浅谈基于无线物联网的智能配电监控系统设计应用
时间：2024-05-07 阅读：155
浅谈基于无线物联网的智能配电监控系统设计应用
摘要：阐述基于电力物联网的智能配电监控系统的特点，探讨物联网结构及其关键技术，电力物联网下的智能配电监控系统设计，包括整体结构设计、硬件和软件系统设计。
关键词：电力物联网；配电监控系统；物联网结构
0引言
随着信息时代的到来，建设智能配电网监控系统开始具有了更强的可行性，本文结合相关理论，进行了电力物联网下的智能配电房监控系统设计，相信能够在一定程度上降低巡检频率、减少维护成本、提升运维管理综合质量。
1研究背景
基于电力物联网的智能配电监控系统的特点。
智能配电房监控系统设计要求。智能配电房监控系统的根本任务是，对整个配电房的相关数据信息进行监控，实时呈现现场实际运行状况，为配电网安全运行提供重要保障，避免由于设备状态问题导致各种安全事故发生。从整体角度来看，智能配电房监控系统设计要求如下：（1）监测数据指标的全面性。该系统应当能够实现对配电房内部主要运行数据的监测与监控，主要包括温度数据、局部放电数据、门状态数据、湿度数据等内容，帮助技术人员更好的判断配电房的实际工作状态，并保障其长期、可持续运行。（2）安全性。该系统需要承担信息传输工作，因此，系统应当具有较强的安全性，同时，还应当建设配套的安全管理机制，以保证信息安全。（3）智能性。这是智能配电房监控系统设计的根本要求，智能性应当表现在多个方面，包括数据指标监测智能性、数据指标分析智能性、处理执行智能性等，综合来看，该系统应当能够在减少大量人力资源支持的基础上，满足配电房远程智能化运维管理工作需求。
物联网结构及其关键技术。物联网是在互联网基础上诞生的一种新型信息技术，其基本含义为物物相连的互联网。其含义主要表现为，（1）物联网是在互联网基础上延展而来的网络，（2）物联网延展到了现实世界，能够通过传感器实现物品与物品之间的信息交换与通信。物联网主要由感知互动层、网络传输层、应用服务层三个层级组成。其中，感知互动层是基础的层级，其功能为数据的初步获取，其内部主要设备包括各种传感设备、其他外围设备共同组成，其关键技术包括测量技术、半导体技术、光学技术等。网络传输层主要承担网络信息传输、提取任务，主要结构包括移动数据、蓝牙、光纤等，其关键技术包括Web技术、ZigBee技术等。应用服务层主要结构包括本地主机、控制器、物联网中间件、物联网应用平台，该层级主要依托计算机、软件进行数据处理，其关键技术为云计算技术。
2基于电力物联网的智能配电监控系统设计
2.1整体结构设计
在电力物联网技术基础上，本文提出了智能配电房监控系统设计方案。探讨整体结构设计，电力物联网下的智能配电房监控系统设计整体结构由智能设备、传输线路、集成监控主机三个核心设备组成，其主要结构如图1所示。
图1 电力物联网下的智能配电房监控系统整体结构
根据图1中内容可知，电力物联网下的智能配电房监控系统采取了集中管理、分散控制的思路进行设计，能够同时满足集中管控、数据安全等设计需求，本文从软件、硬件系统两方面对其具体设计内容进行阐述与分析。
2.2硬件系统设计
电力物联网下的智能配电房监控系统硬件系统主要包括集中监控主机、低压配电柜监控设施、温湿度传感器、烟雾传感器、漏水检测器、红外探测器、监控摄像机几种设备类型。（1）集中控制主机。该设备包括串口通信、AI/DI、以太网接口，能够实现运行环境的数据采集、控制工作，现场采用机架式无风扇工控机，能够保证系统运行、维护安全。（2）低压配电柜监控设施。该硬件采用远程电源管理控制器，连接抽屉柜、配电柜，具体连接方式为485接口连接，采用SNMP等通信实现数据读取，使用以太网接口连接控制器、监控环网。（3）温湿度传感器、烟雾检测器、漏水检测器、监控摄像机均采用市面主流的相关设备。其中，烟雾传感器选择光电烟感，能够实现监控区域火灾情况的实时监控与告警。漏水检测器采用直流12V电源供电，在实践中具有较强的可行性与应用便捷性。监控摄像机采用高像素且具有移动报警功能的网络摄像头，能够实现对配电房区域的实时、动态监控。（4）红外探测器能够防止非法入侵，是整个硬件系统的核心内容，本文所采用的红外探测器相关数据如表1所示。上述诸多硬件设备是整个系统功能正常发挥的重要依仗，能够帮助系统实现基础数据的高效收集，采集到的信息会通过局域网上传到中控室服务器，从而为后续工作流程提供必要的数据支持。
表1 红外探测器指标数据
2.3软件系统设计
电力物联网下的智能配电房监控系统软件系统负责对监控服务器采集到的数据进行集中处理，并将数据统计结果显示在界面上，为技术人员提供直观的现场运行状态展示。同时，该软件系统还应当具备权限管理、报警管理、日志管理等功能。最后，该系统还需要支持SNMP、Modbus等协议，能够为后续二次开发提供技术支持。
部分功能的具体实现思路如下：（1）电子地图模式直观展示隧道配电房位置、配电柜位置、抽屉柜位置等，技术人员只需要在地图上选择配电房即可进入配电房进行整体巡查，选中某个配电柜可以实现配电柜电流、电压相关数据的查询。（2）该软件系统上存在系统日志、报表模块，技术人员可以通过查询相关模块，了解设备的具体运行情况。（3）监控系统模块。技术人员在该软件上，能够随意选择联动设备，并进行远程操作，例如，当系统检测到温度达到设定值时，会通知技术人员，技术人员可以远程操作排风扇执行降温操作，进而实现对设备的有效保护。
3 Acrel-EIOT能源物联网云平台
（1）概述
Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一套基于物联网数据中台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务的平台。用户仅需购买安科瑞物联网传感器，选配网关，自行安装后扫码即可使用手机和电脑得到所需的行业数据服务。
该平台提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问。
（2）应用场所
本平台适用于公寓出租户、连锁小超市、小型工厂、楼管系统集成商、小型物业、智慧城市、变配电站、建筑楼宇、通信基站、工业能耗、智能灯塔、电力运维等领域。
（3）平台结构
（4）平台功能
电力集抄
电力集抄模块可以实现对各种监测数据的查询、分析、预警及综合展示，以保证配电室的环境友好。在智能化方面实现供配电监控系统的遥测'、遥信、遥控控制，对系统进行综合检测和统一管理；在数据资源管理方面，可以显示或查询供配电室内各设备运行（包括历史和实时参数，并根据实际情况进行日报、月报和年报查询或打印，提高工作效率，节约人力资源。
变压器监控
配电图
能耗分析
能耗分析模块采用自动化、信息化技术，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动化、科学化管理，使能源管理、能源生产以及使用的全过程有机结合起来，运用先进的数据处理与分析技术，进行离线生产分析与管理，实现全厂能源系统的统一调度，优化能源介质平衡、有效利用能源，提高能源质量、降低能源消耗，达到节能降耗和提升整体能源管理水平的目的。
能耗概况
预付费管理
1）登陆管理：管理操作员账户及权限分配，查看系统日志等功能；
2）系统配置：对建筑、通讯管理机、仪表及默认参数进行配置；
3）用户管理：对商铺用户执行开户、销户、远程分合闸、批量操作及记录查询等操作；
4）售电管理：对已开户的表进行远程售电、退电、冲正及记录查询等操作；
5）售水管理：对已开户的表进行远程售水、退水、记录查询等操作；
6）报表：提供售电、售水财务报表、用能报表、报警报表等查询，本系统所有的报表及记录查询，都支持excel格式导出。
预付费看板
充电桩管理
通过物联网技术，对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，包括城市级大屏、交易管理、财务管理、变压器监控、运营分析、基础数据管理等功能。
充电桩看板
智能照明
智能照明通过物联网技术对安装在城市各区域的室内照明、城市路灯等照明回路的用电状态进行不间断地数据监测，也可以实现定时开关策略配置及后台远程管理和移动管理等，降低路灯设施的维护难度和成本，提升管理水平，并达到一定节能减挂的效果。
监控页面
安全用电
安全用电采用自主研发的剩余电流互感器、温度传感器、电气火灾探测器，对引发电气火灾的主要因素（导线温度、电流和剩余电流）进行不间断的数据跟踪与统计分析，并将发现的各种隐患信息及时推送给企业管理人员，指导企业实现时间的排查和治理，达到消除潜在电气火灾安全隐患，实现“防患于未然”的目的。
智慧消防
通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格化管理、落实多元责任监管等目标。原先针对“九小场所”和危化品生产企业无法有效监控的空白，适应于所有公建和民建，实现了无人化值守智慧消防，实现智慧消防“自动化”、“智能化”、“系统化”、用电管理“精细化”的实际需求。
（5）系统硬件配置
| 类型 | 型号 | 外观 | 产品功能 |
| 能源物联网云平台 | Acrel-EIOT |
| 提供数据驾驶舱、电气安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等功能，并支持多平台、多语言、多终端数据访问 |
| 智能网关 | AWT100-4G |
| 1路下行485，上行可选配4G、WIFI、网口 |
| ANet-1E2S1-4G |
| 上行：以太网、4G 下行：RS485 | |
| 物联网电表 | ARTU系列 |
| 可扩展DIDO以及多路模拟量输入输出单元。 通讯方式：RS485接口，Modbus协议。可扩展2G、Lora、LoRAWAN、NB-IoT、4G、以太网 |
| 无线测温 | ARTM-Pn |
| 可监测电压、电流、频率、有功功率、无功功率、电能，可接收60个无线温度传感器温度 |
| ATC600 |
| ATC600有2种工作模式：终端(-C)、中继(-Z)，可根据项目布局选择配置。可接收240个无线温度传感器温度 | |
| 光伏监控 | AGF |
| 光伏电池串开路报警，可以配合组串电压进行综合判断；带3路开关量状态监测，用于采集直流断路器、防雷器等输出空接点状态；一次电流采用穿孔方式接入，安装方便，安全性高；测量元件采用霍尔传感器，隔离测量电流20A；电压测量功能可测量母线电压高DC1500V |
| 电力监控 | AEM96 |
| 三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议 |
| AEM72 |
| 三相电力参数测量、电压和电流的相角、四象限电能计量、复费率、需量、历史电能统计、开关量事件记录、历史值记录、31次分次谐波及总谐波含量分析、分相谐波及基波电参量（电压、电流、功率）、开关量、报警输出 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议 | |
| ACR系列 |
| 三相所有电力参数、需量记录（ACR320EFL）、分时电能统计及12月电能统计、日期时间显示、LCD显示、RS485通讯，事件记录。 通讯方式：RS485，Prifibus-DP、以太网 | |
| APM系列 |
| 全电量测量，四象限电能，复费率电能，仪表内部温度测量，总有功、总无功、总视在电能脉冲输出、秒脉冲等可选。三相电流、有功功率、无功功率、视在功率实时需量及需量(包含时间戳)。电流、线电压、相电压、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、电流总谐波、电压总谐波的本月值和上月值(包含时间戳)。中文显示，有功电能0.2s级。通讯方式：RS485，Prifibus-DP、以太网 | |
| 物联网电表 | DDS |
| 有功、无功电能计量，电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F，LCD显示，RS485通讯，MODBUS-RTU和DL/T645协议 |
| 物联网电表 | DDSD |
| 电能计量：总电能计量（反向计入正向），3个月历史电能数据冻结存储电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F测量LCD显示：8位段式LCD显示按键编程：3按键可编程设置密码、通讯地址、波特率、复费率和通讯协议。 脉冲输出：L有功电能脉冲输出复费率：4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率通讯：RS485接口，MODBUS-RTU、DL/T645-97、DL/T645-07协议、红外通讯 |
| 物联网电表 | DTSD |
| 电能计量：有功电能计量（正、反向）、无功电能计量（正、反向）、A、B、C分相正向有功电能电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F谐波测量：2~31次谐波电压电流LCD显示：8位段式LCD显示、背光显示按键编程：4按键可编程通信、变比等参数脉冲输出：有功脉冲输出、无功脉冲输出、时钟脉冲输出LED报警：失压、过压报警复费率及附带功能：有源开关量输入、3开关量输出、支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率、需量及发生时间、上48月、上90日历史冻结数据、日期、时间 通讯：红外通讯、RS485接口、同时支持Modbus、DL/T645测温：支持3外置NTC测温 |
| 物联网电表 | ADL200 |
| 单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。总电能计量（反向计入正向），3个月历史电能数据冻结存储；8位段式LCD显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能2级。 |
| ACR10R |
| 三相电流/电压/频率/功率因数，有功/无功/视在功率，四象限电能计量，需量，复费率电能计量，总谐波含量、分次谐波（2-63次），事件记录和报警功能。电能精度0.5级。 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议 | |
| ADL10-E |
| 有功、无功电能计量，电参量测量：U、I、P、Q、S、PF、F，LCD显示，RS485通讯，MODBUS-RTU和DL/T645协议 | |
| ADL400 |
| 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。（正、反向）有功、无功电能计量；A、B、C分相正向有功电能计量；2-31次谐波电压电流；12位段式LCD显示、背光显示，电能精度0.5s级。 | |
| ADW200 |
| 4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率值记录；需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持12路开关量输入4路开关量输出；支持12路测温4路剩余电流测量；有功电能精度1级。 通讯方式：RS485接口，支持Modbus-RTU协议 | |
| ADW210 |
| 4路三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率值记录；需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持12路开关量输入4路开关量输出；支持12路测温4路剩余电流测量；有功电能精度1级。 | |
| ADW300-4G |
| 三相电压、电流、功率、功率因数、频率测量；电压电流相角、电压电流不平衡度测量；电压电流2-31次分次谐波及总畸变测量；当月及上三月的电压、电流、功率值记录；需量及上十二月历史需量记录；事件记录、复费率、四象限电能及历史电能记录；支持4路开关量输入、2路开关量输出；支持4路测温；支持1路剩余电流测量；支持本地显示及按键设置；有功电能精度1级。 通讯方式：支持RS485通讯、Lora无线通讯、4G通讯；WIFI通讯 | |
| 预付费电表 | DDSY-4G |
| 单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。 |
| DTSY-4G |
| 三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量。有功电能计量（正、反向），A、B、C分相正向有功电能，支持4个时区、2个时段表、14个日时段、4个费率需量及发生时间，实时需量，历史冻结数据购电记录；8位段式LCD显示、背光显示；有功电能脉冲输出；有功电能精度1级，无功电能0.5s级。 | |
| 直流电能表 | DJSF1352 |
| 1.精度：1级或0.5级，带±12V电压输出用于霍尔传感器供电 2.测量：电压、电流、功率、正反向电能，支持双路计量。 |
| 电气安全 | ARCM300-Z |
| 三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、cosΦ），视在电能、四象限电能计量，单回路剩余电流监测，4路温度监测，2路继电器输出，2 路开关量输入，支持断电报警上传 |
| AAFD-DU |
| 监测故障电弧、漏电、温度 两路无源干接点（开关量）输入 两路无源常开触点（开关量）输出 | |
| 充电桩 | ACX系列 |
| 充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 支持投币、刷卡，扫码、免费充电， |
| AEV_AC007 |
| 额定功率7kW,单相三线制，防护等级IP65,具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方式：4G、蓝牙、Wifi | |
| 智慧照明 | ASL200 |
| 遥控输出 两路无源干接点（开关量）输入 两路无源常开触点（开关量）输出 |
4结语
当前我国民众生活水平逐渐提升，电力网络建设逐步深入，在这一时代背景下，配电网智能化建设愈发重要。本文结合物联网技术，进行了智能配电房监控系统设计，从整体、细节层面对设计策略进行了综合分析，相关单位可以适当结合本文的研究内容，进行配电房智能化设计，希望能够推动相关事业健康可持续发展。
参考文献
[1]苗飞.基于电力物联网的智能配电监控系统设计.
[2]陈泽涛,王增煜,刘秦铭等.配电房安全智能监控平台接地刀闸状态位监控方法研究[J].电网与清洁能源,2022,38(12):95-100+106.
[3]刘波江.基于一体式的智能配电房监控管理系统构建[J].电气开关,2022,60(05):81-83+87.
[4]韦永浩.高速公路智能配电房监控物联网系统应用[J].中国交通信息化,2022(S1):458-460.
[5]刘晓,张迎晓,林师玄等.基于视频智能分析的配电房全天候监控系统设计[J].信息技术,2022(02):173-178.
[6]邱国苏.智慧配电房管理系统及其前景展望——以三门峡黄河公铁两用桥高速公路智慧配电房为例[J].光源与照明,2021(10):54-56.
[7]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5.