传感器融合的智能电力系统设计与应用

传感器融合的智能电力系统设计与应用

1王丽芳 2夏世超 3范春华

1安庆横江集团有限责任公司宿松县电力工程分公司 -安徽宿松 -246500 2国网安徽省电力有限公司宿松县供电公司 -安徽宿松 -246500 3国网安徽省电力有限公司宿松县供电公司

-安徽宿松-246500

摘要：电力作为现代社会最基础的能源之一在各个行业中发挥着极为重要的作用电力系统开关站智能无人值守系统是用于变电所、配电房、环网柜等需要对运行环境和用电信息进行实时监控的高科技采集调控装置。调控系统的建立可有效降低变电站故障概率，提高变电站运行的可靠性、稳定性，并可实时排出变电站内有毒、有害气体与窒息性气体，保障进入的工作人员的安全，同时，针对现场环境实时监测情况，智能调控装置亦能通过相应的智能联网平台及时有效通知相关人员，实现远端调控。本文就传感器融合的智能电力系统设计与应用展开探讨。

关键词：多传感器融合；采集处理；数据传输

引言

随着智能电网的不断发展，变电站的智能化管理也提出了新的要求。变电站要实现无人值守，变电站的各种数据和视频必须实时准确的传送到监控中心，一旦遇到突发事件能及时高效的处理。因此智能电力监控系统为电网的智能化提供了有力的保障。

1多传感器融合技术运用于电力系统的原因

从最基本的层次上来讲多传感器融合技术能运用于电力系统有以下原因：（1）电力系统运行方式的不确定性采集信息的多样性、随机性、复杂性和关联的层次性。如在电气设备的监测中需监测的量就有上十种而且很多特征量之间是有相关性的。而系统越大则运行方式变化越多其不确定性越大再加上采集信息手段受各种因素的影响从而造成了信号的随机性和不确定性。（2）电力系统某些概念的模糊性。如电气设备的状态从概念上讲就有很大的模糊性故障的发生分瞬变故障和缓变故障在缓变故障中从设备正常到故障征兆再到故障灾害是一个较慢的过程这就表明了电气设备的好与坏有很大的模糊性其间许多电气设备的状态量的变化是连续的。

2智能电力监控系统的总体架构设计

本文提出的智能电力监控系统主要包括感知层、处理层和应用层。感知层中主要包括了图像传感器、温湿度传感器、气体传感器和烟雾传感器。图像传感器主要部署在变电站的周围、出入口和电力设备机房等关键地方，用来实时的监控和存储变电站的现场情况。温湿度传感器主要部署变电站的周围区域，实时的检测温度和湿度的信息。当温度过高时可能会出现设备的故障和火灾等险情，因此系统将会及时的报警并通知调度中心。当部分区域的湿度过高时可能是出现淹水等情况，也将把相关信息及时反映到监控系统。在电力设备的运行中会释放出特定的气体，如一氧化碳、甲烷和氢气等有毒和可燃气体。因此用气体传感器实时的检测这些数据为电力系统提供参考。烟雾传感器主要是检测变电站区域是否出现火焰，当出现烟雾的实时，系统及时报警并将信息反馈到电力管理中心，方便相关部分及时的处理险情，防止更加严重的事故发生。处理层主要包括传感器数据处理单片机和数据处理服务器。传感器数据处理单片机主要原始数据，并将原始数据转化为对应的实际应用值，最后将这些数据传输到数据处理服务器。数据处理服务器主要是保存和处理变电站中所有的数据信息，并将所有信息上传到区域服务中心。应用层主要是通过感知层获得的数据进行智能监控。

3系统功能设计与实现

（1）设备运行监测与处理方法。在柜内母线、电缆温度实时监测过程中，当温度过高时，传感器将采集的数据通过无线方式推送给智能监测终端，系统将接收到的温度数据分析后，启动告警流程，并推送至相关工作人员。开关站室内设备运行负载状态可基于设备电压电流表获取数据，运行负载可实时显示，并对数据进行存储，运行负载异常情况下，启动告警流程。（2）安防监测与处理方法。门禁监测子系统对站门进行实时监测，当门被打开时，系统接收开门信号，自动启动风机15min，并同时启动视频录像功能，对站门状态及进入人员进行视频图像信息存储，该信息可进行回放、查看等。该远程摄像系统由一个或多个网络摄像头组成，用于对站内情况进行实时监控，供远程的终端使用。视频监控子系统可针对室内有运动物体进行跟踪侦测、记录保存，同时对重点监视区域实现边缘化数据分析，回传差异视频或图片。

4智能电力监控系统的软件流程

系统的软件平台主要是是基于Struts2，Spring和Hibernate的J2EE框架，Web服务器是使用ApacheTomcat6.0，数据库系统是MySQL。系统的软件设计流程主要如下图所示。在采集数据之前，首先初始化，然后通过多种传感器实时的采集环境数据，并将数据发送给单片机进行处理获得实际应用值，再将实际的应用值发送到数据服务器，通过数据服务器来判断是否异常，如果异常则启动报警并通知电力系统中心，否则，继续监控，并显示在客户端。

5应用前景举例

通过以上分析可以看出：传统的信息处理方法在处理多相关信息不确定性和模糊性问题上有很大的局限性而多传感器融合技术正是在充分考虑以上传统方法的弊端的基础上提出的整套理论所以该信息融合技术在电力系统中的运用前景十分广阔例如可以应用到以下几方面：（1）电力调度中的应用。随着全国大电网的互连我国电网的调度模式将朝着统一调度、分级管理的模式发展。全国调度机构将大致分为五级：国家调度、大区域调度、区域调度、地区调度和配电调度。信息的复杂性和层次性问题将突现如何减轻调度人员的压力特别是达到准确调度信息处理显得非常重要信息融合技术的应用将能很好解决不同层次信息和大量信息的融合问题最终达到正确的决策。如通过信息融合技术对各种运行状态和故障状态进行自组织学习来优化智能调度和系统的运行模式识别。另外随着无人值班变电站的推广在对电网监测和调度的基础上调度自动化系统中增加了控制功能即有调度人员承担原来变电站工作人员进行的设备监测和控制工作。无人值班站的增多和通信手段的改善将使调度自动化系统接受的信息大量增加这样势必增加调度员的工作量和造成某些信息被忽视从而降低了电网的安全运行水平。在这个方面信息融合技术也将大有作为。如将变电站设备的状态监测信息融入到保护和调度系统中提高调度人员信息认识的层次从而提高保护和调度的智能化水平。（2）电网运行与控制。目前电力系统正向着高电压大电网的方向发展运行方式更加复杂这对继电保护运行水平和在系统故障时及时准确分析和处理提出了更高的要求而传统的控制手段一般是基于简单特征量的比较对故障的模式识别也是通过一些简单的数学判据来完成。这种传统的确定性办法解决复杂问题其弊端是明显的突出表现在对临界模糊状态的误判其根源就在于信息量的不够或使用不充分。如用过流保护的方法无法区分保护线路的末端和下一段线路始端母线的故障；又如两相短路故障和两相接地故障的相位特征完全一样还需附加鉴别有无零序电流来区分；单相接地和两相接地的传统判据也有重叠区域需增加新的信息才能保证正确判断。

结语

智能电力监控系统是推进我国电力系统智能化、集成化和信息化的必然趋势。而智能传感器在变电站信息监测中把相关的环境信息实时的收集并上传到服务器，大大的提高管理效率，减少人力和财力成本，是今后智能电力监控系统的重要技术手段。

参考文献

[1]魏勇军，黎炼，张弛，等.电力系统自动化运行状态监控云平台研究[J].现代电子技术，2019，40（15）：153⁃158.

[2]张为民，马杰.生产设备实时数据远程监测研究与实现[J].计算机应用与软件，2019，35（9）：126⁃131.

[3]曹源文，刘春生，李升连，等.振动压实动态实时传输及监控技术研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2020，39（6）：136⁃142.

[4]杨永辉，刘昌平，黄磊.图像和视频分析在电力设备监控系统中的应用[J].计算机应用，2020，30（z1）：281⁃284.