基于多傳感信息融合的智能電力監控系統的設計

張 林，葛 雋，黃榮輝，吳尊飛，徐 曙，羅智奕，關曉曼

(1. 深圳供電局有限公司 廣東 深圳 581000；2. 浙江國自機器人技術有限公司 浙江 杭州 310052；3. 國網浙江省電力公司溫州供電公司 浙江 溫州 325401)

基于多傳感信息融合的智能電力監控系統的設計

張 林1，葛 雋2，黃榮輝1，吳尊飛3，徐 曙1，羅智奕1，關曉曼2

(1. 深圳供電局有限公司 廣東 深圳 581000；2. 浙江國自機器人技術有限公司 浙江 杭州 310052；3. 國網浙江省電力公司溫州供電公司 浙江 溫州 325401)

隨著智能電網的不斷發展，變電站的智能化管理也提出了新的要求。變電站要實現無人值守，變電站的各種數據和視頻必須實時準確的傳送到監控中心，一旦遇到突發事件能及時高效的處理。因此智能電力監控系統為電網的智能化提供了有力的保障。本文設計了一種多傳感信息融合的智能電力監控系統，主要是用來實時的監控變電站周圍的環境信息和電力設施，進一步推進電網的智能化，保證電力系統運行的安全性。系統中采用圖像傳感器、溫濕度傳感器、氣體傳感器和煙霧傳感器對變電站周圍及電力設施進行無人值守的24小時監控，能實時的顯示變電站區域的情形，溫度和濕度信息，氣體的釋放信息和煙霧信息，該系統可以大大的提高變電站的管理效率，保障變電站的安全性。

智能電網；智能電力監控系統；多傳感信息融合；無人值守

0 引言

隨著我國經濟的高速發展，電力行業的基礎設施基本上實現了全覆蓋，為保障我國經濟發展做出了重要的貢獻。保障電力設施的安全穩定的運行是電力部分的最重要的工作之一。我國國土面積龐大，電力設施分布范圍較廣，實現電力系統的遠程監控，統一管理和調度需要較大的人力和物力成本。在建設現代化的電力系統中，變電站的智能化、集成化、信息化成為今后電力系統發展的必然趨勢[1][2]。

在電力系統中變電站監控系統是電網調度的基本保障[3][4]。傳統的變電站監控系統主要是靠專業人員進行現場勘查，遇到了突發的緊急事故很難得到及時有效的處理。且電力系統分布較為分散，整個電力系統的運行、維護和管理耗費了大量的人力和財力[5]。

因此智能化的電力監控系統在提高整個電網的智能高效的管理中起著重要的作用。通過變電站監控系統可以實現現場設備的實時24小時無人監控，及時準確的發現隱患問題，并將現場狀況實時的傳送到電力調度和電力有關部分進行實時的處理。智能的電力監控系統不僅僅大大的提高整個系統的安全性何可靠性，同時也減輕工作人員的人力負擔，減少了管理成本[6][7][8]。

為提高變電站監控系統的智能化，本文采用了多種傳感器實現對變電站的智能監控和檢測。系統中主要采用圖像傳感器、溫濕度傳感器、氣體傳感器和煙霧傳感器實現對變電站的現場環境的實時監控，溫度和濕度的實時監控，有害氣體的實時監控和煙霧火焰的實時監控。

1 智能電力監控系統的總體架構設計

本文提出的智能電力監控系統主要包括感知層、處理層和應用層，如圖1所示。感知層中主要包括了圖像傳感器、溫濕度傳感器、氣體傳感器和煙霧傳感器。圖像傳感器主要部署在變電站的周圍、出入口和電力設備機房等關鍵地方，用來實時的監控和存儲變電站的現場情況。溫濕度傳感器主要部署變電站的周圍區域，實時的檢測溫度和濕度的信息。當溫度過高時可能會出現設備的故障和火災等險情，因此系統將會及時的報警并通知調度中心。當部分區域的濕度過高時可能是出現淹水等情況，也將把相關信息及時反映到監控系統。在電力設備的運行中會釋放出特定的氣體，如一氧化碳、甲烷和氫氣等有毒和可燃氣體。因此用氣體傳感器實時的檢測這些數據為電力系統提供參考。煙霧傳感器主要是檢測變電站區域是否出現火焰，當出現煙霧的實時，系統及時報警并將信息反饋到電力管理中心，方便相關部分及時的處理險情，防止更加嚴重的事故發生。處理層主要包括傳感器數據處理單片機和數據處理服務器。傳感器數據處理單片機主要是用來實時的接收來自于不同傳感器實時監測到的原始數據，并將原始數據轉化為對應的實際應用值，最后將這些數據傳輸到數據處理服務器。數據處理服務器主要是保存和處理變電站中所有的數據信息，并將所有信息上傳到區域服務中心。應用層主要是通過感知層獲得的數據進行智能監控。

圖1 總體架構設計

2 智能電力監控系統的硬件模塊

設計的智能電力監控系統主要包括感知層的傳感器，處理層的傳感器數據處理服務器和數據處理服務器。

在實驗模擬階段，我們采用了win7 的操作系統，Inter i7-6700 CPU，16G RAM和2T的硬盤作為數據處理服務器。傳感器處理單片機選擇了高性能、低成本和低功耗的STM32單片機。內核為Cortex-M3 CPU，最高工作頻率為72MHz，集成了512KB的Flash存儲器和64KB的SRAM存儲器。

圖像處理傳感器采用了AHCA4-78TR-LM型號的監控攝像頭，該攝像頭最高可以實現16路的720P的高清拍攝，具有IP67防水外殼和大功率隱藏紅外燈，并支持IR-CUT日夜轉換模式。

溫濕度傳感器采用含有校準的數字信號輸出的DHT11溫濕度傳感器模塊，其包含一個電阻式感濕原件和一個測溫元件，具有較高的可靠性和穩定性。濕度測量范圍為20%-95%，溫度測量范圍為0-50度，工作電壓為3.3-5V。

氣體傳感器采用了MQ-2傳感器，其由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層和測量電路等組成。可以探測液化氣、甲烷、乙烷、丙烷、酒精和氫氣等氣體。其具有探測范圍廣、靈敏度較高、穩定性好和壽命較長等特點。

煙霧傳感器采用了光電式煙霧傳感器，其通過檢測煙霧的濃度來實現煙霧的檢測。其內外電離室有放射源镅241，在電場的作用下正負離子由正向負極移動，從而形成穩定的電流和電壓。當有煙霧擴散到電離室后打亂了電離子的正常運動，從而改變了電流和電壓值，從未觸發了報警信號。其穩定性較高，性能優于氣敏電阻類的煙霧傳感器。

3 智能電力監控系統的軟件流程

系統的軟件平臺主要是是基于Struts2，Spring和Hibernate的J2EE框架，Web服務器是使用Apache Tomcat 6.0，數據庫系統是MySQL。系統的軟件設計流程主要如下圖所示。在采集數據之前，首先初始化，然后通過多種傳感器實時的采集環境數據，并將數據發送給單片機進行處理獲得實際應用值，再將實際的應用值發送到數據服務器，通過數據服務器來判斷是否異常，如果異常則啟動報警并通知電力系統中心，否則，繼續監控，并顯示在客戶端，軟件流程如圖2所示。

圖2 軟件流程圖

4 結論

智能電力監控系統是推進我國電力系統智能化、集成化和信息化的必然趨勢。而智能傳感器在變電站信息監測中把相關的環境信息實時的收集并上傳到服務器，大大的提高管理效率，減少人力和財力成本，是今后智能電力監控系統的重要技術手段。除了在變電環節，其在發電和輸電環節也具有較大的應用前景，將為智能電網運行提供大量的實時監測數據，提高電力設施的多角度監控與管理，顛覆傳統的電力管理系統。本文主要采用幾種傳感器設計了智能電力監控系統，提供了一種智能電力監控系統的雛，具有一定的借鑒意義。

[1] 余貽鑫, 劉艷麗. 智能電網的挑戰性問題[J]. 電力系統自動化, 2015(2): 1-5.

[2] 余貽鑫, 秦超. 智能電網基本理念闡釋[J]. 中國科學:信息科學, 2014, 44(6): 694-701.

[3] 周銘駿. 變電站自動化綜合智能監控系統設計與實現[D].電子科技大學, 2014.

[4] 王光銀. 電力監控系統在深圳鹽壩高速隧道上的應用[J].軟件, 2009(9): 42-43.

[5] 彭玉柱. 基于Internet的電力監控系統設計與實現[D]. 哈爾濱工業大學, 2013.

[6] Mark T.Hoske, 袁源. 電力監測和管理[J]. 軟件, 2007(1): 18-22.

[7] 狄義偉. 面向未來智能電網的智能調度研究[D]. 山東大學, 2010.

[8] 諶貽華, 謝建華, 鄭直,等. 大規模分布式光伏電站遠程智能監控技術研究[J]. 軟件, 2011, 32(2): 18-20.

Design of Intelligence Power Monitoring System based on Multi-sensor Information Fusing

ZHANG Lin1, GE Jun2, HUANG Rong-hui1, WU Zun-fei3, XU Shu1, LUO Zhi-yi1, GUAN Xiao-man2
(1. Shenzhen Power Supply Bureau Co., Ltd, Shenzhen Guangdong 581000, China; 2. Zhejiang Guozi Robotics Co., Ltd, Hangzhou Zhejiang 310052, China; 3. Electric Power Company Power Supply Company in Wenzhou of Zhejiang province, Wenzhou Zhejiang 325401, China)

With the developing of intelligence power grid quickly, the intelligence management of substation has been proposed new requirements. The substation should come true unattended operation, all the date and videos should be transmitted to monitoring center in real-time. Some measures should be taken while the emergency happens. So the intelligence power monitoring system provides guarantee for smart grid. This design gives an intelligence power system of multi-sensor information fusing that boosts the smart grid and guarantees the safe operation of power system based on monitoring the surrounding information of substation and power equipment. The system adopts the image sensor, temperature and humidity sensor, gas sensor and smoke sensor to monitor the substation and power equipment. It can come true the unattended operation all day, and display the temperature, humidity, released gases and smoke information in real-time. The designed system can improve the management efficiency and guarantee the safe of substation.

Smart grid; Intelligence power monitoring system; Multi-sensor information fusing; Unattended operation

TM734

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2016.12.012

張林(1987-)，男，江蘇徐州人，碩士，工程師，從事輸變電領域技術研究與管理工作；葛雋(1984-)男，大學本科，工程師，從事機器人技術研究工作；黃榮輝（1976-）男，大學本科，高級工程師，從事輸變電設備管理與技術研究工作；吳尊飛(1981-)男，大專，工程師，從事輸變電設備管理與技術研究工作；徐曙(1985-)男，碩士，高級工程師，從事輸電設備技術研究工作；羅智奕(1981-)男，大學本科，高級工程師，從事電纜技術研究與管理工作；關曉曼(1981-)女，大學本科，高級工程師，從事機器人技術研究工作。

本文著錄格式：張林，葛雋，黃榮輝，等. 基于多傳感信息融合的智能電力監控系統的設計[J]. 軟件，2016，37（12）：51-53