基于物联网的智能电网在线监测技术

王晨越

（国网江苏省供电公司江阴市供电分公司）

0 引言

电力设备运行不稳定会影响电力输送的及时性与持续性，因而电力企业需要将电力设备的运行状态监测作为重点。物联网技术应用时，可在智能电网中安装无线传感器，以便实时监测电力能源远距离传送过程，通过获取电缆温度及电流值动态变化情况，及时发现与解决电网故障，为电力能源安全稳定输送提供可靠保障。

1 智能电网监控平台的结构框架

智能电网三线监测平台由三部分结构组成，一是数据采集芯片，由传感器采集及ZigBee 组网共同构建而成。二是网关，设置于4G 网及ZigBee 组网之间，用于转换并传送数据。三是监控界面，控制端能够实时展示所监测到的电网设备数据参数，并及时收集与传送各监测板块获取到的各项数据。智能电网在线监测系统运行时，处于远端的传感器会对温度、电流等相关数据进行采集，之后利用ZigBee 组网技术向SC2440A 网关芯片传送，由此芯片拆解与处置数据，通过4G 网络将得到的数据传送到BTS 中，再利用广域网向专用服务器传送数据，由监控界面完成各项数据的实时拆解与显示，从而为网管人员的故障分析与处理提供依据。智能电网监控平台结构示意图见图1所示。

图1 智能电网监控平台结构示意图

2 智能电网在线监测系统中的应用分析

2.1 物联网技术应用思路

智能电网在线监测系统中，主要是利用物联网技术进行数据采集、拆解、计算及传送控制，通过智能化处理分析打造智能化监控平台，构建兼容性强、可扩展性佳的监测信息化系统，以有效节约电网监控运营与扩展成本。在自动监控技术支持下，能够降低产品缺陷故障，以各物联网功能为依据划分多个功能层。需要在智能电网的各监测节点处设置温度传感器、条码传感器、射频传感器及质量传感器，以便收集与拆解电力设施运行数据及技术参数，经过有效处置后向专用加密云服务器传送拆解得到的数据信息，各电网公司便可按照规定业务流程应用相关数据。

2.2 物联网技术应用需解决的问题

利用物联网技术实现智能电网的在线监测，需要重点解决信息及时获取、信息有效处置两方面问题。现阶段，主要是在状态维护的基础上运用企业决策流程，以这种新型状态维护工作流程化解智能电网中物联网技术的应用问题。维护管理时要平衡好人工成本、设备维护间的关系平衡，企业可结合自身实际情况，更新优化维护管理办法。维护过程中应先利用数据库中存储的历史数据及专家信息，对比分析所采集的诊断信息，在分解传感器所收集数据后，根据对比结果选择维护方案，再与规定的维护方法进行对比，结合历史经验数据、根据缺陷严重程度，得出最优的维护方法决策。小型故障问题采用临时维护策略，应及时修复处理。对设备安全产生影响的重大故障，则应实施整体性维护策略，计算需修理设备使用时限，通过数据拆解判断故障成因，可选择立即维护或采用固定时间维护策略。

2.3 监测方式选择

智能电网中，可安装条码装置、射频装置、温感装置、缺陷采集装置四种物联网节点传感器，其中，电源线最易出现缺陷问题，电流相同情况下电缆接头处温度若高于电缆熔点限值会引发安全事故，而其他区域电阻具有均衡分布特征，隐患发生率较低。由于电网是通常是采用地下管道直埋、电线杆架空两种方式敷设电力电缆，因而技术参数监测获取难度较高。因此，监测风电温度及电流时，应优先选择无线方式。虽然也可应用红外方式监测电网温度数据及电流数据，但电磁干扰会对红外线发射产生干扰，易影响数据获取的准确性。因此，应选用测温范围更广、环境适应力更强的封装集成电路型测温器件作为温度监测传感器，以提升电缆接头温度监测精准度。电流监测时，可采用三相电流监测芯片，此芯片具备电压、电流同步采集功能，若需采集其他参数，不必增加监测芯片，对此芯片进行功能拓展即可。为此，智能电网在线监测中应用物联网技术时，应以4G或5G网络为基础，利用集成电路型测温器件及三相电能监测芯片远程监控智能电网。

3 基于物联网的智能电网在线监测系统设计与实现

3.1 功能界面设计

界面设计要遵循简洁直观的原则，确保电力系统运行状况清晰显示，以便监测出问题后能够快速响应与处理。为增强监测系统的安全性，应合理设置登录权限，除网管人员外，非授权人员禁止登录系统，以免重要信息被盗取，或导致平台及继电器运行稳定性受到影响。除设置非法风险提示功能、历史信息检索查询功能外，监控界面还需设计信息采集阀门，结合业务需求控制系统采集功能的启闭状态。阀门开启，监控采集即开始，可录取各指标数据信息，之后利用网络向PC 机传送所获指标数据，利用专家库中的维修决策与数据展开分析比对并在监控界面上展示分析结果，若数据拆解出错，可及时发生提示，以便网管人员合理调控高压真空阀门。基于物联网技术的智能电网在线监测系统人机交互界面结构见图2。

图2 智能电网在线监测系统人机互交界面结构图

3.2 系统运用测试

3.2.1 数据采集及运行状态检测

为确保监测终端、协调器之间能够实时传送采集的数据信息，需要在电脑终端上利用USB 接口连接监测系统的协调器模块，利用串口工具检测监测指标信息的准确性，并判定网络运行状态的稳定性。检测后可利用电脑显示器查看串口工具反馈的温度控制信息数据，以判断采集节点传感器功能状态，分析终端节点与协调器节点之间信息传送的准确性与及时性。终端网络数据传送有效性检测，主要采用抓包测试与拆解方法，以丢包率测试结果为依据，根据线路质量指标，结合设备信息强弱，判断电力设施通信网络运行的稳定性情况。智能电网在线监测系统运行时，要合理调节ZigBee 模块的发射功率，以降低节点功耗。测试过程中，应分别以发射功率值及网各质量最优指标作为自变量与因变量，以便以最优模式运行，尽可能降低系统丢包率。除此之外，还要科学调控自变量指标，以降低丢包率，从而获取到准确的射频功率值。

3.2.2 状态数据动态监控实验与结果

状态数据动态监控的目的是判断平台运营状况，并判断网络传送数据的实效性与准确性。实验时电压设定为220V，以4m²电缆作为测试对象，通电条件下测试其温度值及电流值。监测探头测得数据后，可利用手持式红外测温仪、电流互动器继续监测数据，并将测出的数据向电脑终端传送，利用软件对比分析各项数据，从而得出电缆温度及电流数据偏差结果。智能电网节点处电缆的温度及电流数据如表1。

表1 智能电网各节点电缆的温度及电流数据

将节点处采集到的信息数据经由网关传送给数据服务器后，通过监控界面显示出来，通过对比分析实测数据与监控界面所显示信息数据，可得出二者的数据偏差，见表2。

表2 实际监测梁数据与监控采集数据偏差

通过数据对比分析发现，监测终端探头以及手持红外测温仪、电流互感器所检测温度、电流数据之间并未出现较大偏差，在部分节点偏差为零，仅有一个节点的电缆温度数据偏差为0.07，其余节点均为0.01 至0.04 之间，总体来看，数据偏差未超出数据采集偏差允许值，说明基于物联网的智能电网在线监测系统具备较高的监测精度，能够满足智能电网温度及电流的监测需求。

4 结束语

物联网技术蓬勃发展背景下，智能电网中物联网技术的应用优势不断展现，利用此技术实现智能电网的在线监测，重点要化解信息及时采集与有效处理问题，应用实践中应选用4G/5G网络，利用集成电路型测温器件及三相电能监测芯片远程监控智能电网，并在监控界面上设计信息采集阀门，以便根据业务需求控制系统采集功能的启闭状态。经系统运行测试，发现数据监测偏差较小，说明在智能电网在线监测系统中，物联网技术的应用具有可行性。