CN109547538A - 基于物联网技术的配电设备状态监测系统及实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于物联网技术的配电设备状态监测系统及实现方法。涉及电力设备在线监测技术领域，能同时促进智能电网、物联网与云计算的技术融合，便于用户快速开发和升级维护自己的配电设备。配电设备状态监测云平台依据物联网技术的三层架构体系进行设计，配电设备状态监测云平台包括现场感知层、网络通信层和应用服务层；配电设备状态监测云平台末端采用智能电表和传感器对配电设备的运行数据和环境数据进行实时采集，并通过公用GPRS无线网络实现数据传输；配电设备状态监测云平台的监测对象包括户外开闭所、箱式变压器、专用变压器、配电环网柜和配电终端柜，并可为配电设备提供在线运行监测、资产管理、大数据分析的高级功能。

Description

基于物联网技术的配电设备状态监测系统及实现方法
技术领域
本发明涉及电力设备在线监测技术领域，尤其是涉及基于物联网技术的配电设备状态监测系统及实现方法。
背景技术
面向智能电网应用的物联网，其主要特征是在电力生产、输送和消费的各环节中，广泛部署具有感知能力、计算能力和执行能力的智能设备，采用标准协议通过电力信息通信网络，实现信息的安全可靠传输、协同处理、统一服务及应用集成，从而实现从电力生产到消费全过程的全景全息感知、互联互通和无缝结合。智能电网与物联网的技术融合，有助于构建可靠稳定、经济高效、规范标准、友好互动的新一代电网，并提升电网各应用环节的智能化水平。云计算作为一个虚拟资源池，能为面向智能电网的物联网应用提供强大的、低成本的、动态伸缩的计算配电设备状态监测云平台，有助于实现海量数据的计算和挖掘，具备节能环保、高可靠性、高可用性和高安全性的特征。
从目前的调研情况来看，我国智能电网、物联网与云计算的技术融合案例具有两种特征。其一，面向智能电网的物联网应用场景，主要集中应用于电力系统发电、输电、变电和调度领域，在配电领域的应用仍然较少，尤其是直接针对配电设备运行监测的应用较为欠缺。其二，少数面向配电领域的运行监测配电设备状态监测云平台，主要集中部署于电力系统行业内部，而城市工、矿、民、企、事业的非电力系统主管单位的配电侧，鲜有建设配电设备的运行监测配电设备状态监测云平台，造成这类单位配电设备状态不可知、运营维护成本高、资源利用率低的问题，亟需通过对先进的技术手段进行融合与创新。
从目前的调研情况来看，Web服务已经成为了搭建面向服务架构SOA应用最为主流的手段，以SOAP协议编写的Web服务由于诞生时间长、用于成熟，在包括电力系统行业在内的众多领域广泛应用，例如：电力系统调控一体化配电设备状态监测云平台、电网企业运营管理配电设备状态监测云平台、智能用电信息服务配电设备状态监测云平台。然而，面向城市工、矿、民、企和事业非电力系统主管单位的配电设备，相较于电力系统其他环节，其设备功能简洁、结构简单、运行数据量较小，沿用传统架构方式存在体量笨重、业务逻辑繁杂、不利于快速开发和升级维护的不足。
发明内容
本发明是为了解决上述问题，提供一种基于物联网技术的配电设备状态监测系统及实现方法，该方法能同时促进智能电网、物联网与云计算的技术融合，便于用户快速开发和升级维护自己的配电设备，还便于用户获得自己的配电设备状态和对自己的配电设备运行状态进行监测、管理和分析。
以上技术问题是通过下列技术方案解决的：
基于物联网技术的配电设备状态监测系统，包括配电设备状态监测云平台，配电设备状态监测云平台依据物联网技术的三层架构体系进行设计，配电设备状态监测云平台包括现场感知层、网络通信层和应用服务层；配电设备状态监测云平台末端采用数据采集与监测模块对配电设备的运行数据和环境数据进行实时采集，并通过公用GPRS无线网络实现数据传输；Web应用采用Vue.js和ASP.NET Web API开发并按照RESTful Web服务架构设计后部署在云服务器上；所述配电设备状态监测云平台的监测对象包括户外开闭所、箱式变压器、专用变压器、配电环网柜和配电终端柜。让云服务器为配电设备提供在线运行监测、资产管理、大数据分析的高级功能。
本方案能同时促进智能电网、物联网与云计算的技术融合，便于用户快速开发和升级维护自己的配电设备，还便于用户获得自己的配电设备状态和对自己的配电设备运行状态进行监测、管理和分析。配电设备状态监测云平台的研发为配电设备状态监测提供了一种轻量级的架构方案主要面向城市工、矿、民、企业和事业的非电力系统主管单位所用配电设备提供服务。所述配电设备状态监测云平台支持不同移动终端的访问，用户只需接入互联网便可享用配电设备状态监测云平台中的各项功能，可有效提升配电网管理的精细化和智能化水平。
作为优选，一种适用于基于物联网技术的配电设备状态监测系统的实现方法，现场感知层包括通过预装设在配电设备中的数据采集与监测模块对配电设备的运行数据和环境数据进行感知获取，覆盖三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、电压频率、有功电能、无功电能和触点温度的关键数据；数据采集与监测模块包括智能电表、温湿度传感器和气体监测仪。
作为优选，网络通信层包括为实现配电设备位置定位而选用的GPS卫星定位、为实现现场感知层的数据采集而选用的本地通信；根据通信条件分别采用RS-485总线通信和低压电力线载波PLC通信，各项采集数据均通过采集器进行汇聚，为实现现场感知层的数据转发而选用的远程通信和根据通信需求采用公用GPRS无线网络通信。
作为优选，应用服务层包括租用公有云服务器，并部署支撑软件及应用软件，包括操作系统、数据库、内存、Web服务器和系统接口；配电设备状态监测云平台的高级应用模块采用基于Vue.js和ASP.NETWebAPI并遵循轻量级RESTful进行开发，Web服务架构实现配电设备状态监测云平台软件开发的前后端解耦；配电设备状态监测云平台为采集的运行数据和环境数据提供计算服务，实现数据采集管理、运行状态监视、电力GIS展示、技术分析、文档管理的配电设备状态监测云平台的高级应用。
作为优选，配电设备状态监测云平台的高级应用模块将配电设备状态监测云平台视为一个单页面富应用SPA，并通过开块源轻量级渐进式JavaScript框架Vue.js进行开发；Vue.js强调组件化开发、支持第三方插件系统、基于MVVM模式以解决传统MVC模式中的前后端耦合问题。
作为优选，配电设备状态监测云平台的高级应用模块，采用ASP.NET Web API编写配电设备状态监测云平台的后台服务；后台服务包括数据采集、数据查询、数据发布和日志管理；通过REST定义的数据接口对服务中的资源进行操作，实现配电设备状态监测云平台前后端开发的彻底分离。
作为优选，配电设备状态监测云平台的高级应用模块，采用轻量级RESTfulWeb服务实现面向服务架构SOA(Software Oriented Architecture)的Web应用；RESTful Web服务以面向资源架构ROA(Resource Oriented Architecture)为核心概念，通过HTTP应用协议定义的CRUD操作方法建立标准化的数据接口；该数据接口以独一无二的URI进行标识和调用，实现Web资源的增、删、查、改。
REST(REpresentational State Transfer)是表述性状态转移，是一种针对Web应用的设计方法，用于降低开发的耦合并提高配电设备状态监测云平台的可伸缩性。
作为优选，RESTful Web服务，通过URI建立标准化的数据接口，并与资源一一对应；所述资源是指一个或多个实体的概念性映射，任何寄宿于Web可供操作的事物均可视为资源；配电设备状态监测云平台资源能体现为经过持久化处理保存在数据库中某个表的一条数据，也能体现为Web应用收到请求之后采用预先设定的算法计算得到的结果。
作为优选，配电设备状态监测云平台为采集的运行数据和环境数据提供计算服务包括基于线损负荷特性曲线的配电网理论线损计算，其计算过程如下：
S1、简化配电网线路模型；
S2、进行潮流计算，读取负荷数据和线路信息；
S3、进行配电网线损计算，计算各线路的电能损耗和全网的电能损耗；
S4、绘制线损负荷特性曲线，建立负载率或线路首端关口电量与线损率的关系；
S5、分析线损负荷特性曲线。
本发明能够达到如下效果：
本发明能同时促进智能电网、物联网与云计算的技术融合，便于用户快速开发和升级维护自己的配电设备，还便于用户获得自己的配电设备状态和对自己的配电设备运行状态进行监测、管理和分析。
附图说明
图1是本发明的配电设备状态监测云平台整体方案示意图。
图2是本发明的配电设备状态监测云平台软硬件系统示意图。
图3是本发明的配电设备状态监测云平台软件架构示意图。
图4是本发明的配电设备状态监测云平台通信方案示意图。
图5是本发明的配电设备状态监测云平台RESTful面向资源架构示意图。
图6是本发明的配电设备状态监测云平台HTTP资源操作示意图。
图7是本发明的配电设备状态监测云平台服务调用流程示意图。
图8是本发明的配电设备状态监测云平台数据接口示意图。
图9为本发明实施例的流程示意图。
图10为本发明实施例10kV配电线路示意图。
图11为本发明实施例线路和变压器分别在高压计量后的损耗部分的计算原理示意图。
图12为本发明实施例10kV配电线路理论线损曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1，基于物联网技术的配电设备状态监测系统，参见图1-图8所示，包括配电设备状态监测云平台，配电设备状态监测云平台依据物联网技术的三层架构体系进行设计，配电设备状态监测云平台包括现场感知层、网络通信层和应用服务层；配电设备状态监测云平台末端采用数据采集与监测模块对配电设备的运行数据和环境数据进行实时采集，并通过公用GPRS无线网络实现数据传输；Web应用采用Vue.js和ASP.NET Web API开发并按照RESTful Web服务架构设计后部署在云服务器上；所述配电设备状态监测云平台的监测对象包括户外开闭所、箱式变压器、专用变压器、配电环网柜和配电终端柜。
让云服务器为配电设备提供在线运行监测、资产管理、大数据分析的高级功能。
一种适用于基于物联网技术的配电设备状态监测系统的实现方法：
现场感知层包括通过预装设在配电设备中的数据采集与监测模块对配电设备的运行数据和环境数据进行感知获取，覆盖三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、电压频率、有功电能、无功电能和触点温度的关键数据；数据采集与监测模块包括智能电表、温湿度传感器和气体监测仪。
网络通信层包括为实现配电设备位置定位而选用的CPS卫星定位、为实现现场感知层的数据采集而选用的本地通信；根据通信条件分别采用RS-485总线通信和低压电力线载波PLC通信，各项采集数据均通过采集器进行汇聚，为实现现场感知层的数据转发而选用的远程通信和根据通信需求采用公用GPRS无线网络通信。
应用服务层包括租用公有云服务器，并部署支撑软件及应用软件，包括操作系统、数据库、内存、Web服务器和系统接口；配电设备状态监测云平台的高级应用模块采用基于Vue.js和ASP.NETWebAPI并遵循轻量级REST ful进行开发，Web服务架构实现配电设备状态监测云平台软件开发的前后端解耦；配电设备状态监测云平台为采集的运行数据和环境数据提供计算服务，实现数据采集管理、运行状态监视、电力GIS展示、技术分析、文档管理的配电设备状态监测云平台的高级应用。
配电设备状态监测云平台的高级应用模块将配电设备状态监测云平台视为一个单页面富应用SPA，并通过开块源轻量级渐进式JavaScript框架Vue.js进行开发；Vue.js强调组件化开发、支持第三方插件系统、基于MVVM模式以解决传统MVC模式中的前后端耦合问题。
配电设备状态监测云平台的高级应用模块，采用ASP.NET Web API编写配电设备状态监测云平台的后台服务；后台服务包括数据采集、数据查询、数据发布和日志管理；通过REST定义的数据接口对服务中的资源进行操作，实现配电设备状态监测云平台前后端开发的彻底分离。
配电设备状态监测云平台的高级应用模块，采用轻量级RESTfulWeb服务实现面向服务架构SOA(Software Oriented Architecture)的Web应用；RESTful Web服务以面向资源架构ROA(Resource Oriented Architecture)为核心概念，通过HTTP应用协议定义的CRUD操作方法建立标准化的数据接口；该数据接口以独一无二的URI进行标识和调用，实现Web资源的增、删、查、改。
RESTful Web服务，通过URI建立标准化的数据接口，并与资源一一对应；所述资源是指一个或多个实体的概念性映射，任何寄宿于Web可供操作的事物均可视为资源；配电设备状态监测云平台资源能体现为经过持久化处理保存在数据库中某个表的一条数据，也能体现为Web应用收到请求之后采用预先设定的算法计算得到的结果。
配电设备状态监测云平台的研发为配电设备状态监测提供了一种轻量级的架构方案，主要面向城市工、矿、民、企业和事业的非电力系统主管单位所用配电设备提供服务。配电设备状态监测云平台支持不同移动终端的访问，用户只需接入互联网便可享用配电设备状态监测云平台中的各项功能，可有效提升配电网管理的精细化和智能化水平。
REST(REpresentational State Transfer)是表述性状态转移，是一种针对Web应用的设计方法，用于降低开发的耦合并提高配电设备状态监测云平台的可伸缩性。
配电设备状态监测云平台部署于云服务器，提供配电设备运行监测、资产管理、数据分析的功能。任何合法的管理员只需要接入互联网即可登录配电设备状态监测云平台，实现对配电设备的运行监测、资产管理和数据分析的功能。
在现场感知层中利用智能电表和传感器对配电设备的运行数据和环境数据进行感知和采集，在网络通信层中对感知和采集的数据进行转发，在应用服务层中对获取的数据进行存储和计算，并配套开发各项高级应用模块。现场感知层实现对配电设备运行数据和环境数据的采集，现场感知层所采用的数据采集与监测模块至少包括三相多功能电表、温湿度传感器、数据集中器、智能电表、载波多功能电表、气体检测传感器和GPS定位器。现场感知层所量测的数据至少包括设备各相电压、各相电流、各相功率因数、各相有功功率、各相无功功率、视在功率、三相总有功功率、总无功功率、总视在功率、总功率因数、频率、环境温度、湿度和气体浓度。现场感知层所计量的数据至少包括组合有功、正反向有功、组合无功、四象限无功电量、分时电量和谐波。现场感知层所检测和记录的事件至少包括各相失压、失流、断相、反向、过载、过流、过压、欠压、断流、逆向序、报警、电池电量和电池电压。现场感知层包括若干个监测区域，每个监测区域都包括数据集中器以及分别与数据集中器相连接的配电开关柜、配电环网柜和配电变压器。
网络通信层实现对采集数据的汇聚和传输，网络通信层所采用的设备至少包括GPRS无线通信、GPRS网关、GPS定位、VPN虚拟专用网络、RS-485电缆、低压电力电缆、以太网交换机和以太网宽带。网络通信层所采用的通信方案分为本地通信和远程通信，至少包括RS-485总线通信、低压电力线路载波PLC通信、GPRS公用无线网络通信、以太网通信。
应用服务层实现对获取数据的持久化，应用服务层所采用的设备至少包括阿里云服务器ECS和阿里云数据库RDS。应用服务层部署于云服务器，采用面向服务架构SOA(Software Oriented Architecture)进行设计和构建，Web应用配电设备状态监测云平台以服务或组件形式呈现并可被共享、复用和配置。面向服务架构SOA具有编码灵活、开发周期短、易于维护、良好伸缩、高可用性的特征。Web应用配电设备状态监测云平台可视为一个单页Web富应用SPA。富应用SPA是一种Web页面的渲染形式，客户端在访问Web应用时动态加载资源，并将所有操作设置在一个Web页面中。SPA应用不会伴随用户的操作对页面进行刷新或跳转，可提供流畅、友好的用户体验，有助于实现良好的配电设备状态监测云平台前后端解耦。在实现SOA架构Web应用的方式上，采用面向资源架构ROA(Resource OrientedArchitecture)模式的RESTfulWeb服务进行设计。REST(Representational StateTransfer)是表述性状态转移，是满足一系列约束的Web配电设备状态监测云平台架构风格。在RESTful架构模式中，Web应用通过标准化的数据接口进行资源交换和资源操作，可结合HTTP应用协议直接传输数据，具有简洁轻量、结构清晰和易于扩展的优势。配电设备状态监测平台部署在应用服务层。在应用服务层设有运行监测模块、资产管理模块、数据分析模块和用户管理模块。
Web应用配电设备状态监测云平台的各项数据均可抽象为资源，资源作为一项或多项实体的概念性映射，由一个或多个URI在网络中进行标识。例如：http：//www.api.com/id/05/temperature可用于标识配电设备状态监测云平台中某编号为05设备的环境温度资源一般具备新增、查看、修改和删除的四种操作，即CRUD操作。
Web应用配电设备状态监测云平台的资源通过一组标准化的CRUD方法承载，包括GET、POST、PUT、DELETE。区别于RPC(Remote Procedure Call)协议下的Web服务，在RESTful架构中资源直接通过HTTP应用协议进行数据传输，而非简单的通信协议。基于HTTP协议的消息交换，以请求-响应模式进行，一个HTTP请求-响应元素至少包括标头、方法、URI、版本、状态码、信息实体。
Web应用配电设备状态监测云平台的前端采用渐进式JavaScript框架Vue.js进行开发。Vue.js是依据视图-模型-模型视图(MVVM)模式编写的开源框架，可用于构建Web配电设备状态监测云平台中前端解决方案。基于webpack、丰富的插件系统、组件化开发、指令和虚拟DOM的功能，有效解决了传统模型-视图-控制器(MVC)模式存在的前后端系统耦合问题，可用于快速构建风格统一、界面美观、运维便捷的Web前端系统。
Web应用配电设备状态监测云平台的后端采用ASP.NET Web API进行开发；通过ASP.NET Web API编写数据接口服务、数据采集服务、数据处理服务、数据分析服务、权限管理服务、日志管理服务，实现Web应用配电设备状态监测云平台所有后端业务逻辑，并达到与前端系统彻底分离的目的。
Web应用配电设备状态监测云平台的高级应用模块包括运行监测模块、资产管理模块、用户管理模块、数据分析模块。
运行监测模块用于监测设备的通信状态、运行参数、环境参数、位置信息和告警记录，并调用地图组件实现设备实时在线全景状态监测。
资产管理模块用于记录所有设备的详细信息。该详细信息包括设备的出厂时间、生产厂商、设备类型传感器信息投运位置投运年限的管理员可进行新增、设备、查询设备信息、设备信息变更和资产导出的操作。
用户管理模块用于权限划分，识别配电设备状态监测云平台用户身份，开放不同的操作权限。合法身份包括一级管理员、二级管理员、开发人员和访客。
数据分析模块用于对配电设备状态监测云平台历史数据进行挖掘和分析，综合利用数据驱动方法和大数据分析，建立适合的数据挖掘模型和算法，实现配电设备薄弱环节识别、配变台区过载预警、客户用电行为画像、设备健康状况评价的高级应用场景，并通过数据可视化进行展示。
参见图1所示。配电设备状态监测云平台部署于云服务器，任何合法的管理员只需要接入互联网即可登录配电设备状态监测云平台，实现对配电设备的运行监测、资产管理和数据分析的功能。
参见图2所示。包括硬件系统和软件系统。硬件系统按照现场感知层、网络通信层、应用服务层划分，至少包括图中各项实体设备；软件系统按照开发环境、运行环境和高级应用划分；包括MySQL、ASP.NET Web API、运行监测平台、资产管理平台和用户管理平台。
参见图3所示。软件架构表达为五层：设备参数、后台数据中心、基础服务、高级应用软件和客户端；配电设备状态监测云平台采用SOA架构进行部署，采用RESTful Web服务进行设计，可建立非关系型数据库实现对大数据分析的支撑，并支持不同类别、不同尺寸、不同品牌的客户端访问。设备参数包括设备信息、运行信息、环境信息和GIS信息；设备信息包括生产日期、制造商、设备类型和运行记录；运行信息包括三相电压、三相电流和功率电度；环境信息包括温湿度和降雨量；GIS信息包括GPS坐标和图像视频。后台数据中心包括关系型数据库、非关系型数据库和SOA架构/RESTful数据接口/消息路由。基础服务器包括实时数据更新服务、历史数据查询服务、参数设定服务、访问控制服务和日志管理服务。高级应用软件包括状态监测、资产管理、运营管理、能量管理、状态检修、数据可视化、大数据分析和用户管理。客户端包括笔记本、平板电脑、智能手表、工作站。客户端通过互联网访问高级应用软件软件，高级应用软件通过ASP.NET Web API访问基础服务，基础服务通过HTTP方法访问后台数据中心，后台数据中心通过TCP/IP通信协议读取设备参数。
参见图4所示，通信方案包括本地通信和远程通信；在本地通信中，视不同台区、不同区域、不同设备通信条件不同，采用低压电力线载波通信和RS-485总线通信相结合的方案；在远程通信中，采用运行成本较低、可靠性较高、应用成熟的公用GPRS无线网络通信方案。
参见图5所示。采用RESTfulWeb服务构建面向服务架构SOA的电力物联网Web应用；RESTfulWeb服务以面向资源为核心，通过由URI指定的标准化数据接口对配电设备状态监测云平台资源进行操作，构建支持不同客户端访问的Web应用。
参见图6所示。将配电设备状态监测云平台各项数据抽象为资源，并通过URI进行标识，与此对应的，采用HTTP语义对资源进行操作；资源的CRUD操作可对应特定的一组HTTP方法POST、GET、PUT和DELETE。配电设备状态监测云平台采用简单的请求-响应模式消息交换实现资源交换，请求-响应格式按照HTTP消息体格式进行编写。
参见图7所示。采用ASP.NET Web API开发满足RESTful架构风格的服务。以运行监测模块为例，当客户端浏览器向Web云服务器发出一个HTTP请求时，服务器根据标准化接口搜索发布的Web API，并通过消息路由调用相应的HTTP方法实现对资源的操作；已发布的Web服务按照RESTful架构部署，根据数据逻辑关系调用各模块的服务，通过数据可视化框架呈现在Web页面中。服务器完成上述操作后，向客户端返回一个状态值，并携带资源的表现形式，于是通过浏览器的客户端便可实现配电设备的运行监测。
参见图8所示。采用RESTful架构风格的数据接口实现配电设备状态监测云平台前端系统和后台系统的分离；数据接口面向资源架构，以URI进行标识，通过前述一组特定的HTTP方法实现CRUD操作，各项数据资源以JSON格式进行封装和传输。
本发明中的ASP.NET Web API是一种框架，可用于轻松构建可访问多种客户端(包括浏览器和移动设备)的HTTP服务，尤其是构建基于RESTful应用程序尤为便捷。一般来说，采用RESTfulWeb服务架构的配电设备状态监测云平台，只需要一套后台代码，即可实现针对不同前端需求的应用，开发周期短、易于升级和拓展、复用性较高。GPRS无线网络简称GPRS网络。
本发明面向城市工、矿、民、企和事业的非电力系统主管单位配电设备提供服务。通常看来，这部分单位所用配电设备，虽然能够满足数据采集和统计功能，但受限于投资成本，未配套建设通信系统，未配套建设主站监控配电设备状态监测云平台，甚至缺乏专业的运维人员。在本发明应用场景下，配电设备状态监测云平台可作为配电设备生产与销售的增值服务，配套建设并交付用户使用。一方面，设备生产商可通过该配电设备状态监测云平台接入生产和投运的设备实现区域设备的全景状态监测，指导并改善生产效率和服务模式；另一方面，特定区域内的运营管理用户也可通过该配电设备状态监测云平台实现设备的运营维护和用能分析，实现双赢。
本发明通过采用面向资源架构(ROA)的RESTful Web服务构建面向服务架构SOA的Web应用配电设备状态监测云平台。在本发明架构方式下，配电设备状态监测云平台通过HTTP语义实现对资源的直接传输，避免了传统SOAP Web服务需要编写大量文档、配置Web描述服务、无法承载轻量级数据格式的缺陷，只需要建立标准化的数据接口即可实现对资源的所有操作，极大的简化了Web服务的设计。
本发明提供了一种简洁轻量的配电设备状态监测云平台开发方案，可实现配电设备状态监测云平台开发中前后端系统彻底分离。在本发明的开发模式下，剥离了配电设备状态监测云平台前端和配电设备状态监测云平台后台的耦合，并分别采用不同的技术手段进行开发，使得不同角色的开发人员更加专注于自己的业务模块，既提升了配电设备状态监测云平台的开发效率，又降低了配电设备状态监测云平台的运维难度。
本发明通过将物联网技术、云计算技术和智能电网技术进行融合，实现了配电设备的实时感知和状态监测，为配电设备的故障诊断、状态检修和大数据分析提供了基础，构成了一项典型的互联网+智能电网应用，提高了配电网运行的精细化和智能化管理水平。
实施例1能同时促进智能电网、物联网与云计算的技术融合，便于用户快速开发和升级维护自己的配电设备，还便于用户获得自己的配电设备状态和对自己的配电设备运行状态进行监测、管理和分析。
实施例2，参见图9-图12所示。配电设备状态监测云平台为采集的运行数据和环境数据提供计算服务包括基于线损负荷特性曲线的配电网理论线损计算，其计算过程如下：
S1、简化配电网线路模型。
S2、进行潮流计算，读取负荷数据和线路信息。
S3、进行配电网线损计算，计算各线路的电能损耗和全网的电能损耗。
S4、绘制线损负荷特性曲线，建立负载率或线路首端关口电量与线损率的关系。
S5、分析线损负荷特性曲线。
L1、简化配电网线路模型的过程如下：
(L1.1)每条线路以10kV为单位计算潮流，将线路首端的关口表当作平衡节点；
(L1.2)把配电网中的每台变压器都视为负荷，并假设各变压器的负载率都相同，P-Q节点在配电网中已知的是电表读数，但不同线路的负荷曲线各不相同，按电表读数的平均值来计算。
L2、潮流计算的具体过程如下：
(L2.1)获取负荷数据：以每个变压器的容量作为负荷计算有功功率，
以不同的容量百分比模拟实际投运量，
SLi＝S0i×L×k％，k＝0-100
其中，SLi表示实际投运容量，S0i表示变压器额定容量，L表示实际负荷，k表示值在0到100之间变化的负荷率，Pi表示有功功率，Qi表示无功功率，Si表示实在功率，表示电流和电压的夹角；
(L2.2)获取线路信息：包括获取各节点之间的线路长度信息、标称面积信息、排列方式信息和线距信息；
以不同的负荷数据依次计算潮流，并计算每种负荷数据情况下的平衡节点功率P0i和电量W0i。
L3、线损计算的具体过程如下：
(L3.1)计算各线路的电能损耗：
各线路的电能损耗由用户承担，不计入电力系统；
(L3.2)计算全网的电能损耗：
W0i为线路首端的关口电量，WLi为每台变压器所代表的电能损耗，WYHj为高压计量后线路和变压器的电能损耗。
L4、高压计量后线路和变压器的电能损耗的计算过程如下：
(L4.1)首先将电网各节点的负荷和发电出力的全月累计量作为潮流计算的负荷数据和发电数据，结合网络的拓扑结构，计算全月潮流；
(L4.2)根据潮流计算结果计算各支路损耗；其中，线路功率损耗：
ΔSij％＝Sij％+Sji％＝ΔPij+jΔQij
变压器支路功率损耗：
ΔSTij％＝STij％+STji％＝ΔPTij+jΔQTij
(L4.3)计算得出总电能损耗为：
ΔW＝ΔP*T
其中，分别是线路和变压器在高压计量后的损耗，此部分损耗由用户承担，不计入电力系统。
L5、绘制线损负荷特性曲线的过程如下：
(L5.1)通过修改变压器实际容量，使变压器负载率从0开始，每次递增1％；
(L5.2)使用Matlab循环计算100次后得到对应负载率0-100％的线损率或关口电度，即可得到线损率曲线，其中线损率曲线的x轴表示变压器负载率或表示平衡节点对应的有功功率或电度，线损率曲线的y轴表示线损率；
(L5.3)以此类推，每条线路作一条曲线，实际中根据线路首端关口电量即可查出在当前供电量下的线损率。
L6、分析线损负荷特性曲线的过程如下：
(L6.1)分析线损负荷特性曲线，由潮流法的功率平衡有：
其中：P0，PL，PDi分别是有功的平衡节点、有功的线路损耗和有功的负荷；Q0，QL，QDi分别是无功的平衡节点、无功的线路损耗和无功的负荷；
在线损计算中，我们主要考察有功部分，则线损率由下式计算求得：
(L6.2)当变压器负载率为0时，即则由上式可知P0＝PL，此时相当于在10kV母线上挂了个大小为PL的负荷，得线损率为100％；
(L6.3)随着变压器负载率的递增，线路的负荷不断增大，即上式中的不断减小，因此，线损率a不断减小；当供电量达到一定水平，且在铜损功率等于铁损功率时，线损率达到最小；
(L6.4)随着负载率的继续增大，线损表达式如下所示：
由线损表达式可知，线路电流会不断增大，线路损耗自然会随之升高，即线损率有所提高。
实施例2通过绘制线损负荷特性曲线，建立负载率与线损率的关系，通过线损负荷特性曲线即可知道配电网线路损耗的升降，可靠性好。
上面结合附图描述了本发明的实施方式，但实现时不受上述实施例限制，本领域普通技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变化或修改。

Claims (9)

1.基于物联网技术的配电设备状态监测系统，其特征在于，包括配电设备状态监测云平台，配电设备状态监测云平台依据物联网技术的三层架构体系进行设计，配电设备状态监测云平台包括现场感知层、网络通信层和应用服务层；
配电设备状态监测云平台末端采用数据采集与监测模块对配电设备的运行数据和环境数据进行实时采集，并通过公用GPRS无线网络实现数据传输；
Web应用采用Vue.js和ASP.NET Web API开发并按照RESTful Web服务架构设计后部署在云服务器上；所述配电设备状态监测云平台的监测对象包括户外开闭所、箱式变压器、专用变压器、配电环网柜和配电终端柜。
2.一种适用于权利要求1所述的基于物联网技术的配电设备状态监测系统的实现方法，其特征在于，现场感知层包括通过预装设在配电设备中的数据采集与监测模块对配电设备的运行数据和环境数据进行感知获取，覆盖三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率、电压频率、有功电能、无功电能和触点温度的关键数据；数据采集与监测模块包括智能电表、温湿度传感器和气体监测仪。
3.根据权利要求2所述的基于物联网技术的配电设备状态监测系统的实现方法，其特征在于，网络通信层包括为实现配电设备位置定位而选用的GPS卫星定位、为实现现场感知层的数据采集而选用的本地通信；根据通信条件分别采用RS-485总线通信和低压电力线载波PLC通信，各项采集数据均通过采集器进行汇聚，为实现现场感知层的数据转发而选用的远程通信和根据通信需求采用公用GPRS无线网络通信。
4.根据权利要求2或3所述的基于物联网技术的配电设备状态监测系统的实现方法，其特征在于，应用服务层包括租用公有云服务器，并部署支撑软件及应用软件，包括操作系统、数据库、内存、Web服务器和系统接口；配电设备状态监测云平台的高级应用模块采用基于Vue.js和ASP.NETWebAPI并遵循轻量级REST ful进行开发，Web服务架构实现配电设备状态监测云平台软件开发的前后端解耦；配电设备状态监测云平台为采集的运行数据和环境数据提供计算服务，实现数据采集管理、运行状态监视、电力GIS展示、技术分析、文档管理的配电设备状态监测云平台的高级应用。
5.根据权利要求4所述的基于物联网技术的配电设备状态监测系统的实现方法，其特征在于，配电设备状态监测云平台的高级应用模块将配电设备状态监测云平台视为一个单页面富应用SPA，并通过开块源轻量级渐进式JavaScript框架Vue.js进行开发；Vue.js强调组件化开发、支持第三方插件系统、基于MVVM模式以解决传统MVC模式中的前后端耦合问题。
6.根据权利要求4所述的基于物联网技术的配电设备状态监测系统的实现方法，其特征在于，配电设备状态监测云平台的高级应用模块，采用ASP.NET Web API编写配电设备状态监测云平台的后台服务；后台服务包括数据采集、数据查询、数据发布和日志管理；通过REST定义的数据接口对服务中的资源进行操作，实现配电设备状态监测云平台前后端开发的彻底分离。
7.根据权利要求4所述的基于物联网技术的配电设备状态监测系统的实现方法，其特征在于，配电设备状态监测云平台的高级应用模块，采用轻量级RESTfulWeb服务实现面向服务架构SOA的Web应用；RESTful Web服务以面向资源架构ROA为核心概念，通过HTTP应用协议定义的CRUD操作方法建立标准化的数据接口；该数据接口以独一无二的URI进行标识和调用，实现Web资源的增、删、查、改。
8.根据权利要求7所述的基于物联网技术的配电设备状态监测系统的实现方法，其特征在于，RESTful Web服务，通过URI建立标准化的数据接口，并与资源一一对应；所述资源是指一个或多个实体的概念性映射，任何寄宿于Web可供操作的事物均可视为资源；配电设备状态监测云平台资源能体现为经过持久化处理保存在数据库中某个表的一条数据，也能体现为Web应用收到请求之后采用预先设定的算法计算得到的结果。
9.根据权利要求4所述的基于物联网技术的配电设备状态监测系统的实现方法，其特征在于，配电设备状态监测云平台为采集的运行数据和环境数据提供计算服务包括基于线损负荷特性曲线的配电网理论线损计算，其计算过程如下：
S1、简化配电网线路模型；
S2、进行潮流计算，读取负荷数据和线路信息；
S3、进行配电网线损计算，计算各线路的电能损耗和全网的电能损耗；
S4、绘制线损负荷特性曲线，建立负载率或线路首端关口电量与线损率的关系；
S5、分析线损负荷特性曲线。
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