电能质量测试物联网平台搭建的研究
2021-01-28廖浩泉
廖浩泉
（广东电网有限责任公司江门供电局，广东江门529000）
0 引言
为了切实维护电力部门和电力用户的共同利益，保证电网的安全运行，净化电气环境，必须加强电力系统电能质量的管理，建立完善的电能质量监测与分析系统，以便对电能质量进行准确的检测、评估和分类。但是，目前电网电能质量测试工作仍存在以下问题：
（1）在变电站现场进行电能质量测试时往往需要较长的时间，有时甚至需要24 h及以上。在测量人员办理了工作间断手续离开现场后，可能会出现环境、其他人为或者测试分析仪等因素导致所使用的分析仪掉电从而丢失测试数据的情况。
（2）便携式电能质量测试分析仪由于自身或者是内置的储存卡等因素问题，会出现数据保存失败或保存数据缺失的情况。
（3）数据的分析和比对缺乏利用人工智能技术和大数据技术的软件平台，当需分析的数据数量庞大时，人工无法完成分析。
为解决和完善上述问题，本项目开发了一款用于电能质量检测的手机APP应用，其能对便携式电能质量测试分析仪进行远程监控与数据分析，防止测试数据丢失。
1 项目思路
1.1 数据采集
在工作场景部署好德国GMC-I高美测仪电能质量分析仪MAVOWATT 200系列产品，使用该电能信息采集仪器对电能质量数据进行采集。
图1 实施方案技术路线
1.2 云端数据分析平台搭建
首先搭建云端数据存储和处理平台。对使用德国GMC-I高美测仪电能质量分析仪MAVOWATT 200系列产品采集的数据进行数据清洗，对不相关的、异常的数据进行规范化处理，将数据储存到云平台上。同时对数据进行筛选，从中提取出需要的、有用的、感兴趣的数据，并对提取到的数据进行统计分析，通过数据可视化处理，把结果直观地呈现给用户。间隔一段时间，将数据库中的数据按照不同维度、不同层次进行分析处理。根据数据的类型和特征，分别采用数据挖掘、人工智能、机器学习等方法，提取出未知的、有潜在价值的数据，并根据分析结果，及时调整电能设备。
1.3 手机前端交互APP应用开发
智能手机和云端数据分析平台打通了4G、5G通信信道，搭建起整个物联网平台。手机通过访问云服务器对外提供的接口，获取经过分析处理和可视化处理后的数据，并将其呈现在手机APP应用端上，实现了数据从物理层到应用层的传输，提供了良好的人机交互应用，让用户可以实时查看电能质量参数，包括电压偏差、谐波（50次）、间谐波、电压电流不平衡度、电压波动与闪变等。实施方案的技术路线如图1所示，项目整体框架设计如图2所示。
2 实施方案
2.1 设备工作流程
本项目使用德国GMC-I高美测仪电能质量分析仪MAVOWATT 240来监控、分析和记录公共电网系统和工业用电中的电能质量参数，云服务器可通过输入蜂窝调制解调器的IP地址轻松地与电能质量分析仪MAVOWATT 240通信，获取电能质量参数。间隔一段时间后，可对数据进行数据清洗、数据处理、数据可视化，并对数据进行规范化存储。
图2 项目整体框架设计
手机APP可通过服务器提供的对外访问的接口获取对应数据，从而实现手机APP远程查看信息的功能，以数据可视化后的图表的形式将信息直观地呈现给使用者，并且使用者还可在移动端按照不同维度对数据进行分析查询。设备工作流程如图3所示。
图3 设备工作流程图
2.2 云服务器功能
（1）从电能质量分析仪获取到相应的电能检测数据。
（2）将获取到的信息进行数据清洗、数据分析、数据可视化，并生成相应图表。
（3）每隔一段时间对数据进行数据挖掘。云服务器功能如图4所示。
图4 云服务器功能
2.3 手机APP的功能
（1）通过蓝牙、5G信号实现对便携式电能质量测试分析仪的远程状态监控和数据的下载，实时掌握分析仪所处的监控状态，并且能够远程修改测试参数。当分析仪断电后测试数据能够自动保存，并且可通过APP将测试数据下载备份，防止数据丢失。
（2）通过该APP能够远程实时查看电能质量参数，包括电压偏差、频率偏差、谐波（50次）、间谐波、电压电流不平衡度、电压波动与闪变、基波及各次谐波有功、无功功率、功率因数、谐波电压、电流的幅值及其相位、各次谐波电压的含有率及其电压总畸变率等。
（3）该APP能够根据数据、波形、趋势图等测试结果生成各种曲线图及报表。
（4）对于特殊负荷干扰或者容性元件的投切所引起的电能质量超标、系统电压偏差、电流不平衡、谐振等暂态现象，该APP能够在手机上进行报送提醒并记录对应发生的时间。
该手机APP的主要功能如图5所示。
图5 手机APP主要功能
3 结语
对现有便携式电能质量测试分析仪进行功能升级后，可实现对仪器的远程控制，包括仪器状态监控和测试参数的修改、测试数据的储存，防止数据丢失，还能够通过手机查看实时数据，并根据测试结果生成各种曲线图及报表，极大地提高了工作效率，可在电能质量技术监督领域广泛应用。
