基于OneNET的需求侧用电信息监测系统_尹春杰.pdf

年第期 基于 的需求侧用电信息监测系统尹春杰，王光旭，赵钦，宋其征（山东建筑大学 信息与电气工程学院，济南 ；潍坊职业学院 机电工程学院）基金项目：山东省自然科学基金重点项目多变换器模块串并联智能化微电网系统关键控制技术研究（）。摘要：针对传统电力监测系统服务器维护成本高、功能不完善等问题，通过 微处理器采集各设备的数据，远程监测采用 通信协议以及无线模块将数据发送至云服务器实现数据的传输与存储，最终基于中移动的 平台设计一套用户侧用电信息监测系统。该系统可以对用电信息、负载运行等进行有效监测，便于用户更加直观地观察用电状态，制定更加合理的用电规划，提高经济效益。实验结果表明，该系统运行稳定可靠，满足国家关于电力监测电压、电流测量精度级以内的指标要求。关键词：平台；协议；电力监测；中图分类号：文献标识码：，（，；，）：，：；引言随着智能终端用户数量以及对应需求的增加，电力需求侧管理面临严峻的挑战。面对种类繁多、数据量大的各类电力数据，传统的存储与采集系统已经无法满足当前需求，需求侧管理是通过采取经济、政治、技术措施来鼓励用户改变用电方式以实现节能目的。加强需求侧管理，有效发挥电力需求侧管理在保障电力供应、提高电能利用效率、经济运行监测分析等方面的积极作用，为全社会的节能减排和能效管理工作做出贡献。采用物联网技术可以有效满足需求侧设备与数据的管理需求，建立需求侧用电信息高效服务平台，对多样化且大数据量的数据进行智能化的监测，用户可根据用电特性来提前安排负载方案，提高终端用电效率，降低用能成本，提高经济效益，充分发挥平台数据分析作用。参考文献 实现了现场监测，但远程监测功能并未实现；参考文献 提出的物联网监测系统实现了远程监测功能，但只是基于局域网的远程监测；参考文献 实现了广域网的监测，但需要定期维护服务器、支付服务器租金，维护成本较高；参考文献 设计的电力远程监测系统能显示实时数值，但不能观察整个系统的运行情况，对用户制定用电规划帮助不大。本文设计了一种基于中移动物联网平台的需求侧用电信息监测系统，该系统可实时监测电力需求侧各监测设备，可以在中移动物联网平台查看设备的运行状态和各类电力数据，并且可以下发命令来控制设备。敬请登录网站在线投稿（）年第期 系统总体设计及功能通过该系统查看基本电力参数和电能质量等信息，可以帮助用户合理安排负载方案，均衡用电，提高电能利用效率，减少电费支出。该系统各相电流、电压、功率检测精度达到电力监测指标的级标准。该系统主要分为部分：数据采集终端、平台、监控主站。数据采集终端主要负责用电信息的采集，通过物联网接入模块上传至 平台。平台负责接收监测终端传输的数据，并且为监控主站数据展示提供数据源。监控主站负责将数据进行存储、分析、统计，将数据以文字或者图表方式呈现并且生成相应报表。监控主站采用（浏览器服务器）架构，维护方便，分布性强，扩展方便，无需安装任何软件即可进行操作，用户可以通过浏览器来随时随地查看用电信息并进行操作。系统总体结构图如图所示。图系统总体结构图 检测方法原理本文采用交流采样技术和快速傅里叶变换（）来对电流、电压以及有功功率（）、无功功率（）等参数进行检测与计算。我国市电频率为 ，采用 点等间隔采样。以电压信号为例，对经过转换电路之后的数列（）进行快速傅里叶变换得到基波电压的有效值，同理可得基波电流有效值。（）（）（）（）（），式中，为基波电压有效值。为基波电压，为谐波分量。（）（）、分别为 相电压有功功率与 相电压无功功率，为电压电流相位差。、相计算方式同 相。（）（）式中，、分别为三相总有功功率与三相总无功功率。需量是指规定的时间间隔内功率的平均值，最大需量为规定的周期内需量的最大值。其计算公式为：（）（）式中，为平均功率，为结算周期，（）为瞬时功率，周期为 ，滑差时间间隔为 。测控装置设计 硬件设计监测终端硬件结构图如图所 示。主 控 芯 片 选 择 ，工作频率为 ，具有体积小、性能高、功耗低、实用性强等特点，适用于多种场合。人机交互界面采用点阵式 显示屏，具有个 状态指示灯和种功能按键操作方式。通过电压、电流互感器实时检 测路 电 压、路 电 流 信 息，经 过 放 大 电 路 后，用 进行循环采样处理。电压采集范围为 ，电流采集范围为，配备 与 通信接口，实现用户设备远程通信功能 。图电力监测终端硬件结构图电压、电流采样电路设计实际中的待测三相电压为 左右，选用 互感器获取电压信号，选用 的电阻将输入电流限定在，转换为与一次电路电气隔离的小信号，经过 对信号放大处理后输入到 模拟输入接口，经内部 转换器完成模拟信号到数字信号的转换。同理，以 电流互感器来获取电流信号。相电压、电流采样变换电路如图和图所示，同理可得到 相、相电流与电压信号。年第期 图电压采样电路图电流采样电路 通信电路设计终端设备与上位机之间通信采用 通信方式，将多个监测设备通过 控制器连接到 上，形成有效支持分布式控制的串行通信网络。总线由于具有较高实时处理能力和高可靠性，已经广泛应用于汽车制造、工业控制、智能机器人等领域。软件设计监测终端基于 对 进行编程，编译无误后烧录到芯片中。电力监测终端程序流程如图所示。首先完成各模块的初始化，对设备设定值进行校验，然后通过采样对信号进行处理。配置 测试工具完成对无线模块的初始化。若成功连接网络，则向 平台发送数据包，否则将重新初始化无线模块。图主程序流程图 平台本系统采用 平台，通过平台将监测终端、网络、云平台进行连接来搭建监测系统。其设计主要利用通过 和 直连的终端对其所接收到的信息按照已设计好的协议进行分析存储，然后再通过 提交给应用层使用。基于 系统设计的监测系统能够对特定装置的电力参数进行远程监测。平台连接连接 平台步骤如下：登录中移动物联网平台进入多协议接入界面。在 协议下新建一个产品并在其下新建设备。在设备中添加多个自定义名称的数据流用来区分传输的信息种类。给数据流添加采样命令与采集周期，终端与平台连接成功后，会以设定好的周期发送命令到终端来获取数据。给系统添加触发器，对设备的数据流进行关联，添加触发条件，当大于某一数值或者多长时间未接收到数据时，平台会通过邮箱发送告警信息。设备与 连接成功之后，将通过序列号接入监控主站，在监控主站创建实时数据显示、历史数据查询、报表下载等模块，完成监控主站的创建。协议由于监测终端采集的数据种类繁多且数据量大，因此采用 通信协议传输数据，最终采用 的方式采集数据。监测系统中采用 协议，通过无线模块将数据传输至云服务器，在云服务器可实现配置下发采集命令和采集周期、将数据推送给应用等功能。云服务器根据采集到的数据可对各个监测终端实时信息量以及不同时段的发电量进行分析处理。本文使用的 无线模块是 模块，该模块内置丰富的网络协议，普通的 卡就可连接，通过 测试工具进行远程配置后与 连接，采用 协议将数据发送至云平台，被广泛应用于电力监控、环境监测等领域。实验结果将电力监测终端安装在潍坊某公司，该公司变电站为 变电站，建有 分布式光伏并网发电示范试验站。实验参数结果显示设备运行时，可以看到各项电力参数数值和曲线图。各项监测的电力参数如表、表所列，数据变化曲线如图所示。实验结果精确度分析对样机进行电压信号、电流信号测量精度测试。经过多次测量，各电压、电流误差均小于，满足电力监测精度级指标要求。敬请登录网站在线投稿（）年第期 表实时用电信息（部分）参数（）（）（）（）相电压 相电流 有功功率 无功功率 功率因数 表电能累计数值参数总尖峰平谷正向有功（）反向有功（）正向无功（）反向无功（）图数据变化曲线图 结语本文提出一种基于 平台的用户侧用电信息监测系统，并在潍坊某公司实验成功，长期运行结果表明，该系统成本低、运行安全、可靠并且能够快速获取电站参数。通过分析数据可以制定更加合理的用电规划，降低成本，提高经济效益，将在电力监测领域发挥越来越重要的作用。参考文献吴海江，陈锦荣配电网电力负荷需求侧响应模型构建电网与清洁能源，（）：王婷婷，田传波，谢迎新以用户为中心的电力需求侧管理平台设计与实现 电网与清洁能源，（）：王彩霞，时智勇，梁志峰，等 新能源为主体电力系统的需求侧资源利用关键技术及展望 电力系统自动化，（）：罗成志，王文斌，沈勇，等基于阿里云的新能源汽车空调状况监测 系 统 设 计单 片 机 与 嵌 入 式 系 统 应 用，（）：邓怀俊，邓杰基于 云平台的物联网监控系统单片机与嵌入式系统应用，（）：袁红勇 关于智能电力监测仪分析 电子世界，（）：公茂法，公鑫，张敏，等 基于 平台的电力负荷监测系统的研究 电测与仪表，（）：，李一然，田立军，吴勇，等基于双窗全相位 双谱线插值的谐波和间谐波分析算法 电力系统及其自动化学报，（）：王丹，钱玉良 和 的地下电缆在线监测系统设计单片机与嵌入式系统应用，（）：吕顺凯 交流电气化支线铁路最大需量控制技术 中国铁路，（）：高春燕，高春瑞基于 的环境参数监测系统单片机与嵌入式系统应用，（）：，陆承佳基于 与 的物联网应用技术研究 单片机与嵌入式系统应用，（）：童世华，柳盼 电力监控系统移动终端软件的设计与实现实验技术与管理，（）：林志谋 基于 和 通信技术的环境监测系统单片机与嵌入式系统应用，（）：田朝辉，黄钉劲，王凯健，等 基于 协议的混合能源电站远程监测系统电子测量技术，（）：尹春杰（副教授）、王光旭（硕士研究生），主要从事智能控制，电力电子与电力传动新技术研究及装备研制。通信作者：尹春杰，。（责任编辑：薛士然收稿日期：）意法半导体与 合作开发碳化硅衬底制造技术意法半导体（，简称）和世界先驱的创新半导体材料设计制造公司 宣布了下一阶段的碳化硅（）衬底合作计划，由意法半导体在今后 个月内完成对 碳化硅衬底技术的产前认证测试。此次合作的目标是意法半导体采用 的 技术制造未来的寸碳化硅衬底，促进公司的碳化硅器件和模块制造业务，并在中期实现量产。碳化硅是一种颠覆性的化合物半导体材料，在电动汽车和工业制程领域重要的高增长功率应用中，碳化硅材料的固有性质令碳化硅器件的性能和能效优于硅基半导体。碳化硅可以实现更高效的电源转换、更紧凑的轻量化设计，并节省整体系统设计成本所有这些都是汽车和工业系统成功的关键参数和要素。从寸晶圆升级到寸晶圆，可以使制造集成电路的可用面积增加几乎一倍，每个晶圆上的有效出片量达到升级前的倍，因此大幅增加产能。