基于物联网技术的智能电源监测系统研究

庄伟栋，申 林

（江苏省江都水利工程管理处，江苏 扬州 225200）

0 引 言

电源系统作为对电子设备的供电系统，其对电子设备的工作及后续电量的存储起到了决定性作用[1,2]。随着技术的发展与科学的进步，电源系统逐渐由自由度有限和存储较困难等发展到体积小、重量轻以及效率高，同时令使用者能够较为轻松地监督管理其工作过程，在发现问题的时候能够第一时间提出并解决。

良好的电源监测系统可以实时监测复杂的电源系统，并在系统出现运行障碍或组成部分发生损害问题等情况时，及时发现并对监测人员发出信号，从而可以第一时间发现并解决问题[3,4]。传统的电源检测系统采集信息效率较低，采集范围有限，大多数采用现场数据信息采集处理方法，这样设计的检测系统效率较低，并且工作量过大，对系统的控制度有限，较难取得高水平的检测效果。物联网系统作为信息改革中较为重要的成果，将物联网系统运用到电网信息检测系统中能够较为明显地提高检测效果与检测效率，并且可以对电力系统的稳定运行提供一定的保障。

1 智能物联网技术概述

智能物联网技术通过智能化的信息应用方法，将实现物体与物体之间的交流、人与物体的交流以及基础物理设施设备与信息化设备之间的交流，将多方面、多对象进行有机整合，形成一个完整的智能工作系统[5,6]。

物联网技术包含感知的全面性、传递的可靠性以及处理的智能性3个特点。首先，物联网系统通过较多的传感零件，如传感器和敏感器等采集外界的信息，同时因为部署数量较多，可以较为完全地完成信息采集工作。其次，在信息采集之后，物联网通过较为完善的信息网络，如互联网和交通传输网络等将采集到的信息准确且无损伤地进行传递[7,8]。同时，在根据传递信息不同时可以选择较为合适的传递网络与传递方式。最后，通过大量的初始信息采集工作和准确的信息传输工作，数据处理分析工作可以顺利进行。

智能物理网系统是对目前存在的信息收集系统、数据传输系统以及数据分析系统的整合。通过对通信模式的革新改变，可以较为系统地实现对目标物体的准确控制[9]。通常来说，物联网可以分为应用信息层、数据传输层以及感知处理层3大部分，具体结构如图1所示。

图1 智能物联网系统结构框图

2 基于智能物联网技术对电源监测系统设计与建立

设计电力电源监测系统时，首先要保证系统的可靠性，即保证系统处于平稳运行的状态[10]。其次，需要具有较为良好的人机交互功能，在监测系统发现问题时能够第一时间通知相应的工作人员，对损害或出现问题的装备进行维修和调换。最后，出于对成本的考虑及对追求经济最大化的设想，需要对整体监测系统进行模块化设计，具体如下。

2.1 应用信息层

物联网的应用较为广泛，涉及到较多的工业应用领域，如能源领域、制造领域以及运输领域等。但是目前仍然存在着分类方法较多、项目较为复杂以及没有形成统一整体的问题。针对不同的应用信息用户，信息采集输入端会存在较大的差异。对于普通用户而言，信息输入端大部分为个人台式机电脑、笔记本电脑、个人手机等，但是对于大型的运行系统而言，通常是通过工业用户界面完成信息采集的工作。

2.2 数据传输层

物联网技术中的数据传输层主要是完成信息采集之后的传输与处理。通过设置相应的信息接入端口与信息传输网络保证信息传输与处理运行的稳定性。通常与接入端口相连接的是具有感知功能的设备，将外界信息收纳汇总，通过相应的传输渠道将数据通过网络进行传输。信息传输网络包括移动网等，通过信息传输网络可以整理由信息接入端口得到的信息，并将信息传入互联网，通过设计相应的结构达到数据传输的效果。在进行数据传输时，通常需要选择对应的传输函数，通常选取Sigmoid函数，具体变换为：

则输出值可以表示为：

式中，x，y为传输数据值，xm，ym表示函数传输是数据中间值。

2.3 感知处理层

通常，对于物联网系统而言，感知处理层主要完成两个功能，分别是信息感应与短途传输。如图2所示。信息感应可以通过设立传感器来完成，采集相应的外界数据。通过采集控制，将各个末端设备与网端关卡相互连接。相似的，短途传输功能主要是通过网络关卡或者某控制平台来实现，通过短距离的传输将采集到的信息数据运输并存储于接收器上，为下一步分析做准备。

图2 基于物联网技术电源系统检测系统工作原理

通过选取合适的信息采集设备和处理设备对整个信息网络进行信息采集与控制，通过网络关卡对末端信息设备发送指示信号，进行下一步的运作。感知处理层对于整个物联网系统而言是较为基础，同时也是至关重要的一个组成部分。

对于智能电源监测系统而言，其目的是保证电网的顺利进行。如果发生故障需要及时提醒监测人员进行问题检测与维修。本文所建立的智能电网监测系统基于物联网技术，保证工作人员对智能电网进行全天候监测。对于监测系统的总体构架而言，主要分为数据采集、数据信息传输以及监测系统等方面。其中，数据采集主要通过采集传感器对电网中的电压和电流等进行采集并传输；数据传输以GPRS模块为传输载体，结合无线网和路由器等数据传输工具传输采集的实时数据及电网的运行情况，将信息传输到监控端；监测系统主要分为现场诊断和远程监控诊断两方面，具体结构如图3所示。

图3 智能电源监测系统总体构架示意图

对于故障诊断而言，需要采用小波函数对波形进行分析，将分析后的结果与实际理论结果进行比较，通过误差大小评选所选择的小波函数的优劣性，常用的小波函数有以下几种。

哈尔小波函数为：

莫利特小波函数为：

波和多贝西小波函数为：

式中，X=1,2,…,2X，h(·)为低频脉冲系数。

改进莫利特小波函数为：

式中，w＞0。

3 基于智能物联网技术对电源监测系统研究

通过上述分析建立了基于物联网技术电源检测系统的分析模型，下面分析研究上述建立的模型计算精确程度及得出的记过结果。通过设立相应的物联网结构模型，根据物联网设计原则可以建立相应的电源监测模型。初始化参数并且选择合适的传递函数分析研究实验模型。因大型工业设备操作较为不便，并且对于数据采集工作而言困难较大，因此选择多功能校准电源进行输出检测，监测出多组电压值与实际电压值进行对比分析。实际电压值与监测电压值对比如图4所示。

图4 实际电压值与监测电压值对比图

通过图4可以看出，在所有选择的电压测量点中，实际电压值与监测电压值的吻合程度较为良好，误差较小，符合实际的工程应用操作。因此，基于物联网技术所建立的智能电源监测系统工作状况良好，监测数据较为准确，对于实际供电电源监测工作有着一定的推动作用。

4 结 论

本文基于物联网技术建立智能电源监测系统，通过初试参数的设定、传递函数的选择以及对智能电源系统的分析与讨论可以得出，基于物联网技术所建立的智能电源监测系统工作效果较为良好，监测值与实际值差距较小，符合实际工程应用要求，在未来的电力电源监测系统中有着推广价值。