張 林，葛 雋，黃榮輝，吳尊飛，徐 曙，羅智奕，關(guān)曉曼

(1. 深圳供電局有限公司 廣東 深圳 581000；2. 浙江國自機器人技術(shù)有限公司 浙江 杭州 310052；3. 國網(wǎng)浙江省電力公司溫州供電公司 浙江 溫州 325401)

基于多傳感信息融合的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

張 林1，葛 雋2，黃榮輝1，吳尊飛3，徐 曙1，羅智奕1，關(guān)曉曼2

(1. 深圳供電局有限公司 廣東 深圳 581000；2. 浙江國自機器人技術(shù)有限公司 浙江 杭州 310052；3. 國網(wǎng)浙江省電力公司溫州供電公司 浙江 溫州 325401)

隨著智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，變電站的智能化管理也提出了新的要求。變電站要實現(xiàn)無人值守，變電站的各種數(shù)據(jù)和視頻必須實時準確的傳送到監(jiān)控中心，一旦遇到突發(fā)事件能及時高效的處理。因此智能電力監(jiān)控系統(tǒng)為電網(wǎng)的智能化提供了有力的保障。本文設(shè)計了一種多傳感信息融合的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)，主要是用來實時的監(jiān)控變電站周圍的環(huán)境信息和電力設(shè)施，進一步推進電網(wǎng)的智能化，保證電力系統(tǒng)運行的安全性。系統(tǒng)中采用圖像傳感器、溫濕度傳感器、氣體傳感器和煙霧傳感器對變電站周圍及電力設(shè)施進行無人值守的24小時監(jiān)控，能實時的顯示變電站區(qū)域的情形，溫度和濕度信息，氣體的釋放信息和煙霧信息，該系統(tǒng)可以大大的提高變電站的管理效率，保障變電站的安全性。

智能電網(wǎng)；智能電力監(jiān)控系統(tǒng)；多傳感信息融合；無人值守

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，電力行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施基本上實現(xiàn)了全覆蓋，為保障我國經(jīng)濟發(fā)展做出了重要的貢獻。保障電力設(shè)施的安全穩(wěn)定的運行是電力部分的最重要的工作之一。我國國土面積龐大，電力設(shè)施分布范圍較廣，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的遠程監(jiān)控，統(tǒng)一管理和調(diào)度需要較大的人力和物力成本。在建設(shè)現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)中，變電站的智能化、集成化、信息化成為今后電力系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢[1][2]。

在電力系統(tǒng)中變電站監(jiān)控系統(tǒng)是電網(wǎng)調(diào)度的基本保障[3][4]。傳統(tǒng)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)主要是靠專業(yè)人員進行現(xiàn)場勘查，遇到了突發(fā)的緊急事故很難得到及時有效的處理。且電力系統(tǒng)分布較為分散，整個電力系統(tǒng)的運行、維護和管理耗費了大量的人力和財力[5]。

因此智能化的電力監(jiān)控系統(tǒng)在提高整個電網(wǎng)的智能高效的管理中起著重要的作用。通過變電站監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備的實時24小時無人監(jiān)控，及時準確的發(fā)現(xiàn)隱患問題，并將現(xiàn)場狀況實時的傳送到電力調(diào)度和電力有關(guān)部分進行實時的處理。智能的電力監(jiān)控系統(tǒng)不僅僅大大的提高整個系統(tǒng)的安全性何可靠性，同時也減輕工作人員的人力負擔，減少了管理成本[6][7][8]。

為提高變電站監(jiān)控系統(tǒng)的智能化，本文采用了多種傳感器實現(xiàn)對變電站的智能監(jiān)控和檢測。系統(tǒng)中主要采用圖像傳感器、溫濕度傳感器、氣體傳感器和煙霧傳感器實現(xiàn)對變電站的現(xiàn)場環(huán)境的實時監(jiān)控，溫度和濕度的實時監(jiān)控，有害氣體的實時監(jiān)控和煙霧火焰的實時監(jiān)控。

1 智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計

本文提出的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)主要包括感知層、處理層和應(yīng)用層，如圖1所示。感知層中主要包括了圖像傳感器、溫濕度傳感器、氣體傳感器和煙霧傳感器。圖像傳感器主要部署在變電站的周圍、出入口和電力設(shè)備機房等關(guān)鍵地方，用來實時的監(jiān)控和存儲變電站的現(xiàn)場情況。溫濕度傳感器主要部署變電站的周圍區(qū)域，實時的檢測溫度和濕度的信息。當溫度過高時可能會出現(xiàn)設(shè)備的故障和火災(zāi)等險情，因此系統(tǒng)將會及時的報警并通知調(diào)度中心。當部分區(qū)域的濕度過高時可能是出現(xiàn)淹水等情況，也將把相關(guān)信息及時反映到監(jiān)控系統(tǒng)。在電力設(shè)備的運行中會釋放出特定的氣體，如一氧化碳、甲烷和氫氣等有毒和可燃氣體。因此用氣體傳感器實時的檢測這些數(shù)據(jù)為電力系統(tǒng)提供參考。煙霧傳感器主要是檢測變電站區(qū)域是否出現(xiàn)火焰，當出現(xiàn)煙霧的實時，系統(tǒng)及時報警并將信息反饋到電力管理中心，方便相關(guān)部分及時的處理險情，防止更加嚴重的事故發(fā)生。處理層主要包括傳感器數(shù)據(jù)處理單片機和數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。傳感器數(shù)據(jù)處理單片機主要是用來實時的接收來自于不同傳感器實時監(jiān)測到的原始數(shù)據(jù)，并將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的實際應(yīng)用值，最后將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理服務(wù)器。數(shù)據(jù)處理服務(wù)器主要是保存和處理變電站中所有的數(shù)據(jù)信息，并將所有信息上傳到區(qū)域服務(wù)中心。應(yīng)用層主要是通過感知層獲得的數(shù)據(jù)進行智能監(jiān)控。

圖1 總體架構(gòu)設(shè)計

2 智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的硬件模塊

設(shè)計的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)主要包括感知層的傳感器，處理層的傳感器數(shù)據(jù)處理服務(wù)器和數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。

在實驗?zāi)M階段，我們采用了win7 的操作系統(tǒng)，Inter i7-6700 CPU，16G RAM和2T的硬盤作為數(shù)據(jù)處理服務(wù)器。傳感器處理單片機選擇了高性能、低成本和低功耗的STM32單片機。內(nèi)核為Cortex-M3 CPU，最高工作頻率為72MHz，集成了512KB的Flash存儲器和64KB的SRAM存儲器。

圖像處理傳感器采用了AHCA4-78TR-LM型號的監(jiān)控攝像頭，該攝像頭最高可以實現(xiàn)16路的720P的高清拍攝，具有IP67防水外殼和大功率隱藏紅外燈，并支持IR-CUT日夜轉(zhuǎn)換模式。

溫濕度傳感器采用含有校準的數(shù)字信號輸出的DHT11溫濕度傳感器模塊，其包含一個電阻式感濕原件和一個測溫元件，具有較高的可靠性和穩(wěn)定性。濕度測量范圍為20%-95%，溫度測量范圍為0-50度，工作電壓為3.3-5V。

氣體傳感器采用了MQ-2傳感器，其由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感層和測量電路等組成?？梢蕴綔y液化氣、甲烷、乙烷、丙烷、酒精和氫氣等氣體。其具有探測范圍廣、靈敏度較高、穩(wěn)定性好和壽命較長等特點。

煙霧傳感器采用了光電式煙霧傳感器，其通過檢測煙霧的濃度來實現(xiàn)煙霧的檢測。其內(nèi)外電離室有放射源镅241，在電場的作用下正負離子由正向負極移動，從而形成穩(wěn)定的電流和電壓。當有煙霧擴散到電離室后打亂了電離子的正常運動，從而改變了電流和電壓值，從未觸發(fā)了報警信號。其穩(wěn)定性較高，性能優(yōu)于氣敏電阻類的煙霧傳感器。

3 智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的軟件流程

系統(tǒng)的軟件平臺主要是是基于Struts2，Spring和Hibernate的J2EE框架，Web服務(wù)器是使用Apache Tomcat 6.0，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是MySQL。系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程主要如下圖所示。在采集數(shù)據(jù)之前，首先初始化，然后通過多種傳感器實時的采集環(huán)境數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機進行處理獲得實際應(yīng)用值，再將實際的應(yīng)用值發(fā)送到數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過數(shù)據(jù)服務(wù)器來判斷是否異常，如果異常則啟動報警并通知電力系統(tǒng)中心，否則，繼續(xù)監(jiān)控，并顯示在客戶端，軟件流程如圖2所示。

圖2 軟件流程圖

4 結(jié)論

智能電力監(jiān)控系統(tǒng)是推進我國電力系統(tǒng)智能化、集成化和信息化的必然趨勢。而智能傳感器在變電站信息監(jiān)測中把相關(guān)的環(huán)境信息實時的收集并上傳到服務(wù)器，大大的提高管理效率，減少人力和財力成本，是今后智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的重要技術(shù)手段。除了在變電環(huán)節(jié)，其在發(fā)電和輸電環(huán)節(jié)也具有較大的應(yīng)用前景，將為智能電網(wǎng)運行提供大量的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，提高電力設(shè)施的多角度監(jiān)控與管理，顛覆傳統(tǒng)的電力管理系統(tǒng)。本文主要采用幾種傳感器設(shè)計了智能電力監(jiān)控系統(tǒng)，提供了一種智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的雛，具有一定的借鑒意義。

[1] 余貽鑫, 劉艷麗. 智能電網(wǎng)的挑戰(zhàn)性問題[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2015(2): 1-5.

[2] 余貽鑫, 秦超. 智能電網(wǎng)基本理念闡釋[J]. 中國科學:信息科學, 2014, 44(6): 694-701.

[3] 周銘駿. 變電站自動化綜合智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].電子科技大學, 2014.

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[5] 彭玉柱. 基于Internet的電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 哈爾濱工業(yè)大學, 2013.

[6] Mark T.Hoske, 袁源. 電力監(jiān)測和管理[J]. 軟件, 2007(1): 18-22.

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Design of Intelligence Power Monitoring System based on Multi-sensor Information Fusing

ZHANG Lin1, GE Jun2, HUANG Rong-hui1, WU Zun-fei3, XU Shu1, LUO Zhi-yi1, GUAN Xiao-man2
(1. Shenzhen Power Supply Bureau Co., Ltd, Shenzhen Guangdong 581000, China; 2. Zhejiang Guozi Robotics Co., Ltd, Hangzhou Zhejiang 310052, China; 3. Electric Power Company Power Supply Company in Wenzhou of Zhejiang province, Wenzhou Zhejiang 325401, China)

With the developing of intelligence power grid quickly, the intelligence management of substation has been proposed new requirements. The substation should come true unattended operation, all the date and videos should be transmitted to monitoring center in real-time. Some measures should be taken while the emergency happens. So the intelligence power monitoring system provides guarantee for smart grid. This design gives an intelligence power system of multi-sensor information fusing that boosts the smart grid and guarantees the safe operation of power system based on monitoring the surrounding information of substation and power equipment. The system adopts the image sensor, temperature and humidity sensor, gas sensor and smoke sensor to monitor the substation and power equipment. It can come true the unattended operation all day, and display the temperature, humidity, released gases and smoke information in real-time. The designed system can improve the management efficiency and guarantee the safe of substation.

Smart grid; Intelligence power monitoring system; Multi-sensor information fusing; Unattended operation

TM734

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2016.12.012

張林(1987-)，男，江蘇徐州人，碩士，工程師，從事輸變電領(lǐng)域技術(shù)研究與管理工作；葛雋(1984-)男，大學本科，工程師，從事機器人技術(shù)研究工作；黃榮輝（1976-）男，大學本科，高級工程師，從事輸變電設(shè)備管理與技術(shù)研究工作；吳尊飛(1981-)男，大專，工程師，從事輸變電設(shè)備管理與技術(shù)研究工作；徐曙(1985-)男，碩士，高級工程師，從事輸電設(shè)備技術(shù)研究工作；羅智奕(1981-)男，大學本科，高級工程師，從事電纜技術(shù)研究與管理工作；關(guān)曉曼(1981-)女，大學本科，高級工程師，從事機器人技術(shù)研究工作。

本文著錄格式：張林，葛雋，黃榮輝，等. 基于多傳感信息融合的智能電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 軟件，2016，37（12）：51-53