CN109633282A - 一种边缘云端电力监测物联网的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种边缘云端电力监测物联网的构建方法，所述物联网包括用户平台、云端服务平台、能管边缘计算机、多个传感器，所述构建方法包括：S1.将多个所述传感器配置于变压装置的输入端和输出端；S2.所述能管边缘计算机采集所述传感器的数据，并获取所述变压装置的输入功率和输出功率，以及所述变压装置的性能参数和所述变压装置输出端的损耗功率；S3.所述云端服务平台获取所述性能参数和所述损耗功率，并分类后传输至所述用户平台进行可视化显示。基于本发明构建的物联网，其结构狗简单，设计合理，实时云端电力监测变压装置，分析影响变压装置能效的关联因数，降低变压装置损耗、减少变压装置故障，实现配电网变压装置的用电系统高效率。

Description

一种边缘云端电力监测物联网的构建方法

技术领域

本发明涉及一种物联网的构建方法，尤其涉及一种边缘云端电力监测物联网的构建方法。

背景技术

配电变压装置(简称“变压装置”)，包括公用变压装置(简称“公变”)、专用变压装置(简称“专变”)。其中“公变”是指公用供电模式.由供电企业按公用电力设施标准进行规划建设，建成后由供电企业进行管理与维护；“专变”是指专用供电模式.一般由业主投资，电力部门代管，只供投资业主自用，如安装在大中型企业的变压装置等。

配电变压装置的监测是电力监测的重点，其目的是根据监测数据采取措施，实现配电网节能降损，提高电网能效。为供电企业与用电用户带来节能经济效益。而现有技术中，主要都是通过工作人员定时进行巡检，来对变压器进行监测，这种监测效率低，且监测不及时，往往导致配电变压装置的故障概率高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种边缘云端电力监测物联网的构建方法，能够实现配电变压器的物联网云端监测。

为实现上述发明目的，本发明提供一种边缘云端电力监测物联网的构建方法，所述物联网包括用户平台、云端服务平台、能管边缘计算机、多个传感器，所述构建方法包括：

S1.将多个所述传感器配置于变压装置的输入端和输出端；

S2.所述能管边缘计算机采集所述传感器的数据，并获取所述变压装置的输入功率和输出功率，以及所述变压装置的性能参数和所述变压装置输出端的损耗功率；

S3.所述云端服务平台获取所述性能参数和所述损耗功率，并分类后传输至所述用户平台进行可视化显示。

根据本发明的一个方面，所述传感器包括电流传感器、电压传感器和温度传感器；

步骤S1中，在所述变压装置的输入端设置第一电流传感器和第一电压传感器，在所述变压装置的输出端设置第二电流传感器、第二电压传感器和第一温度传感器。

根据本发明的一个方面，步骤S2中，所述输入功率采用所述第一电流传感器和第一电压传感器的数据获取；

所述输出功率采用所述第二电流传感器和第二电压传感器的数据获取；

所述损耗功率包括铁损、铜损和热损，其中，铁损基于所述第二电压传感器构建的虚拟铁损传感器采集，铜损基于所述第二电流传感器构建的虚拟铜损传感器采集，热损基于所述第一温度传感器构建的热损传感器采集。

根据本发明的一个方面，所述虚拟铁损传感器通过采集所述第二电压传感器的电压数据并基于所述电压数据计算其谐波电压实现；

所述虚拟铜损传感器采集所述第二电流传感器的电流数据并基于所述电流数据获取其平方值与谐波电流的平方值的和实现；

所述热损传感器采集所述第一温度传感器的温度数据并基于所述温度数据计算其温度变化实现。

根据本发明的一个方面，对所述能管边缘计算机的用电能效管理公式进行设定，所述用电能效管理公式包括能效判别公式与节约能耗组成公式。

根据本发明的一个方面，所述能效判别公式为所述变压装置的功率效率公式，即：η＝Po/Pi；

所述节约能耗组成公式为所述变压装置输入功率与输出功率和损耗功率之和的表达式，即：Pi＝Po+(Pto+Pti+Pre)；

其中，η表示变压装置的能效，Po表示变压装置的输出功率，Pi表示变压装置的输入功率，Pto表示变压装置的铜损，Pti表示变压装置的铁损Pre表示变压装置的热损。

根据本发明的一个方面，步骤S3中，所述云端服务平台对获取的所述性能参数和所述损耗功率进行分组管理，所述分组包括变压装置维护数据组、用电线路维护数据组和用电设备维护数据组。

根据本发明的一个方面，所述用户平台为基于Web移动监测的移动端，或者基于小程序移动监测的移动端，或者基于App移动监测的移动端。

根据本发明的一种方案，采用本发明的构建方法建设的物联网，其结构狗简单，设计合理，实时云端电力监测变压装置的原边侧(即输入端)的输入和副边侧(即输出端)的输出的电压值和电流值，并根据变压装置的负荷运行情况，计算出变压装置的实际运行损耗，分析影响变压装置能效的关联因数，找出提高运行能效的方式方法，来降低变压装置损耗、减少因变压装置故障造成停电的次数，实现配电网变压装置的用电系统高效率、低损耗和低故障运行，并交付精细化的维护与管理。

根据本发明的一种方案，采用输出端设置的电流传感器构建虚拟铜损传感器，采用输出端设置的电压传感器构建虚拟铁损传感器，采用温度传感器构建热损传感器，进而能够实现对变压装置5副边侧各种损耗的直接采集，尤其是通过变压装置5输出端的电流传感器和电压传感器同时实现了对输出功率，铜损，铁损的采集，极大的减少了在变压装置5副边侧设置传感器的种类和数量，非常有效的降低了该物联网的构建成本。

根据本发明的一种方案，通过采集的传感器数据变压装置装置的功率、铜损、铁损和热损，并对获取的数据分类存储到各数据组中，进而各数据组中的数据发生异常时，可以有效且快速的被标记，进而相应地对用户平台下发变压装置维护报警、用电线路维护报警和用电设备维护报警，极大的提高了本发明的实时性，准确性，进而能够提前获取故障位置的准确信息，避免了情况的恶化，降低了维护成本，提高了维护效率。

附图说明

图1示意性表示根据本发明的一种实施方式的物联网连接结构图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

在针对本发明的实施方式进行描述时，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”所表达的方位或位置关系是基于相关附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细地描述，实施方式不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施方式。

如图1所示，根据本发明的一种实施方式，本发明的一种边缘云端电力监测物联网的构建方法，物联网包括用户平台1、云端服务平台2、能管边缘计算机3、多个传感器4。在本实施方式中基于上述组件进行物联网构建的方法包括：

S1.将多个传感器4配置于变压装置5的输入端和输出端；

S2.能管边缘计算机3采集传感器4的数据，并获取变压装置5的输入功率和输出功率，以及变压装置5的性能参数和变压装置5输出端的损耗功率；

S3.云端服务平台2获取性能参数和损耗功率，并分类后传输至所述用户平台进行可视化显示。

如图1所示，根据本发明的一种实施方式，传感器4包括电流传感器、电压传感器和温度传感器。在本实施方式中，步骤S1中，在变压装置5的输入端设置第一电流传感器和第一电压传感器，在变压装置5的输出端设置第二电流传感器、第二电压传感器和第一温度传感器。第一电流传感器、第一电压传感器、第二电流传感器、第二电压传感器和第一温度传感器分别与能管边缘计算机3相连接。

如图1所示，根据本发明的一种实施方式，变压装置5的输入功率通过采集第一电流传感器和第一电压传感器的数据获得，变压装置5的输出功率通过采集第二电流传感器、第二电压传感器的数据获得。同时，变压装置5的损耗功率通过采集的第二电流传感器、第二电压传感器和第一温度传感器的数据获得。变压装置5的损耗功率包括铁损、铜损和热损。变压装置5的损耗功率是导致配电网线损、能效不佳的主要问题。变压装置的铜损，它是电流通过变压装置原副绕组时，在原副绕组的电阻上所消耗的功率。

铜损又叫可变损耗，它随着负荷电流变化；铜损功率与负荷电流的平方成正比。同时，变压装置的铜损与变压装置的分布参数以及负载特性有直接的关系。负载特性与分布参数，一起呈感性特性时，铜损随频率的提高而减小；一起呈容性特性时，铜损随频率的提高而增大；当二者一起呈谐振特性时，各频率的谐波振幅最大，铜损最大。值得指出，变压装置铜损的主要来源之一还有谐波。在谐波产生后，会形成谐波电流，受谐波分量的影响，配电变压装置在运行过程中的铜损会有所增加。也就是说，如果在配电变压装置的负荷电流中存在谐波的干扰，会导致其电流的有效值被扩大，使得配电变压装置在工作状态下释放出更多的热量，而这些热量最终会被损耗掉。通常情况下，谐波电流分量的频率与基波电流的频率是呈正比例关系的，前者是后者的几倍。

根据热量损耗相关计算公式可知，在谐波影响下，有三个量之间存在比例上升效应的关系。第一个量是配电变压装置额外增加的热量损耗；第二个量是谐波电流的大小；第三个量则是谐波频率的平方值。正是这三个量之间产生的比例上升效应，使得配电变压装置的铜损被增加，从而使配电变压装置以更快的速度老化。如此一来，配电变压装置的寿命就会被缩短，其经济性能水平也会被大幅度的降低。在配电系统中，变压装置是谐波来源之一，电网谐波主要由发电设备、输配电设备以及用电系统非线性负载等三个方面引起的。

变压装置的铁损，指每单位质量的铁磁材料在交变和脉动磁场中的磁滞损耗和涡流损耗之和；脉动频率越高，磁感应强度的最大值越大，则铁损越大。变压装置的铁损，在配电变压装置系统中，其脉动频率会反映在谐波上面。如果谐波的容量变大，则会引起铁芯损耗的增加。此外，如果在配电网系统中存在谐波，那么其电压分量的改变还会对变压装置礠滞等造成影响。比如，谐波电压分量增大，变压礠滞和涡流损耗都会增大，同时绝缘电场的强度也会相应的增加。这些因素的增加都会影响变压装置的电能转换效率，使之变得低下，而功率因数也会随之有大幅度的减小。

变压装置的热损有两个方面：温度和水分；此即影响变压装置热寿命的主要因素。谐波会影响变压装置热寿命，它是通过提高其温升来进行的；通过升高其温度来增加其损耗，热点温升与变压装置的热寿命之间存在紧密的联系。因此，只要研究谐波存在情况下的配电变压装置的损耗，获取谐波对变压装置热寿命的影响。

因此，在本实施方式中，铁损可以基于第二电压传感器构建成虚拟铁损传感器进行采集。在本实施方式中，构建的虚拟铁损传感器，基于采集的变压装置5的输出电压，并根据获取的输出电压计算出变压装置5输出端的谐波电压，进而根据获取的谐波电压计算出变压装置5的铁损耗数据实现该虚拟铁损传感器的作用。

在本实施方式中，铜损可以基于第二电流传感器构建成虚拟铜损传感器采集。在本实施方式中，构建的虚拟铜损传感器，基于采集的变压装置5的输出电流，并根据获取的输出电流计算出输出电流的平方值，并根据输出电流获取谐波电流的平方值，基于输出电流的平方值和谐波电流的平方值之和计算出变压装置5的铜损耗数据实现虚拟铜损传感器的作用。

在本实施方式中，热损基于第一温度传感器获取。在本实施方式中，通过获取的第一温度传感器的数据计算温度变化进而实现热损传感器的作用。

根据本发明的一种实施方式，能管边缘计算机作为云端服务平台的数据获取前端，变压装置5的输入功率、输出功率、损耗功率等均由能管边缘计算机计算得出。在本实施方式中，需要对能管边缘计算机的用电能效管理公式进行设定，所述用电能效管理公式包括能效判别公式与节约能耗组成公式。在本实施方式中，能效判别公式为变压装置5的功率效率公式，即：η＝Po/Pi；节约能耗组成公式为变压装置输入功率与输出功率和损耗功率之和的表达式，即：Pi＝Po+(Pto+Pti+Pre)；其中，η表示变压装置的能效，Po表示变压装置的输出功率，Pi表示变压装置的输入功率，Pto表示变压装置的铜损，Pti表示变压装置的铁损Pre表示变压装置的热损。

根据本发明的一种实施方式，步骤S3中，云端服务平台对获取的性能参数和损耗功率进行分组管理。在本实施方式中，云端服务平台2获取能管边缘计算机3提供的具有电力监测运维意义的数据，云端服务平台2则相应的需要进行分组配置。在本实施方式中，云端服务平台2将获取的具有电力监测意义的数据按照分组进行存储，其中分组包括变压装置维护数据组、用电线路维护数据组和用电设备维护数据组。

根据本发明的一种实施方式，云端服务平台2将分组后的数据传输到用户平台1进行可视化交付该电力运维的服务撮合。在本实施方式中，用户平台1为基于Web移动监测的移动端，或者基于小程序移动监测的移动端，或者基于App移动监测的移动端，该移动端可以为手机、移动电脑、平板电脑等。

根据本发明的构建方法，采用本发明的构建方法建设的物联网，其结构狗简单，设计合理，实时云端电力监测变压装置的原边侧(即输入端)的输入和副边侧(即输出端)的输出的电压值和电流值，并根据变压装置5的负荷运行情况，计算出变压装置5的实际运行损耗，分析影响变压装置5能效的关联因数，找出提高运行能效的方式方法，来降低变压装置损耗、减少因变压装置故障造成停电的次数，实现配电网变压装置5的用电系统高效率、低损耗和低故障运行，并交付精细化的维护与管理。

根据本发明的构建方法，采用输出端设置的电流传感器构建虚拟铜损传感器，采用输出端设置的电压传感器构建虚拟铁损传感器，采用温度传感器构建热损传感器，进而能够实现对变压装置5副边侧各种损耗的直接采集，尤其是通过变压装置5输出端的电流传感器和电压传感器同时实现了对输出功率，铜损，铁损的采集，极大的减少了在变压装置5副边侧设置传感器的种类和数量，非常有效的降低了该物联网的构建成本。

根据本发明的构建方法，通过采集的传感器数据变压装置装置的功率、铜损、铁损和热损，并对获取的数据分类存储到各数据组中，进而各数据组中的数据发生异常时，可以有效且快速的被标记，进而相应地对用户平台下发变压装置维护报警、用电线路维护报警和用电设备维护报警，极大的提高了本发明的实时性，准确性。

上述内容仅为本发明的具体方案的例子，对于其中未详尽描述的设备和结构，应当理解为采取本领域已有的通用设备及通用方法来予以实施。

以上所述仅为本发明的一个方案而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种边缘云端电力监测物联网的构建方法，其特征在于，所述物联网包括用户平台、云端服务平台、能管边缘计算机、多个传感器，所述构建方法包括：

S1.将多个所述传感器配置于变压装置的输入端和输出端；

S2.所述能管边缘计算机采集所述传感器的数据，并获取所述变压装置的输入功率和输出功率，以及所述变压装置的性能参数和所述变压装置输出端的损耗功率；

S3.所述云端服务平台获取所述性能参数和所述损耗功率，并分类后传输至所述用户平台进行可视化显示。

2.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，所述传感器包括电流传感器、电压传感器和温度传感器；

步骤S1中，在所述变压装置的输入端设置第一电流传感器和第一电压传感器，在所述变压装置的输出端设置第二电流传感器、第二电压传感器和第一温度传感器。

3.根据权利要求2所述的构建方法，其特征在于，步骤S2中，所述输入功率采用所述第一电流传感器和第一电压传感器的数据获取；

所述输出功率采用所述第二电流传感器和第二电压传感器的数据获取；

所述损耗功率包括铁损、铜损和热损，其中，铁损基于所述第二电压传感器构建的虚拟铁损传感器采集，铜损基于所述第二电流传感器构建的虚拟铜损传感器采集，热损基于所述第一温度传感器构建的热损传感器采集。

4.根据权利要求3所述的构建方法，其特征在于，所述虚拟铁损传感器通过采集所述第二电压传感器的电压数据并基于所述电压数据计算其谐波电压实现；

所述虚拟铜损传感器采集所述第二电流传感器的电流数据并基于所述电流数据获取其平方值与谐波电流的平方值的和实现；

所述热损传感器采集所述第一温度传感器的温度数据并基于所述温度数据计算其温度变化实现。

5.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，对所述能管边缘计算机的用电能效管理公式进行设定，所述用电能效管理公式包括能效判别公式与节约能耗组成公式。

6.根据权利要求5所述的构建方法，其特征在于，所述能效判别公式为所述变压装置的功率效率公式，即：η＝Po/Pi；

所述节约能耗组成公式为所述变压装置输入功率与输出功率和损耗功率之和的表达式，即：Pi＝Po+(Pto+Pti+Pre)；

其中，η表示变压装置的能效，Po表示变压装置的输出功率，Pi表示变压装置的输入功率，Pto表示变压装置的铜损，Pti表示变压装置的铁损Pre表示变压装置的热损。

7.根据权利要求1所述的构建方法，其特征在于，步骤S3中，所述云端服务平台对获取的所述性能参数和所述损耗功率进行分组管理，所述分组包括变压装置维护数据组、用电线路维护数据组和用电设备维护数据组。

8.根据权利要求1或7所述的构建方法，其特征在于，所述用户平台为基于Web移动监测的移动端，或者基于小程序移动监测的移动端，或者基于App移动监测的移动端。