盗报警信息，视频监控信息，配电数据信息等接入到一体化平台，并对这些数据进行统计分析，最后在云端的web上展示出来。
2.1改造前的问题
改造之前的配电房没有安装温湿度、漏水、防盗等采集器，也未安装实时监控的摄像头，因此，缺乏对配电房运行状况的掌控，存在一定的管理与安全方面的隐患，主要有以下几个方面：
1、一些配电房开关跳闸和配电房环境过热影响设备运行；2、配电房水浸导致设备损坏；3、配电房设备被盗；4、没有有效的方法来排查配电线路的安全隐患。
针对目前存在的问题，在配电房现有的设备和系统的基础上，对配电房进行技术改造，利用视频监控、传感器技术、多媒体、数据分析、能源管理等计算机技术，实现智能配电房业务的规范化、可视化、智能化，整合现有功能以及开发新的功能，提高大楼用电的安全性。
2.2改造架构
配电房的改造工作包括：
1、配电柜电测仪表的安装与调试；2、浸水传感器的布置与调试；3、温度传感器的安装与调试；4、红外传感器、烟雾传感器的安装与调试；5、网络摄像机的安装与调试。
以及对应上述设备的网络通信装置，供电管线、并使的所有上述设备全部接入一体化管控平台。
配电房改造后的整体架构如图2所示。
图2配电房改造架构图原理
Fig.2Principleoftransformerroomreconstructionarchitecture
如图所示，烟感、防盗、漏水、电表等装置通过485串口发送数据到串口服务器，经过网络交换机发送到一体化平台。
主要实现的功能如下：
配电房的状态监测：实现配电房内多个监测点的温度、湿度、漏水、防盗等环境监控传感器的应用。当温度、湿度传感器到达一定的数值后，进行报警。当漏水、防盗传感器监测到有事件发生时候，可以触发声光报警装置提醒管理人员。
供配电监控：主要对系统的运行参数，电压、电流、功率、功率因数、频率等进行实时监测。为正常运行时计量管理和事故发生时候的应急处理、故障原因分析等提供数据。对低压配电系统与相关电气设备运行状态、断路器等各种类型开关的状态进行实时监测。
视频监控：采用IP网络摄像头，摄像头通过视频线直接接入到监控服务器的视频输入接口，通过内部网络传输给监控平台软件进行图像监控。管理人员不需要跑到现场就能调取现场的实时画面查看现场状况，并能调取查看历史画面，降低了人工巡视的频率。
3平台运行分析
3.1数据案例
1、大楼时段用电分析
我们获取现场某一天的整点数据为实例，如下图所示：
图3大楼总用电功率和电量
Fig.3Electricpowerandpowerconsumptionofthebuilding
图4配电房某几路进线的功率和电量
Fig.4Powerandelectricquantityofsomeincominglinesinthepowerdistributionroom
可以得出大楼在哪个时间段用电、哪些线路在什么时间段的用电比较多，从而可以更加合理的安排用电。
2、三相电流不平衡率分析
系统在实际运行中，某一路出线的三相不平衡率超过限定范围，存在安全隐患，如下图所示：在红线上方的时段已经超过了限定的不平衡率。安装三相不平衡调节装置后其不平衡率得到明显改善，参照以下对比图。
图5三相不平衡率曲线
Fig.5Three-phaseunbalanceratecurves
经过本次配电房的改造工作，最大的作用是提高了大楼用电的稳定性和安全性。为今后的各项工作提供技术和经验支持。
实现智能配电房，能够实现全天候监视配电房内环境和用能的智能控制平台，并可在能源的使用过程中进行用电诊断和健康评估，为实现一个能合理计划和利用能源，降低设备能源消耗，提高经济效益为目的的信息化管控平台打下基础。
4结语
本文设计的一体化管管控平台以层次化的设计理念为基础，并基于大数据分析处理框架结合相应规则算法来进行数据分析，并采用SpringCloud技术构建高可靠性的云服务平台，初步在调度大楼内建设完成了软件平台，并对配电房进行了实施改造，消除已有的安全隐患。
参考文献:
[1]SamNewman著,崔力强张骏译.微服务设计[J].2016:3-6.
SamNewman,CuiliqiangZhangjun.BuildingMicroservices2016:3-6.
[2]翟永超.springcloud微服务实战[J],2017:7-8.
ZhaoYiChao.springcloudmicroservice[J].2017,:7-8.
[3]杨恩雄.疯狂springcloud微服务架构实战[J],2017:6-7.
YangEn雄.crazyspringcloudmicroservice[J].2018:6-7.