基于物聯網技術的智能電源監測系統研究

莊偉棟，申 林

（江蘇省江都水利工程管理處，江蘇 揚州 225200）

0 引 言

電源系統作為對電子設備的供電系統，其對電子設備的工作及后續電量的存儲起到了決定性作用[1,2]。隨著技術的發展與科學的進步，電源系統逐漸由自由度有限和存儲較困難等發展到體積小、重量輕以及效率高，同時令使用者能夠較為輕松地監督管理其工作過程，在發現問題的時候能夠第一時間提出并解決。

良好的電源監測系統可以實時監測復雜的電源系統，并在系統出現運行障礙或組成部分發生損害問題等情況時，及時發現并對監測人員發出信號，從而可以第一時間發現并解決問題[3,4]。傳統的電源檢測系統采集信息效率較低，采集范圍有限，大多數采用現場數據信息采集處理方法，這樣設計的檢測系統效率較低，并且工作量過大，對系統的控制度有限，較難取得高水平的檢測效果。物聯網系統作為信息改革中較為重要的成果，將物聯網系統運用到電網信息檢測系統中能夠較為明顯地提高檢測效果與檢測效率，并且可以對電力系統的穩定運行提供一定的保障。

1 智能物聯網技術概述

智能物聯網技術通過智能化的信息應用方法，將實現物體與物體之間的交流、人與物體的交流以及基礎物理設施設備與信息化設備之間的交流，將多方面、多對象進行有機整合，形成一個完整的智能工作系統[5,6]。

物聯網技術包含感知的全面性、傳遞的可靠性以及處理的智能性3個特點。首先，物聯網系統通過較多的傳感零件，如傳感器和敏感器等采集外界的信息，同時因為部署數量較多，可以較為完全地完成信息采集工作。其次，在信息采集之后，物聯網通過較為完善的信息網絡，如互聯網和交通傳輸網絡等將采集到的信息準確且無損傷地進行傳遞[7,8]。同時，在根據傳遞信息不同時可以選擇較為合適的傳遞網絡與傳遞方式。最后，通過大量的初始信息采集工作和準確的信息傳輸工作，數據處理分析工作可以順利進行。

智能物理網系統是對目前存在的信息收集系統、數據傳輸系統以及數據分析系統的整合。通過對通信模式的革新改變，可以較為系統地實現對目標物體的準確控制[9]。通常來說，物聯網可以分為應用信息層、數據傳輸層以及感知處理層3大部分，具體結構如圖1所示。

圖1 智能物聯網系統結構框圖

2 基于智能物聯網技術對電源監測系統設計與建立

設計電力電源監測系統時，首先要保證系統的可靠性，即保證系統處于平穩運行的狀態[10]。其次，需要具有較為良好的人機交互功能，在監測系統發現問題時能夠第一時間通知相應的工作人員，對損害或出現問題的裝備進行維修和調換。最后，出于對成本的考慮及對追求經濟最大化的設想，需要對整體監測系統進行模塊化設計，具體如下。

2.1 應用信息層

物聯網的應用較為廣泛，涉及到較多的工業應用領域，如能源領域、制造領域以及運輸領域等。但是目前仍然存在著分類方法較多、項目較為復雜以及沒有形成統一整體的問題。針對不同的應用信息用戶，信息采集輸入端會存在較大的差異。對于普通用戶而言，信息輸入端大部分為個人臺式機電腦、筆記本電腦、個人手機等，但是對于大型的運行系統而言，通常是通過工業用戶界面完成信息采集的工作。

2.2 數據傳輸層

物聯網技術中的數據傳輸層主要是完成信息采集之后的傳輸與處理。通過設置相應的信息接入端口與信息傳輸網絡保證信息傳輸與處理運行的穩定性。通常與接入端口相連接的是具有感知功能的設備，將外界信息收納匯總，通過相應的傳輸渠道將數據通過網絡進行傳輸。信息傳輸網絡包括移動網等，通過信息傳輸網絡可以整理由信息接入端口得到的信息，并將信息傳入互聯網，通過設計相應的結構達到數據傳輸的效果。在進行數據傳輸時，通常需要選擇對應的傳輸函數，通常選取Sigmoid函數，具體變換為：

則輸出值可以表示為：

式中，x，y為傳輸數據值，xm，ym表示函數傳輸是數據中間值。

2.3 感知處理層

通常，對于物聯網系統而言，感知處理層主要完成兩個功能，分別是信息感應與短途傳輸。如圖2所示。信息感應可以通過設立傳感器來完成，采集相應的外界數據。通過采集控制，將各個末端設備與網端關卡相互連接。相似的，短途傳輸功能主要是通過網絡關卡或者某控制平臺來實現，通過短距離的傳輸將采集到的信息數據運輸并存儲于接收器上，為下一步分析做準備。

圖2 基于物聯網技術電源系統檢測系統工作原理

通過選取合適的信息采集設備和處理設備對整個信息網絡進行信息采集與控制，通過網絡關卡對末端信息設備發送指示信號，進行下一步的運作。感知處理層對于整個物聯網系統而言是較為基礎，同時也是至關重要的一個組成部分。

對于智能電源監測系統而言，其目的是保證電網的順利進行。如果發生故障需要及時提醒監測人員進行問題檢測與維修。本文所建立的智能電網監測系統基于物聯網技術，保證工作人員對智能電網進行全天候監測。對于監測系統的總體構架而言，主要分為數據采集、數據信息傳輸以及監測系統等方面。其中，數據采集主要通過采集傳感器對電網中的電壓和電流等進行采集并傳輸；數據傳輸以GPRS模塊為傳輸載體，結合無線網和路由器等數據傳輸工具傳輸采集的實時數據及電網的運行情況，將信息傳輸到監控端；監測系統主要分為現場診斷和遠程監控診斷兩方面，具體結構如圖3所示。

圖3 智能電源監測系統總體構架示意圖

對于故障診斷而言，需要采用小波函數對波形進行分析，將分析后的結果與實際理論結果進行比較，通過誤差大小評選所選擇的小波函數的優劣性，常用的小波函數有以下幾種。

哈爾小波函數為：

莫利特小波函數為：

波和多貝西小波函數為：

式中，X=1,2,…,2X，h(·)為低頻脈沖系數。

改進莫利特小波函數為：

式中，w＞0。

3 基于智能物聯網技術對電源監測系統研究

通過上述分析建立了基于物聯網技術電源檢測系統的分析模型，下面分析研究上述建立的模型計算精確程度及得出的記過結果。通過設立相應的物聯網結構模型，根據物聯網設計原則可以建立相應的電源監測模型。初始化參數并且選擇合適的傳遞函數分析研究實驗模型。因大型工業設備操作較為不便，并且對于數據采集工作而言困難較大，因此選擇多功能校準電源進行輸出檢測，監測出多組電壓值與實際電壓值進行對比分析。實際電壓值與監測電壓值對比如圖4所示。

圖4 實際電壓值與監測電壓值對比圖

通過圖4可以看出，在所有選擇的電壓測量點中，實際電壓值與監測電壓值的吻合程度較為良好，誤差較小，符合實際的工程應用操作。因此，基于物聯網技術所建立的智能電源監測系統工作狀況良好，監測數據較為準確，對于實際供電電源監測工作有著一定的推動作用。

4 結 論

本文基于物聯網技術建立智能電源監測系統，通過初試參數的設定、傳遞函數的選擇以及對智能電源系統的分析與討論可以得出，基于物聯網技術所建立的智能電源監測系統工作效果較為良好，監測值與實際值差距較小，符合實際工程應用要求，在未來的電力電源監測系統中有著推廣價值。