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摘要：近些年，人们的生活水平不断提高，电力需求不断提高，电力行业是关系到国计民生的重要能源行业，保证电力输配电系统的安全稳定运行具有重要意义。结合电力输配电系统监控及运行需求，基于物联网技术，建立了分层电力输电、配电、用电系统的监测、巡检、安防、互动服务等系统的应用体系，提出电力物联网安全防护体系架构及解决方案，并建立了示范工程进行系统验证。
关键词：物联网；智能电网；电力系统；输电；配电；监控系统
引言
近年来，随着用电设备的增多，电气火灾发生起数也不断上升，据统计已占总火灾数量的30%以上了。因此，安全用电变得越来越重要，除了要提高人们安全用电意识外，借助物联网、云计算、移动终端等信息技术，来解决用电安全问题变得越来越重要和紧迫。
1智能计量系统的功能和应用
着大数据、“互联网+”等信息技术的高速发展，以高新技术为依托的智能计量系统对经济社会产生了深远影响，并由此引发了量值传递和溯源方式上新的变革。智能计量其应用的意义主要是：进行测量资源的准确配置和有效管理，实现测量设备和检测终端数字化、智能化和互联互通，完整、必要、准确和高效地采集各种重要数据，专业、智能、集成和协同地利用数据、采取行动，完成测量和质量控制的策划、配置和规范，融合制造企业的设计、计划、制造、质量四大过程及其系统，建立高度准确和国际互认的国家测量标准和测量技术。
2安全用电智能计量设备研发与应用
2.1智能计量设备硬件总体设计
智能计量设备硬件总体设计主要分为三部分，
2.1.1主控单元部分，主要包括计量模块、电源模块、存储芯片、RTC时钟、LCD显示、RS232串口模块等部分，此部分设计采用了集成计量和MCU控制的ADE7169F16计量芯片，ADE7169是SOC单芯片，集成了51核单片机，电源管理（ADC电池电压测量），硬件RTC（温补），计量精度高，可测量电流、电压有效值、有功功率、无功功率、电网频率、有功电能量等实时电参数。
2.1.2受控单元部分，受控单元部分根据应用场景的需要，可选择普通开关或固态开关。（1）普通开关或断路器（空气开关）的通断：依靠活动二个金属触点的接触或不接触来实现通断，所以，它们是一种机械装置或机电装置，带负载断开会有电弧产生，分断时间也需要30~50ms，但由于其低成本特性，目前还是主流选择。（2）固态开关的开关：通过改变半导体的导电性，可以连接和断开负载。半导体被加工成晶体管（半导体管）。它是通过半导体内部载流子的运动来实现的。不生成弧。断开时间可以达到一个微妙的水平，比传统的开关快数十万倍。这样，当短路引起的故障电流未达到短路电流的峰值时，可以迅速切断电路，大大降低短路时释放的能量。同时，也减少了短路产生的有害电火花。流过电阻的电流产生的热量为Q=I2rt。图1显示了电流的平方与短路故障前后的时间之间的关系。图中曲线的面积对应于短路时释放的能量。结果表明，普通开关和固态开关释放的能量是短路开关释放能量的4000倍以上。另外，受控单元的主控程序设计也是非常重要的，主程序应增加欠压、超压、过电流保护功能，避免因不能及时切断电源而引起电气火灾的问题发生。对所有的电器设备而言，都有一个额定电压，额定电流，但在实际使用中，不能完全保证在额定电压下工作。为了保护电器设备和用电安全，如果低于－15%这个电压，就是“欠压”，当工作电压下降到这个电压以下，保护动作，切断电源。相反，如果高于+15%这个电压，就是“过压”，保护也动作切断电源。过流保护则针对线路可进行过流保护启动值设置，超过启动值电流则进行保护动作，切断电源。过流保护还应考虑过流保护启动值的整定。为保证正常情况下过流保护不启动，过流保护启动值必须大于该线路的最大负荷电流ILmax；同时还必须考虑在外部故障切除后系统电压恢复期间，负荷（如：电动机）的自启动电流（该电流一般大于正常电流）作用下，过流保护能够正确返回，其返回电流应大于负荷自启动电流。一般考虑后一种情况，所以有I=（K•Kast/Kr）ILmax，式中，K为可靠系数，一般取1.15～1.25；Kast为自启动系数，一般大于1；Kr—受控单元的返回系数，一般取0.85～0.95。Kr越小，过流保护的启动值就越大，其灵敏性就越差，这就是为什么要求受控单元应具有较高的返回系数的原因。
2.1.3串口通信模块部分，要想通过智能计量设备内置或与云端后台管理系统中的命令和算法进行远程控制和数据采集监测，则需要实现智能计量设备与云端后台管理系统间的实时通信功能设计。本产品可选用的通信模块有WIFI模块、GPRS模块、4G模块、LoRa模块、NB-IOT模块等。通信组网模块需要根据设备安装地区的环境特点进行选择，以确保组网的经济性和实用性。
2.2面向“互联网+”计量的智能计量系统物联网的应用构架
基于物联网的智能计量系统，属于一个综合化的网络体系，其本身具有技术性、规模性、管理性、广泛性等诸多特点，其架构之中包含智能计量感知层、智能计量的网络传输层以及智能计量应用智能层。对于感知层，主要是利用传感器网络来实现节点感知、传感器网络以及超高频射频识别的协同工作，这样就可以形成能够进行管理的感知网，最终全面地感知并获取计量系统的前端信息。网络传输层中，在传输信息时，主要是实现光纤专网、电话拨号网、无线通信网以及电力线载波通信网等网络的融合，通过网关之中的协议转换，多种网就可以满足数据的无缝传输要求。应用智能层中，包含应用基础设施／中间件和物联网应用。
3电力物联网关键技术
3.1激光测距传感器
激光测距传感器用于测量输配电线路周边树木等危险物是否处于输配电线路的安全距离范围内，同时也可用于线路弧垂等辅助测量，如图2所示。
3.2用电信息采集系统
用电信息采集系统的采集对象包括专线用户、各类大中小型专用变压器用户、各类380/220V供电的工商业用户和居民用户、公用配电变压器考核计量点。用电信息采集系统主要功能包括数据采集、数据管理、自动抄表管理、费控管理、有序用电管理、异常用电分析、线/变损分析、安全防护等，为智能用电双向互动服务提供数据支持。系统分为主站层、通信信道层、采集设备层。用电信息采集系统架构具体如图3所示。
结语
本文中电力物联网相关核心技术的研究与示范系统建设将电力通信网网络不断向电网生产现场及用户延伸，对于构建覆盖电网生产、经营、管理、服务的各类节点的泛在感知网络具有重要的指导和示范价值。一方面，泛在感知的电力物联网实现了更多节点的覆盖，能够全面提升电网生产、电网服务、电网管理的全面感知、数据采集及服务互动能力；另一方面，电力物联网的建设及大量用于物联网采集的传感器、终端、系统的研制为数据采集提供了便捷的手段，极大降低了电力物联网感知各类数据的成本，为智能电网大数据采集与大数据规模开发和应用奠定了技术、装置和网络基础。随着电力物联网规模的不断发展和采集数据规模的累积和增加，后续工作将进一步开发和研究基于电力物联网采集数据的跨专业融合、深度共享与精准用户服务技术，能够为电网的生产、经营、管理提供更科学、高效、智能的辅助决策支撑。
参考文献
[1]兰巨龙,王鹏,申涓,等.大规模接入汇聚网络的抵近式缓存技术研究[J].物联网学报,2017,1(1):50-54.
[2]林进鹏，苏少琳.高校学生公寓安全用电智能控制与管理系统研究[J].广州大学学报（自然版），2016，15（6）：73-78.
论文作者:刘力勇
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第03期
论文发表时间:2019/6/17
标签：智能论文; 电流论文; 电力论文; 系统论文; 电网论文; 电压论文; 模块论文; 《当代电力文化》2019年第03期论文;