关键词：变电设备；物联网；智能监测传感网络；一体化智能监测装置；
一、变电设备物联网一体化智能监测装置
1．基本结构。变电设备物联网一体化智能监测装置是构成变电设备智能监测传感网络的核心部件。由传感器、监测主lED和电源模块组成，其中，BPLC是指电力线宽带通信；SF是利用新一代开关器件结合交叉分组技术实现的一种交叉开关网络，系统中多个点到点的通信链路被组织在一起，最终能够实现所有芯片或模块间的任意互连和并发传输，使得系统带宽成倍地增加。
2.设计原则与功能要求。（1）智能传感器。变电设备智能监测传感网络采用的传感器分为普通传感器和智能传感器2类。智能传感器应具有一定的智能化能力，包括数据的初步变换和数据通信的能力。其设计原则与功能要求包括：1)智能传感器具有双向数据通信的能力，可通过数据传输或接收指令实现各项功能；2)智能传感器内置微处理器，具有初步的诊断能力与数据的处理及分析功能：3)智能传感器具备可靠的供电模块，并具有相应的电源管理能力；4)智能传感器设计应尽量考虑满足集成化与小型化的要求。智能传感器主要由传感单元、智能处理模块、通信模块、存储器及电源模块组成。通用异步收发传输器(UART)是用于控制计算机与串行设备的芯片，作为接口的一部分，UART还具备以下功能：将由计算机内部传送过来的并行数据转换为输出的串行数据流。将计算机外部来的串行数据转换为字节，供计算机内部使用并行数据的器件使用；联合测试工作组(JTAG)是一种国际标准测试协议。串行外设接VI(SPI)总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。12C总线是由PHILIPS公司开发的两线式串行总线，用于连接微控制器及其外围设备，是微电子通信控制领域广泛采用的一种总线标准，它是同步通信的一种特殊形式，具有接口线少、控制方式简单、器件封装形式小、通信速率较高等优点。
（2）监测主IED。监测主IED作为一体化智能监测装置的重要组成部分，主要负责接收和发送数据／控制信息，并对变电设备状态信息进行综合处理与诊断。
二、基于云平台的变电设备物联网一体化智能监测装置
1.云平台中心体系架构。对当前变电设备监测装置不具备分布式计算与故障初步诊断功能的问题，同时为了更好地实现监测传感网络对变电设备状态信息的智能处理，提出了一种基于云平台的变电设备物联网一体化智能监测装置设计方案，由于变电设备物联网一体化智能监测装置以数据整理存储及设备故障初步诊断为主，基础设备共享为辅，因此在层次划分上对传统的云平台中心体系架构进行了改进。（1）基础设施云。基础设施云包括基础的硬件以及相关的软件。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆硬件主要包括大规模的主IED群、海量的存储系统以及相关的通信系统；软件包括基本的操作系统、虚拟化管理软件、分布式数据库、分布式文件系统、分布式管理软件、任务处理和调配系统、设备故障初步诊断系统以及云模型开发和测试工具等。（2）数据管理云。传感网络中主要包含有2类数据：一类是各类变电设备的实测数据，另一类是各类变电设备的故障初步诊断方法。由于实测数据和故障诊断方法相关信息是分布式储存于整个传感网络中，因此，需要准确地知道各个主lED中存储的数据相互之间的联系，这是数据管理云需要完成的主要任务。（3）存储和计算任务分配云。当传感器采集到数据并实时传输到主lED时，鉴于实测数据量存储量大，需要将采集到的数据存储于整个传感网络中，因此有必要实现分布式存储。而对设备进行初步故障诊断时，需要根据大量数据与相应算法进行分布式计算，此时需要实现计算任务的合理分配。（4）故障诊断云。变电设备物联网一体化智能监测装置需要在传感网络中对各设备进行故障的初步诊断，该层是以数据管理云为基础，采用分布式计算的方法实现的。故障诊断云主要完成以下任务：针对某一设备某一故障类型选择合适的诊断方法，选择和调配该方法所需的数据，分配计算任务，判断诊断结果并给出所应采取的相关措施。
2.关键技术。鉴于变电设备物联网一体化智能监测装置自身特点与云计算的通用技术特点，基于云平台的变电设备物联网一体化智能监测装置需要解决以下几项关键技术。（1）统一数据标准。变电设备物联网由于设备种类与设备监测参量繁多，传感器数量更多，因此采集到的数据海量且包含不同的类型。鉴于此，需要制定统一的数据标准，便于在传感网络中存储和调用。采用数据元的方式来解决该问题，一个数据元包含数据来源、数据大小、数据类型、数据内部关系等信息，采用分布式存储技术将该数据元存储于传感网络中。（2）数据存储和调用。变电设备物联网一体化智能监测装置需要对各类变电设备的大量状态参量进行采集，若不对这些数据进行有效管理，必将导致数据的冗余、丢失，会直接影响故障诊断的速度和结果。除了常用的一些优化分布式数据库的方法外，还可以采用其他策略来对数据进行有效管理。如，对某一变电设备进行故障初步诊断时，只需要知道主lED中存储的某一小部分数据，因此，在进行故障初步诊断前，即在故障初步诊断的准备时期，可以将存储于分布式数据库中的有用数据读取出来备用，这样在接到数据传输命令后，可以有效地减少数据读取时间以及后期任务执行过程中的等待时间，提高计算效率。同时由于数据是分布式存储在传感网络中，因此在进行故障初步诊断时，需要数据管理云对数据进行调配，实现数据的协同作用。（3）任务分配技术与分布式计算。传感网络在对各类变电设备进行故障初步诊断时，需要进行大量的计算，为了提高效率，传感网络应采取动态分配和预分配相结合的方式。在进行任务分配前，需要了解各个主lED的工作状态，包括其存储的占用量、计算模块的占用量等，采用智能算法将任务分配到各个主lED上，让主lED开始进行计算，并时刻检测每个主lED对所分配任务的执行进度，实时进行任务动态调配。同时，采用容错机制和任务再分配机制以实现分布式计算的功能。如，若某一个或多个主lED失效时，能将任务转移到其他主lED上继续进行执行，实现分布式计算和存储的功能。（4）故障诊断与预警技术。故障诊断与预警技术主要包括：对某一设备某一故障类型的诊断方法的选择，该方法所需数据的选择和调配，计算任务的分配，诊断结果的判断以及所应采取的相关措施等。故障诊断能实现设备故障的提前预警，同时可以及时将可能存在故障的设备监测数据上传给中心站，在中心站进一步确认后采取相关措施，有效避免电力事故的发生。
总之，设计了一种变电设备智能监测传感网络，该监测传感网络具有以下功能特点：通信方式灵活、可靠，分布自治与传感器自适应接入，监测数据共享，监测主IED互为备用等。
参考文献：
[1]张彤，变电设备物联网一体化智能监测装置分析.2017.
[2]李阳，浅谈变电设备物联网一体化智能监测装置.2018.
论文作者:邢玉侠
论文发表刊物:《中国电业》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/11
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