基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

莊偉棟，申 林

（江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚(yáng)州 225200）

0 引 言

電源系統(tǒng)作為對(duì)電子設(shè)備的供電系統(tǒng)，其對(duì)電子設(shè)備的工作及后續(xù)電量的存儲(chǔ)起到了決定性作用[1,2]。隨著技術(shù)的發(fā)展與科學(xué)的進(jìn)步，電源系統(tǒng)逐漸由自由度有限和存儲(chǔ)較困難等發(fā)展到體積小、重量輕以及效率高，同時(shí)令使用者能夠較為輕松地監(jiān)督管理其工作過(guò)程，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候能夠第一時(shí)間提出并解決。

良好的電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)復(fù)雜的電源系統(tǒng)，并在系統(tǒng)出現(xiàn)運(yùn)行障礙或組成部分發(fā)生損害問(wèn)題等情況時(shí)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并對(duì)監(jiān)測(cè)人員發(fā)出信號(hào)，從而可以第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題[3,4]。傳統(tǒng)的電源檢測(cè)系統(tǒng)采集信息效率較低，采集范圍有限，大多數(shù)采用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息采集處理方法，這樣設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)效率較低，并且工作量過(guò)大，對(duì)系統(tǒng)的控制度有限，較難取得高水平的檢測(cè)效果。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)作為信息改革中較為重要的成果，將物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)用到電網(wǎng)信息檢測(cè)系統(tǒng)中能夠較為明顯地提高檢測(cè)效果與檢測(cè)效率，并且可以對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供一定的保障。

1 智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)智能化的信息應(yīng)用方法，將實(shí)現(xiàn)物體與物體之間的交流、人與物體的交流以及基礎(chǔ)物理設(shè)施設(shè)備與信息化設(shè)備之間的交流，將多方面、多對(duì)象進(jìn)行有機(jī)整合，形成一個(gè)完整的智能工作系統(tǒng)[5,6]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包含感知的全面性、傳遞的可靠性以及處理的智能性3個(gè)特點(diǎn)。首先，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過(guò)較多的傳感零件，如傳感器和敏感器等采集外界的信息，同時(shí)因?yàn)椴渴饠?shù)量較多，可以較為完全地完成信息采集工作。其次，在信息采集之后，物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)較為完善的信息網(wǎng)絡(luò)，如互聯(lián)網(wǎng)和交通傳輸網(wǎng)絡(luò)等將采集到的信息準(zhǔn)確且無(wú)損傷地進(jìn)行傳遞[7,8]。同時(shí)，在根據(jù)傳遞信息不同時(shí)可以選擇較為合適的傳遞網(wǎng)絡(luò)與傳遞方式。最后，通過(guò)大量的初始信息采集工作和準(zhǔn)確的信息傳輸工作，數(shù)據(jù)處理分析工作可以順利進(jìn)行。

智能物理網(wǎng)系統(tǒng)是對(duì)目前存在的信息收集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的整合。通過(guò)對(duì)通信模式的革新改變，可以較為系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物體的準(zhǔn)確控制[9]。通常來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)可以分為應(yīng)用信息層、數(shù)據(jù)傳輸層以及感知處理層3大部分，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

2 基于智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建立

設(shè)計(jì)電力電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，首先要保證系統(tǒng)的可靠性，即保證系統(tǒng)處于平穩(wěn)運(yùn)行的狀態(tài)[10]。其次，需要具有較為良好的人機(jī)交互功能，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)能夠第一時(shí)間通知相應(yīng)的工作人員，對(duì)損害或出現(xiàn)問(wèn)題的裝備進(jìn)行維修和調(diào)換。最后，出于對(duì)成本的考慮及對(duì)追求經(jīng)濟(jì)最大化的設(shè)想，需要對(duì)整體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，具體如下。

2.1 應(yīng)用信息層

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用較為廣泛，涉及到較多的工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，如能源領(lǐng)域、制造領(lǐng)域以及運(yùn)輸領(lǐng)域等。但是目前仍然存在著分類(lèi)方法較多、項(xiàng)目較為復(fù)雜以及沒(méi)有形成統(tǒng)一整體的問(wèn)題。針對(duì)不同的應(yīng)用信息用戶，信息采集輸入端會(huì)存在較大的差異。對(duì)于普通用戶而言，信息輸入端大部分為個(gè)人臺(tái)式機(jī)電腦、筆記本電腦、個(gè)人手機(jī)等，但是對(duì)于大型的運(yùn)行系統(tǒng)而言，通常是通過(guò)工業(yè)用戶界面完成信息采集的工作。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸層

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的數(shù)據(jù)傳輸層主要是完成信息采集之后的傳輸與處理。通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的信息接入端口與信息傳輸網(wǎng)絡(luò)保證信息傳輸與處理運(yùn)行的穩(wěn)定性。通常與接入端口相連接的是具有感知功能的設(shè)備，將外界信息收納匯總，通過(guò)相應(yīng)的傳輸渠道將數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸。信息傳輸網(wǎng)絡(luò)包括移動(dòng)網(wǎng)等，通過(guò)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)可以整理由信息接入端口得到的信息，并將信息傳入互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)設(shè)計(jì)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)達(dá)到數(shù)據(jù)傳輸?shù)男Ч?。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，通常需要選擇對(duì)應(yīng)的傳輸函數(shù)，通常選取Sigmoid函數(shù)，具體變換為：

則輸出值可以表示為：

式中，x，y為傳輸數(shù)據(jù)值，xm，ym表示函數(shù)傳輸是數(shù)據(jù)中間值。

2.3 感知處理層

通常，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)而言，感知處理層主要完成兩個(gè)功能，分別是信息感應(yīng)與短途傳輸。如圖2所示。信息感應(yīng)可以通過(guò)設(shè)立傳感器來(lái)完成，采集相應(yīng)的外界數(shù)據(jù)。通過(guò)采集控制，將各個(gè)末端設(shè)備與網(wǎng)端關(guān)卡相互連接。相似的，短途傳輸功能主要是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)關(guān)卡或者某控制平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)短距離的傳輸將采集到的信息數(shù)據(jù)運(yùn)輸并存儲(chǔ)于接收器上，為下一步分析做準(zhǔn)備。

圖2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)電源系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)工作原理

通過(guò)選取合適的信息采集設(shè)備和處理設(shè)備對(duì)整個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息采集與控制，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)關(guān)卡對(duì)末端信息設(shè)備發(fā)送指示信號(hào)，進(jìn)行下一步的運(yùn)作。感知處理層對(duì)于整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)而言是較為基礎(chǔ)，同時(shí)也是至關(guān)重要的一個(gè)組成部分。

對(duì)于智能電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，其目的是保證電網(wǎng)的順利進(jìn)行。如果發(fā)生故障需要及時(shí)提醒監(jiān)測(cè)人員進(jìn)行問(wèn)題檢測(cè)與維修。本文所建立的智能電網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，保證工作人員對(duì)智能電網(wǎng)進(jìn)行全天候監(jiān)測(cè)。對(duì)于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體構(gòu)架而言，主要分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)信息傳輸以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等方面。其中，數(shù)據(jù)采集主要通過(guò)采集傳感器對(duì)電網(wǎng)中的電壓和電流等進(jìn)行采集并傳輸；數(shù)據(jù)傳輸以GPRS模塊為傳輸載體，結(jié)合無(wú)線網(wǎng)和路由器等數(shù)據(jù)傳輸工具傳輸采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及電網(wǎng)的運(yùn)行情況，將信息傳輸?shù)奖O(jiān)控端；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要分為現(xiàn)場(chǎng)診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷兩方面，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 智能電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體構(gòu)架示意圖

對(duì)于故障診斷而言，需要采用小波函數(shù)對(duì)波形進(jìn)行分析，將分析后的結(jié)果與實(shí)際理論結(jié)果進(jìn)行比較，通過(guò)誤差大小評(píng)選所選擇的小波函數(shù)的優(yōu)劣性，常用的小波函數(shù)有以下幾種。

哈爾小波函數(shù)為：

莫利特小波函數(shù)為：

波和多貝西小波函數(shù)為：

式中，X=1,2,…,2X，h(·)為低頻脈沖系數(shù)。

改進(jìn)莫利特小波函數(shù)為：

式中，w＞0。

3 基于智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

通過(guò)上述分析建立了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)電源檢測(cè)系統(tǒng)的分析模型，下面分析研究上述建立的模型計(jì)算精確程度及得出的記過(guò)結(jié)果。通過(guò)設(shè)立相應(yīng)的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)原則可以建立相應(yīng)的電源監(jiān)測(cè)模型。初始化參數(shù)并且選擇合適的傳遞函數(shù)分析研究實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。因大型工業(yè)設(shè)備操作較為不便，并且對(duì)于數(shù)據(jù)采集工作而言困難較大，因此選擇多功能校準(zhǔn)電源進(jìn)行輸出檢測(cè)，監(jiān)測(cè)出多組電壓值與實(shí)際電壓值進(jìn)行對(duì)比分析。實(shí)際電壓值與監(jiān)測(cè)電壓值對(duì)比如圖4所示。

圖4 實(shí)際電壓值與監(jiān)測(cè)電壓值對(duì)比圖

通過(guò)圖4可以看出，在所有選擇的電壓測(cè)量點(diǎn)中，實(shí)際電壓值與監(jiān)測(cè)電壓值的吻合程度較為良好，誤差較小，符合實(shí)際的工程應(yīng)用操作。因此，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所建立的智能電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作狀況良好，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，對(duì)于實(shí)際供電電源監(jiān)測(cè)工作有著一定的推動(dòng)作用。

4 結(jié) 論

本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立智能電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)初試參數(shù)的設(shè)定、傳遞函數(shù)的選擇以及對(duì)智能電源系統(tǒng)的分析與討論可以得出，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)所建立的智能電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作效果較為良好，監(jiān)測(cè)值與實(shí)際值差距較小，符合實(shí)際工程應(yīng)用要求，在未來(lái)的電力電源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中有著推廣價(jià)值。