國網(wǎng)江蘇省電力公司蘇州供電分公司 朱 瓊 劉 冬 戴文彬 周彬倩 王玉瑩

1 直流系統(tǒng)在線監(jiān)測技術(shù)概述及本系統(tǒng)的優(yōu)勢

1.1 直流系統(tǒng)及其特點

直流系統(tǒng)是指在電力傳輸和分配過程中，電流保持單向流動的電氣系統(tǒng)。由于直流電壓和電流不隨時間變化，具有穩(wěn)定性較高的特點。近年來，隨著可再生能源、電動汽車等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，直流系統(tǒng)逐漸受到廣泛關(guān)注并得到了廣泛應(yīng)用。直流系統(tǒng)特點詳見表1。

表1 直流系統(tǒng)特點

1.2 直流系統(tǒng)故障檢測與診斷技術(shù)

直流系統(tǒng)作為一種電力傳輸方式，在實際應(yīng)用中也面臨著故障檢測和診斷的問題。為了保障直流系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，必須及時發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行診斷。

傳統(tǒng)的直流系統(tǒng)故障檢測方法主要是通過監(jiān)測電壓、電流等基本參數(shù)，并對故障進(jìn)行判斷。這種方法的局限性在于對系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)要求較高，需要對傳感器進(jìn)行高精度校準(zhǔn)，并且受到電磁干擾等外部因素的影響較大，容易導(dǎo)致誤判。

該方法也無法有效地檢測到一些隱蔽性故障。隨著智能檢測技術(shù)的發(fā)展，基于智能算法的直流系統(tǒng)故障檢測方法研究力度進(jìn)一步提高。其中就包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一項成熟又簡便的技術(shù)，可以使軟件與硬件相結(jié)合，采用模塊化技術(shù)、云技術(shù)等方便了系統(tǒng)的組裝與維護(hù)[1]。

1.3 直流系統(tǒng)在線監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀

隨著直流系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，對直流系統(tǒng)在線監(jiān)測技術(shù)的需求也越來越高。直流系統(tǒng)在線監(jiān)測技術(shù)是指通過對直流系統(tǒng)的實時監(jiān)測，獲取各種參數(shù)數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，實現(xiàn)對直流系統(tǒng)狀態(tài)的實時掌控和故障的快速診斷的技術(shù)。目前，直流系統(tǒng)在線監(jiān)測技術(shù)主要包括基于硬件的在線監(jiān)測和基于軟件的在線監(jiān)測兩種類型。

基于硬件的在線監(jiān)測技術(shù)是指通過直接安裝監(jiān)測設(shè)備在直流系統(tǒng)中，實時采集系統(tǒng)各個部分的參數(shù)數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析，從而實現(xiàn)對直流系統(tǒng)的實時監(jiān)測和故障檢測。目前，基于硬件的在線監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，例如直流電源在線監(jiān)測技術(shù)、直流配電系統(tǒng)在線監(jiān)測技術(shù)、直流輸電系統(tǒng)在線監(jiān)測技術(shù)等[2]。

基于軟件的在線監(jiān)測技術(shù)是指通過軟件系統(tǒng)實現(xiàn)對直流系統(tǒng)的實時監(jiān)測和故障檢測。該技術(shù)可以通過在直流系統(tǒng)中安裝傳感器，采集各種參數(shù)數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_，實現(xiàn)對直流系統(tǒng)狀態(tài)的實時掌控和分析，同時還可以通過人工智能等技術(shù)進(jìn)行故障診斷和預(yù)測分析。目前，基于軟件的在線監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)在直流配電系統(tǒng)、電動汽車充電樁等領(lǐng)域得到應(yīng)用。

1.4 本文所設(shè)計的新型直流系統(tǒng)在線監(jiān)測裝置的優(yōu)勢

1.4.1 提高直流系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性

直流系統(tǒng)在運(yùn)行過程中可能會出現(xiàn)各種故障。例如，電壓過高或過低、電流過載等，如果不能及時發(fā)現(xiàn)并處理，可能會對系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響甚至危害系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。而新型直流系統(tǒng)在線監(jiān)測裝置可以實時監(jiān)測直流系統(tǒng)的各種參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行診斷，從而提高了直流系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。

1.4.2 降低系統(tǒng)維護(hù)成本

傳統(tǒng)的直流系統(tǒng)維護(hù)需要人工巡檢和維護(hù)，工作量大、費(fèi)用高、效率低。新型直流系統(tǒng)在線監(jiān)測裝置可以實現(xiàn)對直流系統(tǒng)的實時監(jiān)測，降低了人工維護(hù)成本，提高了維護(hù)效率。

1.4.3 推動直流系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展

新型直流系統(tǒng)在線監(jiān)測裝置采用先進(jìn)的技術(shù)手段，可以實現(xiàn)對直流系統(tǒng)狀態(tài)的實時掌控和故障的快速診斷，具有較高的智能化和自動化水平。該裝置的研究和應(yīng)用可以促進(jìn)直流系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，提高直流系統(tǒng)的智能化水平和可靠性。

1.4.4 推動新能源發(fā)展

直流系統(tǒng)是新能源開發(fā)的重要領(lǐng)域，新型直流系統(tǒng)在線監(jiān)測裝置可以實現(xiàn)對直流輸電、電動汽車充電等領(lǐng)域的實時監(jiān)測，為新能源的開發(fā)和應(yīng)用提供了重要的技術(shù)支撐。

2 新型直流系統(tǒng)在線監(jiān)測裝置設(shè)計

2.1 設(shè)計思路及原理

本文所設(shè)計的新型直流系統(tǒng)在線監(jiān)測裝置主要基于物聯(lián)網(wǎng)和云計算技術(shù)，利用先進(jìn)的傳感器和通訊技術(shù)實現(xiàn)對直流系統(tǒng)狀態(tài)的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)的采集，并通過云平臺對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和管理。該裝置由監(jiān)測單元和數(shù)據(jù)通訊處理單元兩個部分組成。

監(jiān)測單元包括直流電源模塊、電壓模塊、電流模塊、溫度模塊等，通過傳感器實現(xiàn)對直流系統(tǒng)狀態(tài)的實時監(jiān)測，將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)通訊處理單元。

數(shù)據(jù)通訊處理單元負(fù)責(zé)對監(jiān)測單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和管理，包括通訊模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、存儲模塊等。通訊模塊通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對監(jiān)測單元傳輸數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，數(shù)據(jù)處理模塊對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和診斷，將處理結(jié)果反饋至用戶。

存儲模塊負(fù)責(zé)將處理后的數(shù)據(jù)存儲到云平臺上，方便用戶隨時隨地查看和管理。該裝置可以實現(xiàn)對直流系統(tǒng)狀態(tài)的實時掌控和故障的快速診斷，提高了直流系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性，同時降低了系統(tǒng)維護(hù)成本，為直流系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展和新能源的開發(fā)提供了重要的支撐。

2.2 監(jiān)測單元設(shè)計

直流電源模塊主要用于監(jiān)測直流系統(tǒng)的電源電壓和電流，其設(shè)計原理基于負(fù)載特性曲線和直流電源的最大功率點跟蹤技術(shù)，以確保直流電源輸出電壓和電流的穩(wěn)定性。電壓模塊和電流模塊主要用于監(jiān)測直流系統(tǒng)的電壓和電流，其設(shè)計原理基于磁滯效應(yīng)和霍爾效應(yīng)，以實現(xiàn)對電壓和電流的實時測量。溫度模塊主要用于監(jiān)測直流系統(tǒng)的溫度，其設(shè)計原理基于熱敏電阻和熱電偶技術(shù)，以實現(xiàn)對溫度的實時測量。各模塊均應(yīng)采用市面上高品質(zhì)的傳感器零件來監(jiān)測。

2.3 通訊與數(shù)據(jù)處理部分設(shè)計

該主要負(fù)責(zé)實現(xiàn)監(jiān)測單元和數(shù)據(jù)通訊處理單元之間的數(shù)據(jù)傳輸和處理。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

通訊部分采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對監(jiān)測單元傳輸數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，包括通訊模塊和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。通訊模塊采用Zigbee 無線通訊模塊，實現(xiàn)監(jiān)測單元和數(shù)據(jù)通訊處理單元之間的無線數(shù)據(jù)傳輸，同時采用TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。

具體來說，監(jiān)測單元中的傳感器采集到電壓、電流、溫度等參數(shù)后，將這些數(shù)據(jù)通過Zigbee 無線通訊模塊發(fā)送至數(shù)據(jù)通訊處理單元。數(shù)據(jù)通訊處理單元中的Zigbee 無線通訊模塊接收到這些數(shù)據(jù)后，通過TCP/IP 協(xié)議實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可靠傳輸。TCP/IP 協(xié)議是一種常用的網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，能夠保證數(shù)據(jù)的可靠性、完整性和順序性。

在實際應(yīng)用中，Zigbee 無線通訊模塊和TCP/IP 協(xié)議可以實現(xiàn)監(jiān)測單元和數(shù)據(jù)通訊處理單元之間的無線數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理，具有傳輸速度快、數(shù)據(jù)可靠性高、安全性強(qiáng)等優(yōu)點。同時，采用Zigbee 無線通訊模塊和TCP/IP 協(xié)議可以有效解決傳統(tǒng)有線通訊方式的布線難題，提高設(shè)備的可移動性和安裝的靈活性，符合現(xiàn)代化智能化設(shè)備的需求[3]。

數(shù)據(jù)處理部分主要負(fù)責(zé)對監(jiān)測單元傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和管理，包括數(shù)據(jù)處理模塊、存儲模塊和用戶界面。數(shù)據(jù)處理模塊采用Python編程語言進(jìn)行開發(fā)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的實時處理、分析和診斷，并將處理結(jié)果反饋至用戶。存儲模塊采用云平臺技術(shù)實現(xiàn)對處理后的數(shù)據(jù)的存儲和管理，方便用戶隨時隨地查看和管理數(shù)據(jù)。用戶界面則通過Web 頁面實現(xiàn)，提供直觀、簡潔的用戶操作界面。

數(shù)據(jù)處理代碼編寫為：

3 結(jié)語

本文主要介紹了新型直流系統(tǒng)在線監(jiān)測裝置的設(shè)計，包括直流系統(tǒng)故障檢測與診斷技術(shù)綜述、直流系統(tǒng)在線監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀、新型直流系統(tǒng)在線監(jiān)測裝置的研究意義、設(shè)計思路及原理、系統(tǒng)框架設(shè)計、監(jiān)測單元設(shè)計以及通訊與數(shù)據(jù)處理部分設(shè)計。本文設(shè)計了一種基于傳感器的在線監(jiān)測裝置，可以實現(xiàn)對直流系統(tǒng)狀態(tài)的實時監(jiān)測和診斷，提高直流系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運(yùn)行效率。利用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)及云處理的強(qiáng)大能夠快速地診斷故障，提高直流系統(tǒng)的可靠性和安全性。