电力设备全景智能监测信息模型研究及应用

刘 俊，周 蕾，王圣杰，王 堃

（1国网宁夏电力有限公司信息通信公司 宁夏 银川 750001）

（2中南大学计算机学院 宁夏 银川 750001）

0 引言

在物联网时代，各种传感器可以通过无线和有线通信的方式与互联网交换信息。传统电源的劣势是不利于对批量电源进行组织和管理，一旦集中供电出现故障，整个供电系统就会出现故障[1]。物联网技术从底层设备方面解决了这些缺点，基于物联网技术的信息交换和信息交流变得更加容易。因此，智能建筑要实现系统集成，整体结构将发生变化，基于物联网的新型集成系统架构的出现是必然趋势。

1 研究目的

在电力系统中，电源监控技术集成了电力电子、计算机、控制和通信技术。传统逆变电源大多采用模拟控制技术，电路复杂，输出性能差，一旦系统出现故障，必须现场解决。因此，现场必须配备大量技术人员，但维修人员不足，维修方法落后。系统无法及时监控，各种系统故障被处理，降低了整个监控系统运行的可靠性。近年来，随着大规模集成电路和数字信号处理器技术的发展，人们对逆变电源和监控技术的全数字化、智能化和系统可靠性提出了更高的要求。电力监控的实质是对每台供电设备进行集中实时监控，改变了以往大量人工维护的方式，实现少维护或无人值守，并使用快速准确的数据全面反映系统的运行状态。目前，国内外有很多关于“智能电网”的研究和文献，但很少提及“智能电力”或“智能电力”的概念。只有少数文献偶尔提及物联网智能电力的概念。研究人员深入研究了基于总线的模块化电源并联的数字控制方法，采用离散建模和数模混合仿真的方法，分析了模块化电力并联系统的数字控制，提出了一套完整的数字控制策略。仿真表明该策略的合理性，并完成了模块电源控制系统的设计，验证了系统的良好性能。通过处理和分析少数供电系统的数据，可以定性或定量地准确评估系统的工作质量，在采用科学的操作规程，充分利用大量技术数据的同时，通过异构网络融合、信息聚合、决策诊断、在线控制、大数据分析等手段，形成从底层设备到上层应用的统一服务管理体系。在建筑的整个生命周期内，实现节能、舒适、安全、健康等目标的全面优化管理。

2 电力设备全景智能模型应用及各类模型概述

近年来，电力设备远程监控全景自动监控系统、智能自动操控监测诊断系统、远程信息调度管理控制模型等，已经成功地广泛应用于广东省电网公司省级工业电力设备，远程自动操控监测系统智能自动诊断系统。由于广东站目前作为省级工业动力机组电网的远程监控数据中心，系统共成功设计接入1个中国电力，全网186座省级电力变电站，在线远程自动监测智能诊断监控装置、2 100余座省级电力变电站及各偏远地区省级电力局级电网，远程调度相关管理信息自动化系统信息管理模型，并成功实现通过“源端维护、自动上传、智能应用”的远程监控，免费管理维护信息管理服务方式。基本实现所有远程信息调度管理控制模型，远程调度管理自动化、智能化和管理维护，能够较高效率地保证所有远程信息控制模型管理数据的准确性和一致性。

2.1 全景智能监测信息模型概念

电力系统一次电气设备主要模型包括：一次电气设备和二次电气设备。一次电气设备设计模型包含水利电网一次电气设备模型及其设计参数、拓扑网络连接互联关系等。而二次电气设备设计模型主要是二次电气设备模型信息化的建模，它不仅涉及一次电气设备、二次电气设备间的拓扑关联连接关系，更偏重于电网智能化及电子装置中的设计。

电力系统的设计架设以及建立，是为了能够满足我国现代大型电力设备在线生产的不断发展应用需要，其主要技术功能可以分为：在线电力设备生产管理经营服务管理信息系统、基本信息综合服务和大型在线电力资产经营监测系统信息管理系统。在线电力设备生产管理经营服务管理信息系统，基本信息综合服务管理系统：主要专门负责管理大型电力设备，在线生产经营台账、运行经营管理操作记录、检修试验操作管理记录、缺陷试验检查操作记录和电力事故发生预防，试验检测结果检查记录等，基本信息数据相关信息。其中的数据模型系统特点：主要功能是完全处于静态和非常实时的可离线状态，是因为电力资产经营管理数据信息系统、运行经营管理数据模型系统设计主要遵循相关国际标准；在线电力资产经营监测管理信息系统，主要专门负责管理一次大型电力设备，在线资产管理运行经营管理信息状态的实时连续性和离线测量基本信息相关参数。数据模型系统特点主要功能是：准确和实时离线测量相关数据，信息管理模型系统设计主要遵循相关国际标准。

2.2 基于IEC 61850的在线监测信息模型

IEC 61850标准主要内容是：关于设计我国民用变电站通信系统网络，通信信息服务网络和系统的一项技术标准。其主要设计内容一般包括：系统通信服务设备设计应用模型、变电站通信设备网络配置系统设计应用语言、抽象网络通信系统服务节点系统。网络通信公共网络服务节点系统信息接口、公共网络数据库信息分类、逻辑系统通信服务节点、特殊通信服务系统通、信网络系统信息服务网络接口信息映射等多部分。通过对系统通信服务设备的一系列结构设计进行规范化，形成了通信设备设计规范化的信息输出，实现不同通信服务系统间的信息无缝连接。

该在线模型由一个层次分明的在线模型主体结构部分构成，上下级监测对象之间的相互关联关系十分明确。具体包括在线变压器开放监测、绝缘变化监测、局部开放变化监测、断路器局放监测，避雷器内的绝缘变化监测、环境监测、绝缘柜内气体变化监测、绝缘柜内液体变化监测、开关柜内的温度变化监测等。其主要技术应用规范：详细规定了在线网络监测变电装置需要传输的各个门类变电量程监测、状态、谱图编码文件等相关监测数据信息及其编码传输方式，并详细明确了在线变电站、一次变电设备监测功能位置、监测二次设备、监测系统功能位置、谱图文件类型等信息编码传输原则。

3 基于物联网的智能建筑体系结构

3.1 基于物联网技术的智能建筑系统架构

采用面向服务的概念，接受对第三方系统或平台的访问和数据或应用程序的访问，同时考虑物联网技术的发展。为响应功能需求和适应建筑物使用的特点，新的智能建筑网络结构由3层组成：

（1）传感层：通过底层的各种传感器、执行器和智能设备识别建筑电气设备的信息。

（2）网络层：通过传感器网络与现有网络的混合结构体系，采用统一的通信协议，实现数据的进一步处理和传输。网络层的物联网节点是一个具有数据转发功能的“内在智能”网关。每个区域感知层的传感器通过物联网节点直接连接到互联网，并与云服务器互联。

（3）应用层：除了部署web应用程序、数据库、web服务组件等，还有大数据分析平台。大数据分析平台汇集了物联网节点、多栋建筑智能子系统的数据、专家知识、分析预测所需的第三方平台信息等，并提供了多种先进的应用工具，适用于建筑中的数据挖掘和机器学习。服务于高级应用（如统计分析、专家诊断等）的算法和模型打包为服务，并按照统一标准提供服务接口，帮助用户实现多维建筑节能[1]。与基于传统智能建筑单一功能的垂直管道架构相比，这种新架构具有自组织、可扩展、可重构的特点，除对空调控制系统、智能照明控制系统、给排水控制系统等公用电气设备进行监控管理外，它还可以对办公室和家庭等私人区域的电气设备进行管理和控制。与为传统智能建筑的每个系统部署控制平台相比，本地控制管理平台节省了硬件资源和成本。同时，物联网节点不占用太多的空间资源，不需要专门的空间布局，易于推广。互联节点、智能建筑子系统集成平台和物联网建筑云遵循统一的通信协议，实现数据透明，数据以统一的方式流向云平台，并按照约定的存储标准进行存储，从根本上解决了传统智能建筑的信息孤岛问题。

3.2 室内电气物联网系统

室内电气物联网系统将区域作为服务单元，实现对区域内设备、人员和环境的管理和控制。它是一个集成远程测量和控制、物联网，用于环境识别和人员信息检测、设备管理和优化控制以及能源管理的系统。室内电气物联网系统采用广域网运维模式，它可以实现对某一区域内电气设备的管理和控制，将所有电气设备接入物联网系统，可以实现设备状态与信息的交互，形成大量的大数据，这将有助于未来建筑节能研究。支持向网络动态添加设备和自动服务发现。室内电气物联网系统的体系结构如图1所示。

室内电气设备物联网系统包括物联网节点、各种智能测控模块（智能开关、智能插座、各种环境模块、红外转发模块等）、云服务器、APP。

物联网节点连接云服务器，通过以太网或无线网络进行通信，并利用无线网络管理下级智能测控模块。

智能测控模块实时采集信息，将设备状态发送至物联网节点，室内电气物联网云平台部署数据库、服务组件、webaccess应用等，提供远程监控、数据分析、场景设置、设备管理、用户管理数据、应用服务，以及人机交互软件支持，用户可以通过APP或Web使用相关应用功能，可以远程监控受控区域内设备、环境、人员的状态信息，控制权限内设备的状态，使用场景设置功能划分服务区域，设置区域内的背景、设备位置等，通过设备管理功能，可以查看受权限控制的设备的详细信息，支持设备信息检索、故障诊断等功能。用户可以通过用户管理修改用户身份信息、权限信息等，通过数据分析，查看设备的历史数据，利用大数据分析功能，实现相关节能分析、故障诊断等功能[2]。

4 施工设备智能电源监控对象及监控点的确定

4.1 监测对象的确定

为了保证通信设备的正常运行，机房内的灰尘、温度和湿度条件非常重要。从这个意义上讲，通信空调设备与电力设备同等重要，必须加强维护和管理。因此，在监控系统的建设中，通信空调设备也应该是监控对象之一。

通信站一般由庭院、机房等辅助基础设施组成。机房还包括程控机房、传输机房、数据机房、测量室、电源室、电池室、低压配电室。为了实现这些房间的无人值守或无人值守操作，需要可靠的操作设备和可靠的远程集中监控和管理。各种通信设备通常建立专业的集中监控管理系统，如交换网管系统、传输接入网设备等，电力设备和空调设备必须通过智能电力监控系统进行远程监控和管理[3]。

通信室的总配线架通常是维护的薄弱环节。许多火灾是由传输功率引起的。头部和尾部机柜用作整个重传设备的电源。电源中断将导致传输中断。可传染的充气器保护地下电缆。然而，如果有必要为每种类型的设备建立一个大规模的监测网络，这无疑是不划算的。将这些设备集成到智能电力监控系统中，利用监控系统平台进行多专业辅助监控，是一个很好的解决方案[4]。

4.2 监测点的选择

从应用的角度来看，监控系统的功能可以简单地分为监控功能、交互功能、管理功能、智能分析功能和辅助功能。管理功能包括数据管理功能、报警管理功能、配置管理功能、安全管理功能、自我管理功能和文件管理功能，如图2所示。

5 实验及结果分析

基于智能监控的大功率直流电源装置实验。在本次设计的大功率直流电源监控系统中，下位机采集的电压、电流等参数为上位机显示的电源运行状态提供数据，系统的计算机接口可以实现这些数据的显示和更改，通过计算机界面操作，可以远程控制电源的运行状态。经过多次实验，基于网络监控的直流电源装置基本达到了预期目标，直流电源系统功率大，电源输入既适合三相电压输入，也适合单相电压输入[5]。在电源设备上增加一个网络模块，实现上位机与下位机之间的无线通信，通过无线网络传输当前电源的工作参数，并远程监控正在运行的电源口客制判粘贴板当前的广告可以通过网络传输，使系统的每一个环节都能使用。它具有直观性强、可操作性强、结构开放灵活、实时性好、可靠性高等优点。

6 结语

随着社会的发展和信息技术的广泛应用，智能建筑的概念应运而生。建筑智能化利用建筑技术、现代通信技术和计算机技术，实现对建筑环境的实时监控，智能控制建筑内的设备，为用户提供信息服务。本文提出了一种适应物联网时代的新型智能建筑体系结构。介绍了基于物联网技术的智能建筑系统的体系结构，详细介绍了无线传感器网络和传统基础设施的组成和硬件设备，设计了上位机监控接口。该界面能直观显示下位机采集的电压、电流参数及功率变化情况，通过开发显示界面，您可以监控大功率直流电源的电源状态，并根据电压和电流曲线监控直流电源的电源。在电源偏差的情况下，直流电源的工作参数也可实时调整。电源监控功能可防止电源的异常运行，并有效保护整个系统。监控系统的采样校准方法可减少传感器和传感器等因素引起的测量误差环境数据的保存，便于后续查看和处理，下一步我们将把更多类型的设备纳入楼宇电气设备物联网系统平台，实现多个电气设备的监控、故障诊断和节能优化控制。