白继武 李颂 赵倩 彭坤 朱静阳
国网河南省电力公司济源供电公司，河南 济源 459000
摘要：传统的电源监测系统大都是采用现场信息采集、现场信息处理和现场设备控制的现场式监测系统，监测精度低、工作量大、控制水平差，难以实现高水平的控制管理。物联网被认为是一次新的信息科技革命，将物联网的技术理念应用到监测控制系统中可以有效提高系统监测水平。基于此，本文主要对基于物联网技术的智能电源监测系统进行分析探讨。
关键词：基于物联网技术；智能电源；监测系统
前言
物联网智能电源管理终端通过物联网技术实现对远端变电站自动化设备的电源进行监测和控制，在变电站机房部署物联网智能电源管理终端，将变电站内的自动化设备的电源进行统一监测和管理，通过电力内网接入供电公司的管控后台，实现集中监控和管理。电源管理终端安装到通信或远动机柜内，将被控设备的原有电源回路进行改造，串入电源管理终端的输入输出节点，实现远程电源管理和控制。终端提供8路电源端子或插座，支持AC220V等多种电源输入输出，具备以太网通信接口。终端具备投切功能，退出运行时可视为电源回路直接物理导通，具有较高的供电安全性。
1系统整体设计
电网内部分35kV、110kV变电站自动化设备工作年限较长，经常出现死机现象，设备死机后无法远程登录进行管理和重启，需要运维人员前往现场进行断电重启。由于变电站分布范围广、距离远，尤其是气候条件恶劣情况下，人员难以及时到达现场进行处理，对电网的安全稳定运行造成较大的风险。目前市面上现有的远程电源控制设备大多基于公网无线通信，存在安全风险。物联网智能电源管理终端通过物联网技术，能够远程监测和控制前端设备的电源，支持多种电源电压，发现前端自动化设备死机且无法软恢复的情况下，可以远程遥控电源重启设备，及时恢复设备工作，提高故障处理速度，减少运维工作量，提升运维管理水平。本文以通信基站的电源系统为基础模型进行监测系统的设计。通信基站的电源系统是通信基站的核心，当市电出现故障时可以实现通信基站设备的不间断供电。现在公认的物联网构架分为三层：感知层、传输层和应用层。相对于三层构架，智能电源监测系统主要分为现场信息采集模块、信息传输模块和信息处理控制模块三部分。
基于物联网技术的智能电源监控系统主要由现场信息采集模块、远程信息传输模块和远程控制模块组成。现场信息采集模块主要由各个高性能的传感器终端节点组成，分布在电源系统各个角落的高性能传感器利用现场采集设备将工作信息采集后实时传送至远端，从而让远端的控制中心可以及时准确掌握现场设备的工作状态。现场设备之间通过自组网的无线传感网进行相互之间的信息传输，通过对ZigBee协议、蓝牙协议等进行比较，选择了低速率、近距离、低功耗的ZigBee协议作为现场设备的信息传输协议。各个终端节点以广播的形式向路由节点传输数据，进而传送至现场协调节点。现场协调节点以WiFi协议对数据进行转发，通过连接外网WiFi进而实现信息向远程云端处理平台传递。云端处理平台利用高效的分布式处理模式对现场采集数据进行实时处理，并将处理结果以主动推送的方式推送到远程控制中心。远程控制中心是整个系统的核心部分，主要功能是实现现场采集数据的液晶显示，并且中心管理人员能够实现对现场的远程控制。为了更好地存储处理数据，本地还设有数据库保存处理数据。
2现场通信协议设计
物联网构架中的感知层是系统的最底层，是整个系统的实现基础。现场信息采集端是系统的信息来源，一个良好、有效的信息采集系统是整个监测系统正常运行的保障。
2.1现场控制器的设计
无论是对现场数据进行预处理还是对现场数据进行有效的存储传输，都需要现场控制器终端的参与。CC2530是目前同类型产品中具有广泛应用的控制芯片，主要用于2．4 GHz的IEEE802．1 5．4的zigBee协议中，是一个真正的片上系统(socl解决方案。在CC2530上有21个通用串行口，理论上可以同时连接21个被控端。为了提高系统的控制水平，本系统设计在每个终端节点上按照功能分类只连接一种传感器。主要涉及的传感器种类有电压传感器、电流传感器以及温湿度传感器等。每个传感器将采集的信息传送至终端节点再通过一系列的路由规则传送至协调器节点，进而进行下一步的操作处理。
2.2现场ZigBee网络设计
ZigBee网络协议具有低功耗、低速率、近距离等特点。本系统信息采集端具有单次采集信息量小，采集频度高，通信距离短等特点，非常符合ZigBee协议的基本特性，因此本系统采用ZigBee协议进行现场的无线通信口。
为了方便终端节点之间的通信，设计了网络拓扑结构。该结构利用路由节点进行路由选择，加强了系统的逻辑性，进而提高系统健壮性。布置在现场的传感器节点将数据传送给终端节点，终端节点接收信息后首先进行信息打包，对信息进行标记，主要的标记信息包括采集时间和采集地点。终端节点通过路由选择以多跳的形式将信息传送至协调器节点，协调器节点以远程无线的形式将数据转发至云处理中心。为了提高系统的健壮性，本系统对传统的网络拓扑进行改进优化，设计了路由转发网。当一条路由路径出现问题时，可以通过其他路由进行信息传输。例如终端节点可以通过路径1一>4一>5将数据传送至协调器节点，但是当中心路由节点出现故障时，可以通过其他路由路径进行信息转发，例如路径l一>6一>7，同时会对中间路径进行故障标记，其他信息的传递也会主动避开该路由。
3基于B／S的上位机设计
物联网体系架构中的应用层是直接被用户使用的，是用户交互度最高的层次。本系统改变了传统的基于客户端的C／S架构，进行了基于B／S的系统设计。为了提高系统的处理水平，本系统采用云处理平台对数据进行处理。同时为了提高服务器的性能，将服务器部署在了云端，本地只需要利用浏览器访问服务器便可以实现对现场的控制管理。基于B／S结构的上位机设计流程图可以实现浏览器实时访问，避免了客户端的安装，使得系统升级更加便捷。用户通过账号密码进行系统登录，正常登陆后便可以实现对现场设备的远程监测管理与控制。在系统运行之初，首先初始化下位机系统，初始化成功后，便可以开启传感器进行信息的采集。采集结束后进行数据打包传输，云端控制中心接收数据后便自动进行数据分析处理，处理结束后．询问浏览器端是否需要更新数据．当浏览器端选择更新数据时，云端服务器便以主动推送的形式把数据展示给用户。为了优化系统设计，在远程控制中心还具有数据存储的功能，以便日后出现故障时对系统进行更深层次的故障分析。
4结论
智能电源监测系统被认为是电源系统正常工作的重要保障，对于整个系统的正常工作具有极其重要的意义。本文基于物联网的三层构架，提出了基于物联网技术的智能电源监测系统，着重分析了物联网构架的感知层，即底层信息采集模块的设计。为了提高系统的健壮性和系统的信息传输容错能力，设计了优化的路由选择协议。最后，对系统的上位机控制系统进行了流程优化，提出了本地数据存储的概念。利用该方案进行电源监测可以有效提高监控水平，具有一定的市场推广价值。
参考文献：
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