基于多傳感器的智慧供電保障系統設計

孫成剛，張健，付慧敏，何之倬，魏欣悅

（國網上海青浦供電公司，上海 201799）

電力已經成為人們日常生活的必需品，當前處于社會經濟快速發展的時期，電力安全問題時有發生。隨著消費水平的提高，人們對電力供應系統的要求越來越高。因此，提出了智慧供電保障系統，傳統供電保障系統的低效率性能已經無法滿足人們的需求，人們追求更智能、更嚴格、更高效的電力保障系統[1-2]。

多傳感器具有強大的傳感能力，能夠很好地獲取研究目標的傳感信息，并且處理獲取的傳感數據。因此，該文基于多傳感器設計了一種新的智慧供電保障系統，并通過實驗驗證了系統的有效性。

1 系統硬件設計

系統硬件主要由操作可視化模塊、配電自動化模塊以及電力數據終端監測模塊三部分組成，系統硬件結構如圖1 所示。

圖1 系統硬件結構

1.1 操作可視化模塊

在基于多傳感器的智慧供電保障系統硬件中，可視化必不可少。利用操作可視化模塊對圖表進行處理，總結復雜的數據[3-5]。大數據的可視化操作可提供實時信息，及時解決電力風險，借助圖表完成數據與數據化工具的融合。操作可視化模塊結構如圖2所示。

圖2 操作可視化模塊結構

根據圖2 可知，在可視化操作下，電力數據能夠更好地進行分析、排序和顯示[6]。

1.2 配電自動化模塊

配電自動化模塊如圖3 所示。

圖3 配電自動化模塊

圖3 中，通過與相關應用系統的信息集成、收集數據，實現監測、控制和快速隔離配電網故障，為配電管理系統提供實時數據支持，提高了供電可靠性和安全性。通過快速故障處理，優化了運行模式，改善了供電質量，提高了電網運行效率和效益。配電自動化實際上是對電力數據的收集，并兼顧對突發電力故障的預測，優化用電的運營模式，做到既能省電，又能保障安全。自動化模式在很大程度上節省了人工費用，大大提升了工作效率，省時又省力。

1.3 電力數據終端監測模塊

電力數據終端監測模塊如圖4 所示。

圖4 電力數據終端監測模塊

通過無線傳輸方式，對輸電線路環境、通道、風速、風向、覆冰弧垂、絕緣污穢等參數進行實時監測，實時關注線路異常狀態并通過監測線路的有效參數來實現預警。其中，故障監測系統能對線路運行進行實時監測，當電力線路發生短路故障、接地故障、過流和停機等故障時，將采集的特征數據傳輸到主控制室[7-8]。電力數據終端監測模塊相互協調配合，能更好地監測到電力數據。

2 系統軟件設計

電力數據信息的采集以及分析能夠有效地對智慧供電線路進行供電保障。在系統設計中，一旦采集到的電力數據不是真實數據或者數據分析出現偏差，會導致危險的供電線路不能被及時發現，最終影響智慧供電保障系統的應用效果[9-12]。

為了解決以上問題，調用函數完成電力數據的有效采集，利用數據棧空間匹配的方式，分析智慧供電電力數據的運行狀態。

在大型智能供電系統內部，由于運行資源的堵塞或者閑置，會導致智慧供電線路在工作過程中，完整的電力數據中某個字節段出現無效重疊冗余，或數據字節段的丟失，以上問題不會影響智能供電系統的供電工作，但是會影響其穩定性。為了解決以上問題，該文在采集數據過程中調用OSInit（）函數對智能供電電力數據進行數據修補，使采集到的智慧供電電力數據具有真實性，降低供電保障系統工作的計算量。保證OSInit（）函數的有效性，將基于多傳感器的智慧供電保障系統軟件區域的數據采集區域分為數據處理區和數據傳送區，在數據處理區調用OSInit（）函數，處理后的電力數據傳輸到數據傳送區，等待數據的分析調用。

智慧供電線路內的電力數據也按照一定順序產生，根據電力數據這一特性，利用電力數據產生的優先級進行電力數據棧空間的檢索匹配，有效分析智慧供電電力數據中的異常數據。智慧供電線路內電力數據產生的同時攜帶數據的棧空間序列號，并且電力數據有效字節長度存在差異。不同電力數據的數據棧空間大小和字節長度不可能完全相同，但是有可能存在任意一個屬性量相同。因此，該文采用供電電力線路的兩個屬性共同驗證，保證電力數據匹配的精度[13-14]。

通過電力線路的過零中斷模式控制處于異常狀態的電力數據。過零中斷處理方式的原理：當供電線路有效運行時，電壓波動達到50 Hz 時，便對智慧供電線路內異常電壓進行診斷。對供電線路過高或過低的電壓進行多次過零中斷刺激后，電壓會逐步恢復，并且達到正常電壓值，實現智慧供電異常電力數據的控制[15-16]。

集成系統硬件區域的模塊以及軟件區域，基于多傳感器的智慧供電保證系統的工作流程如圖5 所示。

圖5 基于多傳感器的智慧供電保障系統工作流程

首先，采集智慧供電線路中的電力數據，在傳遞智慧供電線路電力信息的同時，對電力信息進行有效篩選，將無效的電力數據格式化處理。并調用基于多傳感器的智慧供電保障系統數據終端監測模塊，對智慧供電電力數據進行實時監測；然后，調用系統硬件區域的多傳感器設備對采集的智慧供電線路有效電力數據進行狀態分析，一旦發現異常數據立即對供電源進行控制；最后，調用基于多傳感器的智慧供電保障系統硬件功能和軟件功能，完成智慧供電線路的保障處理。

3 實驗分析

通過以上分析論證，完成了基于多傳感器的智慧供電保障系統的設計。只有系統的性能達到了應用標準，才是真正地完成設計任務。為此，進行對比實驗，完成系統性能的檢驗。為了提高對比實驗的可靠性，選擇基于電路控制的智慧供電保障系統和基于靈敏傳感器的智慧供電保障系統作為測試的對照系統，共同完成實驗。

選用某小區同一號樓不同的3 個單元供電任務作為測試樣本，在相同背景下，每個系統在實驗前，隨機選擇系統對應供電的單元樓，每個單元樓的層數和用戶量相同，保證測試的公平性。實驗測試的時間為24 小時。在實驗前，將3 個智慧供電保障系統的一端接入不同單元智慧供電線路內，另一端連接計算機和供電效率測試儀，實時記錄測試過程中每個系統的運行數據，為實驗提供數據。實驗預處理操作完成后，同一時間觸發3 個智慧供電保障系統。24 小時后終止實驗，停止數據記錄，將3 個保障系統在小區供電中心進行安全撤銷，整理實驗數據并進行數據分析。實驗結果如圖6 所示。

圖6 智慧供電保障系統運行速率結果

按照以上流程完成實驗后，得到以下結論：

1）在有效實驗時間內，該文設計的基于多傳感器的智慧供電保障系統無論在用電繁忙時間段、用電閑置時間段還是深夜時間段，運行速率最低達到了490 bit/s，最高則達到了512 bit/s。然而基于電路控制的智慧供電保障系統在以上3 個時間段的運行速率方差極大，運行速率最低為210 bit/s，最高為370 bit/s，供電不穩定；基于靈敏傳感器的智慧供電保障系統在以上3 個時間段中，深夜時間段和用電空閑時間段運行速率可以勉強達到運行標準，但是在用電繁忙時間段，系統的運行速率降低到410 bit/s，影響系統應用效果，降低了供電系統的穩定性。

該文設計的基于多傳感器的智慧供電保障系統的硬件區域集成了靈敏傳感器、溫度傳感器以及電壓傳感器的優點，使智慧供電保障系統具有較高的運行速率。所以，基于多傳感器的智能供電保障系統的運行效率比基于靈敏傳感器的智慧供電保障系統的運行效率高。智慧供電保障效率結果圖如圖7所示。

2）分析圖7 可以看出，在實驗測試的24 小時內，基于多傳感器的智慧供電保障系統應用單元樓的供電效率波動狀態較為穩定，平均供電效率可以達到98.4%；基于電路控制的智慧供電保障系統的供電效率波動較大，平均供電效率為78.4%；基于靈敏傳感器的智慧供電保障系統的供電效率波動幅度雖然小于基于電路控制的智慧供電保障系統，但是波動幅度也大于該文設計的系統，平均供電效率為87.4%。

基于多傳感器的智慧供電保障系統在對智能供電線路進行保障的過程中，通過軟件對供電數據進行處理，時刻監控供電線路中的電力數據，一旦發現異常數據，系統會調用可視化模塊和配電自動化模塊進行電力數據的控制，快速恢復智慧供電系統的穩定性。

綜上所述，實驗證明了該文設計的基于多傳感器的智慧供電保障系統可以有效地提高智慧供電系統的運行效率和運行穩定性，具有一定可行性。

4 結束語

為實現用電安全，該文提出了基于多傳感器的智慧供電保障系統，在智慧供電保障系統硬件區域和軟件區域中分別突破傳統系統的設計理念，達到系統設計的目標。縱觀智慧供電線路的發展趨勢，對于供電線路的保障問題，不僅要關注智慧供電保障系統，還要注意對供電線路的日常維護和線路使用有效周期，從多個角度出發，才可以保證智慧供電系統運行的效率和穩定性，保證安全供電。