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JAVA WEB技术的330kV变电站监控系统软件分析与设计
时间:2022-04-01 08:53 | 栏目:软件工程实习论文 | 浏览:次
硕士论文网第2022-04-01期，本期硕士论文写作指导老师为大家分享一篇软件工程实习论文文章《JAVA WEB技术的330kV变电站监控系统软件分析与设计》，供大家在写论文时进行参考。
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本文采用 Java EE 对变电站中一、二次设备实时数据进行采集和管理，用户登录变电站监控系统网页端后，可以直接查看变电站内设备的运行情况；当设备出现异常时，在变电站中发起报警并且向系统发送故障原因和故障点的位置，系统将获得的信息的储存到报警日志，并且在电网地图视图标识故障点的位置；此外，报警系统还将向用户发送短信或电话的通知。
1 绪论
1 绪论
1.1 研究背景及意义
随着电力系统建设的稳步推进，以及信息和网络技术的高速发展，对我国电力系统的智能化提出了更高的要求，使得智能电网在未来很长一段时间内成为电力系统发展的热门方向之一。此外，超高压等级输电线路的建设，使得变电站数量也急剧增加，以及无人值守变电站的推广应用也对变电站智能化和信息化提出了更高要求。330kV 电网在我国西北电网中占据重要位置，据相关统计数据显示：西北地区 330kV联合电网线路已超过 6000km。西北地区地广人稀，变电站选址均较为偏僻，工作环境相对艰苦，更适用于无人值守变电站，因此对于智能化、可靠性高的远程监控系统的要求更为迫切。变电站在线监控系统能够实现对站内各个设备运行状态的实时采集，并准确、及时的反馈给工作人员，进而改善工作环境，提高变电站智能化水平。门禁系统主要采用人脸识别的技术对进入变电站人员进行识别，防止出现人员的误入导致了变电站内现场误操作，破坏变电站的稳定运行，给企业造成经济损失，甚至还会造成人员的伤亡。现阶段，国内对变电站监控系统和人脸识别的研究已经取得了丰硕的成果，但是监控系统和人脸识别系统之间相互独立，分别承担监控站内设备运行状态和门禁控制的作用，并没有形成一个相对统一的系统。因此，本文研究了变电站监控系统，主要功能包括：数据检测、报警系统、人员管理和门禁系统，且各个环节相互联系。330kV 变电站在西北电网超高压输电线路中担负着接受和分配电能的职责，所以它的安全、可靠运行对电力系统有着至关重要的作用。工作人员通过 330kV 变电站的在线监控系统的开发能够及时、准确获得设备运行状态，进而及时消除潜在的缺陷和隐患，对于维护西北电网的安全稳定运行具有重要的意义。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
变电站监控系统能够实时采集站内设备的运行状态，并将运行信息反馈给相关工作人员，因此监控系统对于保证站内设备的安全稳定运行有重要意义。国外，美国、日本、德国和英国等西方发达国家率先开展了变电站监控系统的研究。在逻辑结构上，智能变电站监控系统可以分为站控层、间隔层和过程层，如图 1-1 所示。上世纪 90 年年代开始，针对电气设备的在线监测产品被推出，如 Duval M 等研制的CB Watch-2 系统可以 SF6 气体、断路器机械参数以及操动机构等项目进行在线监测。Kezunovic M 等[1]研发了基于分布式 IED 和中央服务器断路器的在线监测系统，利用无线信号通信，监测项目主要为分合控制线圈电流以及主回路电流，同时还对信号处理和专家系统的应用进行了研究。美国 Heathway 公司生产的 BCM200 断路器监测装置能够采集分合闸线圈电流以及一次回路故障电流累计燃弧时间等参数并根据这些参数进行故障诊断[2]。韩国学者 Kim DC 等[3]研制了基于 EC61850 标准的 GIS 在线监测系统。
2 变电站监控系统设计原则和开发技术分析
2.1 设计原则分析
软件系统是采用“浏览器/服务器”的模式，采用数据层、数据模型层、控制层、视图层的分层架构，采用转发-请求的方式进行数据交互。站点服务器与采集设备进行通信，并将站点信息进行处理，通过一定的数据格式传输到客户端。
2.1.1 数据管理分析
2.1.1 数据管理分析
数据管理主要是对变电站内数据的采集，存储环节。包括数据的可视化展示、站点状态的记录、报警信息的记录、电气信息的采集存储、用户信息的保存。数据的可视化将电气信息使用工作人员容易接受的图表展示。在系统运行期间可以查询多个设备的信息，进行图表的绘制、打印。设备状态显示用来展现每个站点运行的情况，设备的状态可以分为正常运行、警报状态、停止状态三种情况。在每个设备的后面有供用户操作的按钮，具有权限的用户可以实时的改变设备的状态。报警信息的记录是系统会将采集的数据信息进行处理计算，最终判定报警条件，满足报警条件，记录每个设备的报警信息。在总表中包含设备报警的次数，以此来判断设备的损坏程度。数据管理分析如图 2-1 所示
2.2 Java Web 开发技术分析
Java 在大数据和 Web 网站的搭建起着举足轻重的作用，本系统使用 Java 作为本系统开发的工具。变电站工作时，站中各个设备运行状态随负荷、指令和外部环境的变化而不断变化，因此其信息也是在不断变化的，因此本文使用动态 Web 开发技术，既 JAVA WEB技术进行监控系统的开发和编程。在监控系统的开发过程中，主要包括服务器的搭建、开发框架、数据库、网页开发技术等若干关键技术环节，本文将依次展开讨论。Tomcat 是一个免费的开放源代码的 Web 应用服务器，其核心功能包括连接器（Connector）和容器（Container），分别负责接收、反馈和处理请求，它们共同构成了基本的 Web 服务 Service。Tomcat 基本结构如图 2-6 所示。
3 人脸识别的门禁系统设计·············································································13
3.1 变电站门禁系统设计 ··········································································13
3.2 国内外现状及设计要求 ·······································································13
3.3 门禁系统框架设计 ·············································································15
3.4 基于神经网络的人脸识别方法设计 ························································17
3.5 人脸图像的获取与数据预处理 ······························································18
4 变电站监控系统软件设计·············································································24
4.1 系统设计·························································································24
4.2 功能实现·························································································29
4.3 结合人脸识别的 330kV 变电站监控系统·················································47
4.4 本章小结·························································································48
4 变电站监控系统软件设计
4.1 系统设计
变电站在线监控系统采用了 CentOS7.4 64bit Linux Server 作为服务器环境。安装开发工具 IntelliJ IDEA 2019.3.2 和数据库开发工具 MySQL Workbench 8.0。安装了前端开发工具 Visual Studio Code 和 Chrome 浏览器。安装部署了 JDK 11.02、Tomcat 9.0.37 和 Maven 3.5 提供 Java 9 的环境。
安装部署了数据库 MySQL 5.1.49。基于上述安装和部署，本章对变电站监控系统软件展开详细设计
5 结论与展望
5 结论与展望
5.1 结论
本文设计了基于 JAVA WEB 的变电站监控系统，结合人脸识别的门禁系统，实现了对站内温湿度，SF6 气体含量，三相电压、电流，零序电流等参数的在线监控和状态预警。相关结论和创新点如下：
（1）本文开发了基于深度学习的人脸识别门禁系统，运用了机器视觉、卷积神经网络、图像处理等技术手段。其中，使用 imread 和 resize 函数实现对人脸图片的预处理；对比了GPU和CPU在识别过程中的表现，GPU相比CPU在训练速度上拥有较大的优势。
（2）本文采用 Java EE 对变电站中一、二次设备实时数据进行采集和管理，用户登录变电站监控系统网页端后，可以直接查看变电站内设备的运行情况；当设备出现异常时，在变电站中发起报警并且向系统发送故障原因和故障点的位置，系统将获得的信息的储存到报警日志，并且在电网地图视图标识故障点的位置；此外，报警系统还将向用户发送短信或电话的通知。
（3）本文设计的变电站监控系统将数据监控、人员管理、门禁识别、故障报警等各个环节有机的统一起来，能有效降低变电站故障发生率。其中门禁识别成功后会向监控管理系统发送一条 JSON 字符串指令，发送成功后完成后台管理系统的登录。
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