基于物联网技术的智能环网柜设计及应用研究

刘冠印 殷 鹏 宋义洲 刘文志 惠鸿忠 冯德赢 陈林林

（1.山东阳光电力设备有限公司 2.聊城大学）

0 引言

物联网技术的支持，为配电网的发展进步奠定了坚实的基础，提升了配电网运行的稳定性，为生活和工作提供了强有力的支持。为了支持配电网的稳定运行，智能环网柜逐渐走进研究人员和技术人员的视野，并对其进行了更为深入地研究和分析，对其进行更为科学合理的设计，保证其智能化水平以及现代化水平，为后续的应用奠定坚实的基础，同时也可以保证应用的稳定性。科学合理的设计智能环网柜，可以保证整体结构的规范性，也可以提升智能化以及现代化水平，避免在应用的过程中出现故障，提升整体应用寿命。

1 智能环网柜应用的功能性优势

1.1 满足技术要求，结构性能良好

环网柜是配电网系统中较为重要的一个组成部分，其会对整体运行的稳定性造成一定的影响，因此相关研究人员应用了物联网技术，设计了智能环网柜。在完成智能环网柜设计之后，为了保证应用的有效性，需要对其进行质量检测，主要针对技术指标、基本性能进行检查，保证满足技术要求；同时在实际进行检测的过程中，还需要对其适应性能进行检查，避免受环境因素的影响，此外，还需要对绝缘性能以及信息传输性能进行检测，保证结构性能满足技术要求。在完成全部检测之后，发现其完全符合当前对技术的要求，保证了整体配电网应用的稳定性，同时也可以保证输电的稳定性以及顺畅性。

1.2 功能立体化，智能化发展

在实际对环网柜进行设计的过程中，积极利用物联网技术，设计更为智能化的环网柜，提升了整体应用的有效性以及应用质量，而且从根本上避免了电网以及外部环境等因素的影响。与传统环网柜相比，其功能性更强，增加了系统故障检测功能，在检测出故障位置之后，可以针对故障位置进行简单处理，一般会采取断开的方式进行处理，避免对其他位置造成不良影响，避免配电网应用出现不稳定的情况。在物联网技术的支持下，智能环网柜的功能应用的有效性越来越强，且对于故障检测来说，更为精准，且可以及时发现故障问题，进而对故障位置进行有效地隔离。智能环网柜在实际应用的过程中，与传统环网柜相比，在电源方面实现了自给自足的功能，这样可以有效避免受电网影响，保证了电源应用的稳定性。此外，为了保证闭锁的可靠性以及应用的有效性，其应用了无源电磁闭锁方式，其应用更加便捷，且精准性更强［1］。

2 物联网技术下智能环网柜设计与实现

2.1 整体结构设计

在实际对智能环网柜进行设计的过程中，需要积极利用物联网技术，为了保证后续设计的规范性，首先要做的是整体结构设计。在对整体结构进行设计的过程中，包含众多内容，主要是对各个组成模块和组成部分进行设计，整体结构如图1 所示。从图1 中可以看出，主要针对终端感知层、边缘计算层、网络传输层以及平台应用层进行设计，但是除了这个几个层次的实际以外，还需要设计控制模块、电源自供操作系统以及无源闭锁装置等内容，形成完整且具有独立性的智能环网柜。为了满足当前对环网柜的智能化以及现代化需求，需要对模块进行专业化的设计，其不仅可以保证智能环网柜的基本功能，同时也进行了相应的创新。

图1 整体结构设计框架

2.2 控制模块设计

智能环网柜在实际进行设计的过程中，最为重要的一项内容就是控制模块的设计。控制模块可以实现远程通信的目的，同时为了保证整体应用的有效性，还需要满足“三遥”的功能需求，其也是智能化设计的核心要求，保证满足技术指标要求。同时，在网络通信功能的支持下，智能模块可以与数据采集、监控系统、配电自动化主站以及配电自动化二级主站之间进行有效连接，并且保证通行的及时性。为了保证通信功能的技术要求，保证功能应用的有效性以及应用质量，主要应用遥信算法进行计算，为整体设计提供准确的数据支持，控制模块在实际运行的过程中，通常会出现遥信抖动以及遥信误动的情况，其会对智能环网柜的应用造成一定的不良影响，而遥信算法的应用可以有效解决此类问题，其可以更为准确的感知出现的抖动以及误动情况，并及时消除此项问题，同时对出现的不良情况以及系统状态进行有效记录，保证智能环网柜运行的稳定性。遥信功能中会设置定时器，其状态采样可以对DI 状态进行采集，并对所有记录进行保存，根据数据内容进行计算，为了保证计算的精准性，一般每毫秒进行一次采样，并对DI 当前的状态进行保存，随后根据遥信状态进行相应的保证，以此保证遥信发生时刻计算的精准性［2］。

除了遥信功能以外，最为重要的就是遥控功能，其实现了对智能环网柜远程操控的目的，同时在显示功能的支持下，了解故障的实际情况，并根据其进行远程遥控。智能环网柜最大的特点就是可以检测故障，明确故障类型，并进行相应的分类，且其检测精准性较强，在完成故障检测之后，可以简单地对故障进行处理。

2.3 边缘计算层设计

对于智能环网柜的设计来说，最为重要的就是边缘计算层的设计，这也是在物联网技术下就地处理的核心内容，为了建设边缘计算层，主要通过物联管理单元，其在实现边缘计算层设计发挥着较大的作用和价值。在实际进行设计的过程中，主要包括3点内容，即物联硬件层、操作系统层以及应用层。物联管理单元对应用层进行设计的过程中，微应用APP具有定制的特点，可以根据设计的实际情况进行针对性定制，进而实现边缘计算的目的，在完成设计之后，边缘计算层与平台应用层保持一定的联系，共同对数据进行计算处理，这样可以有效避免出现大量数据共同上传的情况，从根本上提升整体的相应速度，提升数据处理效率，节约相应的时间，实现实时可控在控的目的。

比如说，在智能环网柜在实际运行的过程中，通常会受到外部环境因素的影响，导致其出现故障问题，影响整体应用有效性。针对此情况，可以在应用层设计环境监测功能，并在功能内部配置环境调节APP，当外部环境因素监测数值超过设置的额定数据，此时边缘计算层启动并命令相关装置运行，比如说加热、除湿以及排气等装置。在实际开展工作的过程中，边缘计算层会与云主站保持联系，并向云主站发送判断数据，同时也会对装置命令执行的实际情况信息进行传输，通常情况下来讲，装置在启动的一段时间内，环境监测数值不会发生较为明显的变化，此时边缘计算层会持续性向云主站发送相关环境监测数据信息，直至监测数据降低至正常规定数值区域内，此时停止信息传输。云主站在接收到边缘计算层发送的信息之后，其会与供电服务指挥系统联系，并推送预警信息，同时也会发送环境监测数据，为了解决运行出现的问题，会派发任务单，运维人员接收任务单，随后对监测数据进行分析，明确出现故障的位置以及实际故障问题，并开展具有针对性的消缺工作，进一步完善智能环网柜的运行。消缺工作质量主要根据环网箱监测数据变化进行判定，实现闭环管控的目的［3］。

2.4 电源自供操作系统设计

智能环网柜在实际进行设计的过程中，还需要考虑到电源应用的情况，同时也需要关注电源使用寿命，避免出现电源故障的情况，避免由于电源问题降低智能环网柜运行的稳定性，影响输电质量。针对此情况，需要加强电源设计，提升其使用寿命，提升电源质量，进而保证供电的稳定性以及顺畅性，提升供电时间，同时高质量的电源，也可以从根本上减低出现维修的次数。通常情况下来讲智能环网柜多安装在室外，因此受环境影响比较大，所以对电池性能以及使用情况，提出了更高的要求，传统电池具有一定的限制性，且应用存在一定的缺陷。因此，在实际进行电源设计的过程中，设计了电源自供操作系统，并电源PT 模式，而为了保证应用的稳定性，解决故障问题，会辅助配置超级电容备用电源，在双重作用下保证电源供电的稳定性，也保证了供电的安全性。超级电容的应用具有一定的优势，解决了传统电池存在的缺点，其虽然会受到外部因素的影响，但是整体影响较小，特别是温度的影响比较小，而且其在实际应用的过程中应用年限较长，且不需要经常进行维护维修，可以降低整体成本。

2.5 平台应用层设计

在物联网技术的支持下，在实际进行平台应用层设计的过程中，将云架构作为核心内容，并联合IoT平台，两者融合应用有助于满足服务应用提出的要求，进而提升智能环网柜应用的有效性。智能环网柜在实际运行的过程中，通常会出现一定的故障问题，也有可能是自身情况造成的，也有可能是受环境因素影响引发的故障问题，针对此情况，需要通过算力支撑、数据加工等对数据进行分析，在此过程中主要是应用大数据技术以及人工技术等，对智能环网柜运行状态进行分析，实现机构动作特性分析的目的，并运行状态进行评估，明确当前实际运行情况，为设备检修提供数据支持。

3 结束语

综上所述，当前在物联网技术的支持下，相关技术人员对环网柜进行了创新与完善，提出了智能环网柜设计的目标，以此为核心开展设计工作。在实际进行设计的过程中，主要针对整体结构、控制模块、边缘计算层、电源自供操作系统以及平台应用层进行设计，设计完整的智能环网柜系统，进而保证配电网系统稳定运行。