基于多传感器的智慧供电保障系统设计

孙成刚，张健，付慧敏，何之倬，魏欣悦

（国网上海青浦供电公司，上海 201799）

电力已经成为人们日常生活的必需品，当前处于社会经济快速发展的时期，电力安全问题时有发生。随着消费水平的提高，人们对电力供应系统的要求越来越高。因此，提出了智慧供电保障系统，传统供电保障系统的低效率性能已经无法满足人们的需求，人们追求更智能、更严格、更高效的电力保障系统[1-2]。

多传感器具有强大的传感能力，能够很好地获取研究目标的传感信息，并且处理获取的传感数据。因此，该文基于多传感器设计了一种新的智慧供电保障系统，并通过实验验证了系统的有效性。

1 系统硬件设计

系统硬件主要由操作可视化模块、配电自动化模块以及电力数据终端监测模块三部分组成，系统硬件结构如图1 所示。

图1 系统硬件结构

1.1 操作可视化模块

在基于多传感器的智慧供电保障系统硬件中，可视化必不可少。利用操作可视化模块对图表进行处理，总结复杂的数据[3-5]。大数据的可视化操作可提供实时信息，及时解决电力风险，借助图表完成数据与数据化工具的融合。操作可视化模块结构如图2所示。

图2 操作可视化模块结构

根据图2 可知，在可视化操作下，电力数据能够更好地进行分析、排序和显示[6]。

1.2 配电自动化模块

配电自动化模块如图3 所示。

图3 配电自动化模块

图3 中，通过与相关应用系统的信息集成、收集数据，实现监测、控制和快速隔离配电网故障，为配电管理系统提供实时数据支持，提高了供电可靠性和安全性。通过快速故障处理，优化了运行模式，改善了供电质量，提高了电网运行效率和效益。配电自动化实际上是对电力数据的收集，并兼顾对突发电力故障的预测，优化用电的运营模式，做到既能省电，又能保障安全。自动化模式在很大程度上节省了人工费用，大大提升了工作效率，省时又省力。

1.3 电力数据终端监测模块

电力数据终端监测模块如图4 所示。

图4 电力数据终端监测模块

通过无线传输方式，对输电线路环境、通道、风速、风向、覆冰弧垂、绝缘污秽等参数进行实时监测，实时关注线路异常状态并通过监测线路的有效参数来实现预警。其中，故障监测系统能对线路运行进行实时监测，当电力线路发生短路故障、接地故障、过流和停机等故障时，将采集的特征数据传输到主控制室[7-8]。电力数据终端监测模块相互协调配合，能更好地监测到电力数据。

2 系统软件设计

电力数据信息的采集以及分析能够有效地对智慧供电线路进行供电保障。在系统设计中，一旦采集到的电力数据不是真实数据或者数据分析出现偏差，会导致危险的供电线路不能被及时发现，最终影响智慧供电保障系统的应用效果[9-12]。

为了解决以上问题，调用函数完成电力数据的有效采集，利用数据栈空间匹配的方式，分析智慧供电电力数据的运行状态。

在大型智能供电系统内部，由于运行资源的堵塞或者闲置，会导致智慧供电线路在工作过程中，完整的电力数据中某个字节段出现无效重叠冗余，或数据字节段的丢失，以上问题不会影响智能供电系统的供电工作，但是会影响其稳定性。为了解决以上问题，该文在采集数据过程中调用OSInit（）函数对智能供电电力数据进行数据修补，使采集到的智慧供电电力数据具有真实性，降低供电保障系统工作的计算量。保证OSInit（）函数的有效性，将基于多传感器的智慧供电保障系统软件区域的数据采集区域分为数据处理区和数据传送区，在数据处理区调用OSInit（）函数，处理后的电力数据传输到数据传送区，等待数据的分析调用。

智慧供电线路内的电力数据也按照一定顺序产生，根据电力数据这一特性，利用电力数据产生的优先级进行电力数据栈空间的检索匹配，有效分析智慧供电电力数据中的异常数据。智慧供电线路内电力数据产生的同时携带数据的栈空间序列号，并且电力数据有效字节长度存在差异。不同电力数据的数据栈空间大小和字节长度不可能完全相同，但是有可能存在任意一个属性量相同。因此，该文采用供电电力线路的两个属性共同验证，保证电力数据匹配的精度[13-14]。

通过电力线路的过零中断模式控制处于异常状态的电力数据。过零中断处理方式的原理：当供电线路有效运行时，电压波动达到50 Hz 时，便对智慧供电线路内异常电压进行诊断。对供电线路过高或过低的电压进行多次过零中断刺激后，电压会逐步恢复，并且达到正常电压值，实现智慧供电异常电力数据的控制[15-16]。

集成系统硬件区域的模块以及软件区域，基于多传感器的智慧供电保证系统的工作流程如图5 所示。

图5 基于多传感器的智慧供电保障系统工作流程

首先，采集智慧供电线路中的电力数据，在传递智慧供电线路电力信息的同时，对电力信息进行有效筛选，将无效的电力数据格式化处理。并调用基于多传感器的智慧供电保障系统数据终端监测模块，对智慧供电电力数据进行实时监测；然后，调用系统硬件区域的多传感器设备对采集的智慧供电线路有效电力数据进行状态分析，一旦发现异常数据立即对供电源进行控制；最后，调用基于多传感器的智慧供电保障系统硬件功能和软件功能，完成智慧供电线路的保障处理。

3 实验分析

通过以上分析论证，完成了基于多传感器的智慧供电保障系统的设计。只有系统的性能达到了应用标准，才是真正地完成设计任务。为此，进行对比实验，完成系统性能的检验。为了提高对比实验的可靠性，选择基于电路控制的智慧供电保障系统和基于灵敏传感器的智慧供电保障系统作为测试的对照系统，共同完成实验。

选用某小区同一号楼不同的3 个单元供电任务作为测试样本，在相同背景下，每个系统在实验前，随机选择系统对应供电的单元楼，每个单元楼的层数和用户量相同，保证测试的公平性。实验测试的时间为24 小时。在实验前，将3 个智慧供电保障系统的一端接入不同单元智慧供电线路内，另一端连接计算机和供电效率测试仪，实时记录测试过程中每个系统的运行数据，为实验提供数据。实验预处理操作完成后，同一时间触发3 个智慧供电保障系统。24 小时后终止实验，停止数据记录，将3 个保障系统在小区供电中心进行安全撤销，整理实验数据并进行数据分析。实验结果如图6 所示。

图6 智慧供电保障系统运行速率结果

按照以上流程完成实验后，得到以下结论：

1）在有效实验时间内，该文设计的基于多传感器的智慧供电保障系统无论在用电繁忙时间段、用电闲置时间段还是深夜时间段，运行速率最低达到了490 bit/s，最高则达到了512 bit/s。然而基于电路控制的智慧供电保障系统在以上3 个时间段的运行速率方差极大，运行速率最低为210 bit/s，最高为370 bit/s，供电不稳定；基于灵敏传感器的智慧供电保障系统在以上3 个时间段中，深夜时间段和用电空闲时间段运行速率可以勉强达到运行标准，但是在用电繁忙时间段，系统的运行速率降低到410 bit/s，影响系统应用效果，降低了供电系统的稳定性。

该文设计的基于多传感器的智慧供电保障系统的硬件区域集成了灵敏传感器、温度传感器以及电压传感器的优点，使智慧供电保障系统具有较高的运行速率。所以，基于多传感器的智能供电保障系统的运行效率比基于灵敏传感器的智慧供电保障系统的运行效率高。智慧供电保障效率结果图如图7所示。

2）分析图7 可以看出，在实验测试的24 小时内，基于多传感器的智慧供电保障系统应用单元楼的供电效率波动状态较为稳定，平均供电效率可以达到98.4%；基于电路控制的智慧供电保障系统的供电效率波动较大，平均供电效率为78.4%；基于灵敏传感器的智慧供电保障系统的供电效率波动幅度虽然小于基于电路控制的智慧供电保障系统，但是波动幅度也大于该文设计的系统，平均供电效率为87.4%。

基于多传感器的智慧供电保障系统在对智能供电线路进行保障的过程中，通过软件对供电数据进行处理，时刻监控供电线路中的电力数据，一旦发现异常数据，系统会调用可视化模块和配电自动化模块进行电力数据的控制，快速恢复智慧供电系统的稳定性。

综上所述，实验证明了该文设计的基于多传感器的智慧供电保障系统可以有效地提高智慧供电系统的运行效率和运行稳定性，具有一定可行性。

4 结束语

为实现用电安全，该文提出了基于多传感器的智慧供电保障系统，在智慧供电保障系统硬件区域和软件区域中分别突破传统系统的设计理念，达到系统设计的目标。纵观智慧供电线路的发展趋势，对于供电线路的保障问题，不仅要关注智慧供电保障系统，还要注意对供电线路的日常维护和线路使用有效周期，从多个角度出发，才可以保证智慧供电系统运行的效率和稳定性，保证安全供电。