物联网技术下的配电线路在线监测系统应用

物联网技术下的配电线路在线监测系统应用

王志文 郑建军

国网山东省电力公司安丘市供电公司 山东省安丘市 262100

摘要：物联网技术作为互联网技术的重要延伸始终在远程监测和全天候监测中有着非常重要的应用。因此通过将物联网技术配置在智能电网中就能够更加高效的进行配电线路在线监测工作。

关键词：物联网技术；配电线路；在线监测；应用

1物联网的特点

物联网是利用网络，使物体实现智能化的一种管理检测系统模式。物联网模式应用在配电线路中，可以更好的检测线路出现故障及问题，以便于及时的排出故障。由于智能化是未来科技发展的重要方向，智能电网也是在不断发展过程中。因此，要掌握物联网核心技术的基础上，科学的运用在实际生活和工作中，使物与物以及人与物进行信息联通。物联网具有以下特点：(1)物联网具有感知性的特点，可以收集物体信息。(2)物联网具有互通性的特点，物联网可以对接入网络的物品进行信息的查询和共享。(3)物联网具有智能化的特点，这也是其最主要的特点，物联网可以利用智能计算机技术，对物品的信息数据进行分析和处理，这极大的节省了人力成本，提升了其自动控制能力，有效提高智能化决策水平。

2基于物联网技术的配电线路在线监测系统总体设计

2.1系统功能设计

（1） 配电线路非电量及微气象的在线监测。该传感器用于在线采集和传输配电线路的塔倾斜角、温度、湿度、光强等相关参数，计算不同光强监测区域内太阳能光伏电池板的平均功率，从而保证系统监控节点的安全稳定。（2） 配电线路监测数据传输分析。利用传感器对配电线路运行状态检测量进行周期性采集。对配电线路状态数据进行实时传输、存取、下载、统计和分析，及时掌握配电线路运行状态和预警信息，确保配电线路的合理规划。（3） 配电线路监测系统终端节点的功率估计。根据传感器芯片功率、监测周期和传感器连续工作时间，估算配电线路监测终端节点功率，得到有效照明时间，估算电池容量，确定电池更换时间，保证终端节点运行的安全稳定。

2.2通信方式

考虑到配电线路结构复杂、支路多、传输距离远、地理跨度大，可采用GPRS无线通信方式，并可设置GPRS通信模块单元usr-gm3，实现串口设备与网络服务器之间的数据双向传输。通过Lora的超长距离无线传输技术，实现监控区域节点之间、协调节点之间的数据传输和监控中心之间的远程数据传输。

2.3系统总体架构设计

系统的监控点与网关节点之间采用基于物联网的配电线路在线监测Lora系统。主要应用于STM32处理器、射频收发器、rs45模块接口、以太网接口等设备，实现摄像机电源的开关管理和通信箱的无线接入交换机管理。采用星网或多跳网的方式对配电线路现场状态和设备运行状态进行远程监控。系统数据中心和数据终端单元的设备，如日历时钟模块、PC机及其电源、LCD显示设备等，均采用GPRS无线通信，用于查询命令的设置，响应监控终端的请求，并将监控设备的状态信息传回数据中心。在配电线路杆塔上设置系统终端节点，通过周期性唤醒预置指令实现不同传感器之间的连接，实现数据的实时采集、同声传译和发送。其中：路由器节点主要负责网络中的数据路由和扩大网络通信距离。协调节点将各子节点发送的数据传输到GPRS通信模块，然后将配电线路的运行状态数据上传到网络服务器的IP上，以满足用户即时接入和数据读取的需要。

2 基于物联网技术的配电线路在线监测系统硬件设计与应用

2.1 系统硬件模块选型

系统电源为各部分供电，传感器和终端节点经由I2C接口相连，终端节点进行监测区域内各待检测量数据的实时采集，由I2C串口进行数据传输，并由单片机进行数据处理和分析，由网络上传至协调器节点、GPRS通信模块和网络服务器IP。具体硬件模块选型包括有：1）倾角传感器MPU6050。实时在线采集配电线路杆塔倾斜数据，通过内部集成处理的方式，将输出量转化为数字量，利用内置的可编程低通滤波器，排除数据采集时的干扰。2）温湿度传感器DHT11。实时在线采集配电线路的温度、湿度数据信息，经由传感器内置的单片机进行处理，将模拟量数据转化为数字化信号，获悉配电线路运行环境下的温度和湿度参数信息。3）光照强度传感器GY-30。GY-30传感器内置16bit AD转换器，进行采集数据的数模转换和数字化信号输出，具有极强的抗干扰性能。同时，该部分还具有极强的分光特性，测定精度较高。4）稳压器AMS1117-3.3。利用该装置为系统相关模块提供能源，输出电压为3.3V，工作温度为-40℃-125℃，为系统提供电压幅值相对稳定的直流电压源。5)GPRS通信模块USR-GM3。该模块通过GPRS网络的AT指令设置方式，进行串口设备与网络服务器之间数据的双向传输，并支持低功耗模式，在低功耗模式下串口设备仅输出数据而不能接收数据。

2.2 终端节点硬件设计与应用

系统终端节点采用周期性睡眠和唤醒的工作模式。当执行数据处理时，终端节点唤醒并在全功率模式下操作。当没有数据处理规范时，将终端节点置于低功耗（睡眠）模式，以降低终端节点的能耗，延长电池供电时间。

2.3协调节点的硬件设计与应用

考虑到路由器节点和协调节点之间数据传输量大，可以选择全功能设备对配电线路进行在线监测。路由器节点负责拓宽无线网络的通信范围，通过电源模块转换电源，然后通过输出电路供电。协调节点由CC2530模块、GPRS通信模块、电源模块等部分组成，负责接收和上传配电线路的监控数据。CC2530协调节点将接收到的数据传输到GPRS通信模块usr-gm3进行数据上传、访问和下载，电源模块保证数据的处理和传输。

3  物联网技术在输变电线路在线监测系统的发展趋势

(1)建立系统的输电设备智能监测模型，并加强状态信息模型的研究。(2)全球已经进入信息化时代，大数据受到越来越多人的重视，配电线路在线监测系统对数据分析、处理及交互方面的需求不断提高，因此要研究一体化智能监测系统，使其具有自治协同能力。(3)配电线路在线监测系统建设的基础是全站设备状态信息通信技术，未来将在物联网在线监测通信和信息集成技术方面加大投入，并统一有线/无线通信接口。(4)互联网技术的发展促进了在线监测系统硬件的发展，目前电力传感器主要是光纤传感，因此未来需要加大对电力专用传感器的研究。(5)在输电识别状态监测中，需要依据系统要求加强监测设备的监测可靠性。(6)随着可视化系统的发展，应引进三维立体全景全息可视化系统等技术，使监测系统的工作可视化。(7)建设大数据系统并实现信息互通，应引进“云”技术，对基于物联网技术的配电线路在线监测系统的模板进行优化，云技术的应用可以极大提升监测系统的全周期管理效率。

结论

随着世界的技术发展，对于电力运输应用都在逐渐采取最新的物联网技术。在物联网技术的基础上对配电线路进行在线监测，能够随时随地检测出配电线路出现的细微问题，在最大程度上减少不必要的损失。因此应用物联网技术的配电线路在线监测系统是国家发展改革，世界进步的必要趋势。

参考文献：

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