淺談基于無線物聯網的智能配電監控系統設計應用
淺談基于無線物聯網的智能配電監控系統設計應用
摘要：闡述基于電力物聯網的智能配電監控系統的特點，探討物聯網結構及其關鍵技術，電力物聯網下的智能配電監控系統設計，包括整體結構設計、硬件和軟件系統設計。
關鍵詞：電力物聯網；配電監控系統；物聯網結構
0引言
隨著信息時代的到來，建設智能配電網監控系統開始具有了更強的可行性，本文結合相關理論，進行了電力物聯網下的智能配電房監控系統設計，相信能夠在一定程度上降低巡檢頻率、減少維護成本、提升運維管理綜合質量。
1研究背景
基于電力物聯網的智能配電監控系統的特點。
智能配電房監控系統設計要求。智能配電房監控系統的根本任務是，對整個配電房的相關數據信息進行監控，實時呈現現場實際運行狀況，為配電網安全運行提供重要保障，避免由于設備狀態問題導致各種安全事故發生。從整體角度來看，智能配電房監控系統設計要求如下：（1）監測數據指標的全面性。該系統應當能夠實現對配電房內部主要運行數據的監測與監控，主要包括溫度數據、局部放電數據、門狀態數據、濕度數據等內容，幫助技術人員更好的判斷配電房的實際工作狀態，并保障其長期、可持續運行。（2）安全性。該系統需要承擔信息傳輸工作，因此，系統應當具有較強的安全性，同時，還應當建設配套的安全管理機制，以保證信息安全。（3）智能性。這是智能配電房監控系統設計的根本要求，智能性應當表現在多個方面，包括數據指標監測智能性、數據指標分析智能性、處理執行智能性等，綜合來看，該系統應當能夠在減少大量人力資源支持的基礎上，滿足配電房遠程智能化運維管理工作需求。
物聯網結構及其關鍵技術。物聯網是在互聯網基礎上誕生的一種新型信息技術，其基本含義為物物相連的互聯網。其含義主要表現為，（1）物聯網是在互聯網基礎上延展而來的網絡，（2）物聯網延展到了現實世界，能夠通過傳感器實現物品與物品之間的信息交換與通信。物聯網主要由感知互動層、網絡傳輸層、應用服務層三個層級組成。其中，感知互動層是基礎的層級，其功能為數據的初步獲取，其內部主要設備包括各種傳感設備、其他外圍設備共同組成，其關鍵技術包括測量技術、半導體技術、光學技術等。網絡傳輸層主要承擔網絡信息傳輸、提取任務，主要結構包括移動數據、藍牙、光纖等，其關鍵技術包括Web技術、ZigBee技術等。應用服務層主要結構包括本地主機、控制器、物聯網中間件、物聯網應用平臺，該層級主要依托計算機、軟件進行數據處理，其關鍵技術為云計算技術。
2基于電力物聯網的智能配電監控系統設計
2.1整體結構設計
在電力物聯網技術基礎上，本文提出了智能配電房監控系統設計方案。探討整體結構設計，電力物聯網下的智能配電房監控系統設計整體結構由智能設備、傳輸線路、集成監控主機三個核心設備組成，其主要結構如圖1所示。
圖1 電力物聯網下的智能配電房監控系統整體結構
根據圖1中內容可知，電力物聯網下的智能配電房監控系統采取了集中管理、分散控制的思路進行設計，能夠同時滿足集中管控、數據安全等設計需求，本文從軟件、硬件系統兩方面對其具體設計內容進行闡述與分析。
2.2硬件系統設計
電力物聯網下的智能配電房監控系統硬件系統主要包括集中監控主機、低壓配電柜監控設施、溫濕度傳感器、煙霧傳感器、漏水檢測器、紅外探測器、監控攝像機幾種設備類型。（1）集中控制主機。該設備包括串口通信、AI/DI、以太網接口，能夠實現運行環境的數據采集、控制工作，現場采用機架式無風扇工控機，能夠保證系統運行、維護安全。（2）低壓配電柜監控設施。該硬件采用遠程電源管理控制器，連接抽屜柜、配電柜，具體連接方式為485接口連接，采用SNMP等通信實現數據讀取，使用以太網接口連接控制器、監控環網。（3）溫濕度傳感器、煙霧檢測器、漏水檢測器、監控攝像機均采用市面主流的相關設備。其中，煙霧傳感器選擇光電煙感，能夠實現監控區域火災情況的實時監控與告警。漏水檢測器采用直流12V電源供電，在實踐中具有較強的可行性與應用便捷性。監控攝像機采用高像素且具有移動報警功能的網絡攝像頭，能夠實現對配電房區域的實時、動態監控。（4）紅外探測器能夠防止非法入侵，是整個硬件系統的核心內容，本文所采用的紅外探測器相關數據如表1所示。上述諸多硬件設備是整個系統功能正常發揮的重要依仗，能夠幫助系統實現基礎數據的高效收集，采集到的信息會通過局域網上傳到中控室服務器，從而為后續工作流程提供必要的數據支持。
表1 紅外探測器指標數據
2.3軟件系統設計
電力物聯網下的智能配電房監控系統軟件系統負責對監控服務器采集到的數據進行集中處理，并將數據統計結果顯示在界面上，為技術人員提供直觀的現場運行狀態展示。同時，該軟件系統還應當具備權限管理、報警管理、日志管理等功能。最后，該系統還需要支持SNMP、Modbus等協議，能夠為后續二次開發提供技術支持。
部分功能的具體實現思路如下：（1）電子地圖模式直觀展示隧道配電房位置、配電柜位置、抽屜柜位置等，技術人員只需要在地圖上選擇配電房即可進入配電房進行整體巡查，選中某個配電柜可以實現配電柜電流、電壓相關數據的查詢。（2）該軟件系統上存在系統日志、報表模塊，技術人員可以通過查詢相關模塊，了解設備的具體運行情況。（3）監控系統模塊。技術人員在該軟件上，能夠隨意選擇聯動設備，并進行遠程操作，例如，當系統檢測到溫度達到設定值時，會通知技術人員，技術人員可以遠程操作排風扇執行降溫操作，進而實現對設備的有效保護。
3 Acrel-EIOT能源物聯網云平臺
（1）概述
Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器，選配網關，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業數據服務。
該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問。
（2）應用場所
本平臺適用于公寓出租戶、連鎖小超市、小型工廠、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、智能燈塔、電力運維等領域。
（3）平臺結構
（4）平臺功能
電力集抄
電力集抄模塊可以實現對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報、月報和年報查詢或打印，提高工作效率，節約人力資源。
變壓器監控
配電圖
能耗分析
能耗分析模塊采用自動化、信息化技術，實現從能源數據采集、過程監控、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化、科學化管理，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來，運用先進的數據處理與分析技術，進行離線生產分析與管理，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、有效利用能源，提高能源質量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。
能耗概況
預付費管理
1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統日志等功能；
2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置；
3）用戶管理：對商鋪用戶執行開戶、銷戶、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢等操作；
4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢等操作；
5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水、記錄查詢等操作；
6）報表：提供售電、售水財務報表、用能報表、報警報表等查詢，本系統所有的報表及記錄查詢，都支持excel格式導出。
預付費看板
充電樁管理
通過物聯網技術，對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務管理、變壓器監控、運營分析、基礎數據管理等功能。
充電樁看板
智能照明
智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。
監控頁面
安全用電
安全用電采用自主研發的剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發現的各種隱患信息及時推送給企業管理人員，指導企業實現時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實現“防患于未然”的目的。
智慧消防
通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現科學預警火災、網格化管理、落實多元責任監管等目標。原先針對“九小場所”和危化品生產企業無法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實現了無人化值守智慧消防，實現智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統化”、用電管理“精細化”的實際需求。
（5）系統硬件配置
| 類型 | 型號 | 外觀 | 產品功能 |
| 能源物聯網云平臺 | Acrel-EIOT |
| 提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語言、多終端數據訪問 |
| 智能網關 | AWT100-4G |
| 1路下行485，上行可選配4G、WIFI、網口 |
| ANet-1E2S1-4G |
| 上行：以太網、4G 下行：RS485 | |
| 物聯網電表 | ARTU系列 |
| 可擴展DIDO以及多路模擬量輸入輸出單元。 通訊方式：RS485接口，Modbus協議。可擴展2G、Lora、LoRAWAN、NB-IoT、4G、以太網 |
| 無線測溫 | ARTM-Pn |
| 可監測電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、電能，可接收60個無線溫度傳感器溫度 |
| ATC600 |
| ATC600有2種工作模式：終端(-C)、中繼(-Z)，可根據項目布局選擇配置。可接收240個無線溫度傳感器溫度 | |
| 光伏監控 | AGF |
| 光伏電池串開路報警，可以配合組串電壓進行綜合判斷；帶3路開關量狀態監測，用于采集直流斷路器、防雷器等輸出空接點狀態；一次電流采用穿孔方式接入，安裝方便，安全性高；測量元件采用霍爾傳感器，隔離測量電流20A；電壓測量功能可測量母線電壓高DC1500V |
| 電力監控 | AEM96 |
| 三相電力參數測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復費率、需量、歷史電能統計、開關量事件記錄、歷史值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關量、報警輸出 通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU協議 |
| AEM72 |
| 三相電力參數測量、電壓和電流的相角、四象限電能計量、復費率、需量、歷史電能統計、開關量事件記錄、歷史值記錄、31次分次諧波及總諧波含量分析、分相諧波及基波電參量（電壓、電流、功率）、開關量、報警輸出 通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU協議 | |
| ACR系列 |
| 三相所有電力參數、需量記錄（ACR320EFL）、分時電能統計及12月電能統計、日期時間顯示、LCD顯示、RS485通訊，事件記錄。 通訊方式：RS485，Prifibus-DP、以太網 | |
| APM系列 |
| 全電量測量，四象限電能，復費率電能，儀表內部溫度測量，總有功、總無功、總視在電能脈沖輸出、秒脈沖等可選。三相電流、有功功率、無功功率、視在功率實時需量及需量(包含時間戳)。電流、線電壓、相電壓、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數、頻率、電流總諧波、電壓總諧波的本月值和上月值(包含時間戳)。中文顯示，有功電能0.2s級。通訊方式：RS485，Prifibus-DP、以太網 | |
| 物聯網電表 | DDS |
| 有功、無功電能計量，電參量測量：U、I、P、Q、S、PF、F，LCD顯示，RS485通訊，MODBUS-RTU和DL/T645協議 |
| 物聯網電表 | DDSD |
| 電能計量：總電能計量（反向計入正向），3個月歷史電能數據凍結存儲電參量測量：U、I、P、Q、S、PF、F測量LCD顯示：8位段式LCD顯示按鍵編程：3按鍵可編程設置密碼、通訊地址、波特率、復費率和通訊協議。 脈沖輸出：L有功電能脈沖輸出復費率：4個時區、2個時段表、14個日時段、4個費率通訊：RS485接口，MODBUS-RTU、DL/T645-97、DL/T645-07協議、紅外通訊 |
| 物聯網電表 | DTSD |
| 電能計量：有功電能計量（正、反向）、無功電能計量（正、反向）、A、B、C分相正向有功電能電參量測量：U、I、P、Q、S、PF、F諧波測量：2~31次諧波電壓電流LCD顯示：8位段式LCD顯示、背光顯示按鍵編程：4按鍵可編程通信、變比等參數脈沖輸出：有功脈沖輸出、無功脈沖輸出、時鐘脈沖輸出LED報警：失壓、過壓報警復費率及附帶功能：有源開關量輸入、3開關量輸出、支持4個時區、2個時段表、14個日時段、4個費率、需量及發生時間、上48月、上90日歷史凍結數據、日期、時間 通訊：紅外通訊、RS485接口、同時支持Modbus、DL/T645測溫：支持3外置NTC測溫 |
| 物聯網電表 | ADL200 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。總電能計量（反向計入正向），3個月歷史電能數據凍結存儲；8位段式LCD顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能2級。 |
| ACR10R |
| 三相電流/電壓/頻率/功率因數，有功/無功/視在功率，四象限電能計量，需量，復費率電能計量，總諧波含量、分次諧波（2-63次），事件記錄和報警功能。電能精度0.5級。 通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU協議 | |
| ADL10-E |
| 有功、無功電能計量，電參量測量：U、I、P、Q、S、PF、F，LCD顯示，RS485通訊，MODBUS-RTU和DL/T645協議 | |
| ADL400 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。（正、反向）有功、無功電能計量；A、B、C分相正向有功電能計量；2-31次諧波電壓電流；12位段式LCD顯示、背光顯示，電能精度0.5s級。 | |
| ADW200 |
| 4路三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率值記錄；需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持12路開關量輸入4路開關量輸出；支持12路測溫4路剩余電流測量；有功電能精度1級。 通訊方式：RS485接口，支持Modbus-RTU協議 | |
| ADW210 |
| 4路三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率值記錄；需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持12路開關量輸入4路開關量輸出；支持12路測溫4路剩余電流測量；有功電能精度1級。 | |
| ADW300-4G |
| 三相電壓、電流、功率、功率因數、頻率測量；電壓電流相角、電壓電流不平衡度測量；電壓電流2-31次分次諧波及總畸變測量；當月及上三月的電壓、電流、功率值記錄；需量及上十二月歷史需量記錄；事件記錄、復費率、四象限電能及歷史電能記錄；支持4路開關量輸入、2路開關量輸出；支持4路測溫；支持1路剩余電流測量；支持本地顯示及按鍵設置；有功電能精度1級。 通訊方式：支持RS485通訊、Lora無線通訊、4G通訊；WIFI通訊 | |
| 預付費電表 | DDSY-4G |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個時區、2個時段表、14個日時段、4個費率需量及發生時間，實時需量，歷史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。 |
| DTSY-4G |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量。有功電能計量（正、反向），A、B、C分相正向有功電能，支持4個時區、2個時段表、14個日時段、4個費率需量及發生時間，實時需量，歷史凍結數據購電記錄；8位段式LCD顯示、背光顯示；有功電能脈沖輸出；有功電能精度1級，無功電能0.5s級。 | |
| 直流電能表 | DJSF1352 |
| 1.精度：1級或0.5級，帶±12V電壓輸出用于霍爾傳感器供電 2.測量：電壓、電流、功率、正反向電能，支持雙路計量。 |
| 電氣安全 | ARCM300-Z |
| 三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、cosΦ），視在電能、四象限電能計量，單回路剩余電流監測，4路溫度監測，2路繼電器輸出，2 路開關量輸入，支持斷電報警上傳 |
| AAFD-DU |
| 監測故障電弧、漏電、溫度 兩路無源干接點（開關量）輸入 兩路無源常開觸點（開關量）輸出 | |
| 充電樁 | ACX系列 |
| 充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電， |
| AEV_AC007 |
| 額定功率7kW,單相三線制，防護等級IP65,具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方式：4G、藍牙、Wifi | |
| 智慧照明 | ASL200 |
| 遙控輸出 兩路無源干接點（開關量）輸入 兩路無源常開觸點（開關量）輸出 |
4結語
當前我國民眾生活水平逐漸提升，電力網絡建設逐步深入，在這一時代背景下，配電網智能化建設愈發重要。本文結合物聯網技術，進行了智能配電房監控系統設計，從整體、細節層面對設計策略進行了綜合分析，相關單位可以適當結合本文的研究內容，進行配電房智能化設計，希望能夠推動相關事業健康可持續發展。
參考文獻
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