有鵬+朱晞旸+謝松巖+韓正一

摘 要 針對電網接入設備復雜多樣、局部用電環(huán)境惡劣等問題。各行各業(yè)對電網智能化發(fā)展的需求日益強烈。本文采用基于物聯(lián)網的電壓采集控制系統(tǒng)，通過先進的傳感測量技術、控制方法以及通信方式支持系統(tǒng)技術的應用。從而能夠方便、實時、高效的監(jiān)測電氣設備工作結果，采用變速積分的PID算法控制其供電參數(shù)達到最優(yōu)運行狀態(tài)。降低能源浪費，調高資源利用效率，保證設備的使用壽命。

關鍵詞 物聯(lián)網；智能電網；PID算法

中圖分類號 G2 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）184-0087-02

智能電網是綜合了信息技術、智能控制技術、自動化技術等的融合應用，并與傳統(tǒng)的電網傳輸、管理技術的深度配合，極大地提升了電網的智能化水平[ 1 ]。

1 物聯(lián)網

物聯(lián)網是通信網和互聯(lián)網末端的延伸。終端節(jié)點通過感知技術和智能設備對物理世界進行感知識別。通過網絡傳輸相互聯(lián)系，進行數(shù)據(jù)融合、智能處理、自動控制。實現(xiàn)人與物、物與物信息交互和無縫連接，達到對物理世界實時控制、精確管理和科學決策目的。

物聯(lián)網是互聯(lián)網與應用結合的必然結果，是人類生活、生產活動深入交流互動的產物。近些年，國際發(fā)達國家進一步將物聯(lián)網引入工業(yè)實體建設，包括德國的“工業(yè)4.0”戰(zhàn)略和美國的工業(yè)互聯(lián)網。中國在2015 年也提出了具有中國特色的“互聯(lián)網+”與“中國制造2025”，即“互聯(lián)網+各個傳統(tǒng)行業(yè)”，通過網絡與現(xiàn)代制造業(yè)深度融合，創(chuàng)造新的發(fā)展生態(tài)?！盎ヂ?lián)網+”的提出并非物聯(lián)網概念的沒落，恰恰相反，這種“傳統(tǒng)行業(yè)+網絡”結合的發(fā)展趨勢，是人類生產活動和交流向一體化、扁平化深入的必然需求，正反映了物聯(lián)網發(fā)展的必要性?！盎ヂ?lián)網+”的精髓在于通過深度認知與有機融合，在廣泛發(fā)現(xiàn)、認知的基礎上，用超出傳統(tǒng)的想象力、整合能力創(chuàng)造出新的產業(yè)形態(tài)，而這種創(chuàng)新的基礎正來自于物聯(lián)網大至星云、小至細胞的泛在“感知”能力。物聯(lián)網自身聯(lián)通一切的特點決定了它在智能電網的發(fā)展中同樣是適用的，而且有著切實的需求。

2 項目研究內容

智能電網是建立在高度集成、互聯(lián)互通通信網絡的基礎上，通過末端節(jié)點感知、處理、計算、控制和決策的應用[2-3]。

物聯(lián)網可以將物理世界中的感知對象聯(lián)系起來，通過無線或有線的通信方式快速傳輸采集數(shù)據(jù)和控制指令。因此物聯(lián)網技術可以和很多領域向結合，發(fā)揮其優(yōu)勢。智能電網要發(fā)揮其強大的資源優(yōu)化配置能力、更高的安全穩(wěn)定運行水平、高度智能化的電網調度，因此可以將物聯(lián)網技術因此智能電網中來。

1）根據(jù)嵌入式系統(tǒng)技術及電能監(jiān)測功能的要求，結合物聯(lián)網技術，確立本設計所采用的方案，由確定的方案建立系統(tǒng)模型。

2）以嵌入式微控制器為核心，控制電能檢測模塊采集用電參數(shù)，運行改進后的PID算法通過調壓模塊控制用電設備供電電壓。

3）智能手機與無線WiFi模塊建立通信接收用電參數(shù)并傳輸供電電壓控制指令。

3 系統(tǒng)設計

3.1 三相電能檢測

對電網中設備運行狀態(tài)的監(jiān)測需要先進的傳感和測量技術，運用專用的電能檢測模塊可以全面的采集用電設備的各項電能參數(shù)，如電壓、電流、有功功率、無功功率等數(shù)據(jù)，提供整套的電氣參數(shù)。

ATT7022作為數(shù)據(jù)采集的主要芯片，ATT7022適用于三相四線，是一個能夠測量電壓、電流、電壓電流相位角、功率因數(shù)的專用計量芯片。精度比較高、抗干擾能力比較強。ATT7022提供了一個SPI接口，通過SPI接口外部MCU和ATT7022之間可以傳輸校準參數(shù)信息。

3.2 三相全隔離一體化交流調壓電路

三相全隔離一體化交流調壓模塊可以調節(jié)三相輸出功率，通過改變負載的電壓。采用進口大規(guī)模集成電路設計，內部集成三相移相觸發(fā)電路、單向可控硅、RC阻容吸收回路及電源電路等于一體，可自動或手動調節(jié)以改變負載上的電壓，從而調節(jié)三相輸出功率。即在輸入控制作用下，產生三相可改變導通角的強觸發(fā)脈沖信號再去分別控制內部可控硅，實現(xiàn)三相負載電壓從0V到電網全電壓的無級可調。

3.2 無線通信

監(jiān)測的電能參數(shù)和控制電壓的指令采用無線的通信方式進行傳輸。每個監(jiān)測設備配備一個WiFi模塊建立無線接入點。需要查看該設備運行狀態(tài)時，只需要利用智能手機連上無線接入點就可以接收到監(jiān)測的電能參數(shù)。如果需要對設備供電電壓進行調整，可以在智能手機上輸入相關控制指令。

3.4 控制算法

對三相全隔離一體化交流調壓電路采用改進后的PID算法進行控制調壓。為了克服因為積分項引起的飽和作用，在數(shù)字PID算法中提出了許多有效的修正算法。變速積分法是設法改變積分項的累加速度，使其與偏差的大小相對應。偏差大時，積分累加速度慢，積分作用弱；反之，偏差小時，使積分累加速度加快，積分作用增強。

設置系數(shù)f[e（k）]，它是e（k）的函數(shù)，當|e（k）|增大時，f減小，反之則增大。每次采樣后，用f[e（k）]乘以e（k），再進行累加，即：

變速積分法大大抑制了積分飽和現(xiàn)象、減小了超調量。通過變速積分達到了系統(tǒng)穩(wěn)定的目的，修正了調節(jié)品質，適應能力強。

4 結論

本設計通過理論分析以及實驗結果測量分析，按照設計要求實現(xiàn)了專用電能芯片對多種電能參數(shù)數(shù)據(jù)的采集，并且可以將數(shù)據(jù)實時通過無線發(fā)送到智能系統(tǒng)，以及更有效的電壓調節(jié)。系統(tǒng)的設計響應快，并且通過實驗測量得出該系統(tǒng)處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。測量精準，抗干擾能力強，符合國家智能電網的需求。

參考文獻

[1]Akyildiz，伊恩F，等.關于傳感器網絡的調查[J].通訊雜志，IEEE40.8（2002）：102-114.

[2]方曦，等.智能電網的新的和改進電網[J].通信調查與教程，IEEE14.4（2012）：944-980.

[3]楊小妹，等.電力線監(jiān)控系統(tǒng)的安全性基于無線傳感器網絡的.世界自動化大會（WAC），2012.IEEE，2012.

[4]楊永明，等.基于WSN大型電氣設備在線監(jiān)測系統(tǒng)[C].工業(yè)電子與應用（ICIEA）.2010年第五屆IEEE會議.IEEE，2010.

[5]卡雅斯塔，Nipendra，等.智能電網的傳感器的數(shù)據(jù)采集.無線通訊和移動計算，2014：1055-1087.