CN112803594A - 基于智慧杆和5g的变电站全域物联网系统及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于智慧杆和5G的变电站全域物联网系统及其运行方法，包括变电站监控中心、智慧杆和信息采集设备，智慧杆中设置有动环管理一体机和超融合边缘装置；动环管理一体机连接信息采集设备，获取信息采集设备采集到的信息，并且对采集到的信息进行监测判定，得到监测判定结果；动环管理一体机连接超融合边缘装置，将监测判定结果信息发送给超融合边缘装置进行汇聚、计算和/或存储处理后，通过5G通信单元传送到变电站监控中心。本发明结合智慧杆和5G技术，利用智慧杆承载变电站全域物联组网，能够实现变电站信息基础设施建设，使得变电站物联设备能灵活接入、统一管理和统一运行，降低了变电站智能化信息基础设施的建设和管理难度。
Description
技术领域
本发明涉及变电站组网技术领域，特别涉及一种基于智慧杆和5G的变电站全域物联网系统及其运行方法。
背景技术
变电站是电网公司的重要资产，在电网数字化转型中具有不可替代的重要作用。变电站数字化的发展经历了四个阶段。第一个阶段是传统变电站，以晶体管、集成电路为实现主保护设备，二次设备均按照传统方式布置，各部门独立运行。随着微处理器和通信技术的发展，远动装置的性能得到较大提高，传统变电站逐步增加了“遥测”、“遥信”、“遥控”和“遥调”四遥功能。
第二阶段是综合自动化变电站。利用计算机技术、现代电子技术、通信技术和信息处理技术，对变电站二次设备的功能进行重新组合、优化设计，建成了变电站综合自动化系统，实现对变电站设备运行情况进行监视、测量、控制和协调的功能。综合自动化系统先后经历了集中式、分散式、分散分层式等不同结构的发展，使得变电站设计更合理，运行更可靠。
第三个阶段是数字化变电站。随着数字化技术的不断进步和IEC61850标准在国内的推广应用，国内出现了数字化变电站。数字化变电站体现在过程层设备的数字化，整个变电站内信息的网络化，以及断路器设备的智能化，而且设备检修工作逐步由定期检修过渡到以状态检修为主的管理模式。
第四个阶段是智能变电站。智能变电站是采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以提升运营效率、提高安全生产水平为目标，以全站信息数字化、可视化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成关键设备与核心场景的信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，利用人工智能、5G、AI、大数据等技术，实现变电站的智能感知、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。
目前变电站智能化建设主要在第四个阶段，其主要由两部分组成：一是建设智能化变电站，二是通过变电站的智能化改造把已经运行的常规变电站改造成为智能变电站，把常规变电站经过智能化改造成为具有数字化、网络化、标准化、互动化等自动化程度较高的智能变电站。通过智能化变电站可实现图像监视、设备感知、安全警卫、火灾报警、消防、给排水、采暖通风等变电站各种设备管理、协同交互、运维的智能化。
变电站全域物联网新型信息基础设施是以创新驱动为引领，以信息网络为基础，优化资源要素组织配置，承载经济社会新供给新需求，支撑数字转型、智能升级、融合创新等服务的基础设施体系。第五代智能变电站通过智能化、数字化，利用大量传感器、机器人和摄像头等感知手段，实现变电站运维效率的大幅提升。但大量智能化设备的运行，大量不同智能系统的投入，导致变电站智能化改造过程中存在设备散乱、施工多批次、重复施工、安全施工压力大、运维困难等特点。
发明内容
本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于智慧杆和5G变电站全域物联网系统，该系统结合智慧杆和5G技术，实现变电站信息基础设施建设，使得变电站物联设备能灵活接入、统一管理和统一运行，降低了变电站智能化信息基础设施的建设和管理难度，有效提高升变电运维效率。
本发明的第二目的在于提供一种变电站全域物联网系统的运行方法。
本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种基于智慧杆和5G的变电站全域物联网系统，包括变电站监控中心、设置在变电站各位置的智慧杆和信息采集设备；
所述智慧杆中设置有动环管理一体机和超融合边缘装置；
所述动环管理一体机连接信息采集设备，用于获取信息采集设备采集到的信息，并且对采集到的信息进行监测判定，得到监测判定结果；
所述动环管理一体机连接到变电站输电线上，用于采集变电站输电线的电压和电流信号，并且根据电压和电流信号监测变电站输电线的输电情况；
所述动环管理一体机连接超融合边缘装置，用于将监测判定结果信息和变电站输电线的输电情况信息发送给超融合边缘装置，由超融合边缘装置进行汇聚、计算和存储处理；
所述超融合边缘装置通过5G通信模块与变电站监控中心进行通信，用于将其汇聚、计算和存储处理后的信息发送到变电站监控中心，并且用于接收变电站监控中心发送的控制指令。
优选的，所述信息采集系统包括设置在智慧杆上的第一信息采集设备和设置在智慧杆之外的第二信息采集设备；
所述动环管理一体机连接有第一无线通信模块，当所述第二信息采集设备中设置有第二无线通信模块时，所述第二信息采集设备通过第二无线通信模块和第一无线通信模块连接动环管理一体机。
优选的，还包括设置在智慧杆上的摄像头和/或显示器；所述摄像头连接超融合边缘装置，将所拍摄到的视频信息发送给超融合边缘装置，通过超融合边缘装置发送到变电站监控中心；
所述显示器连接超融合边缘装置，由超融合边缘装置控制显示器显示信息。
优选的，所述智慧杆中设置有检修门，检修门上设置有电子锁，所述电子锁连接超融合边缘装置；
所述检修门相应位置上设置有限位开关，所述限位开关连接动环管理一体机，动环管理一体机根据限位开关发送的信号检测检修门当前是否为打开状态。
优选的，超融合边缘装置设置以下一种或多种信息接口：网口、RJ485接口、USB接口和HDMI接口；超融合边缘装置通过信息接口连接各设备，
智慧杆上设置有多种电压的供电接口，为各设备进行供电；
动环管理一体机包括多路采样设备和锰铜片，多路采样设备通过锰铜片分别连接到各设备的供电回路中，用于检测各设备的电流，并且将检测到的各设备电流信息发送给超融合边缘装置；
上述设备包括智慧杆上的设备和/或智慧杆外部的设备。
优选的，所述动环管理一体机包括多回路检测装置、电压处理电路和电流处理电路；
所述变电站输电线的电压监测端口连接电压处理电路的输入端；
所述变电站输电线的电流监测端口连接各电流处理电路的输入端；
多回路检测装置连接电压处理电路和电流处理电路输出端，用于采集电压处理电路输出的第一信号以及各电流处理电路输出的第二信号，然后进行AD转换后进行边缘计算，根据边缘计算结果确定变电站输电线的输电情况。
本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种变电站全域物联网系统的运行方法，包括：
信息采集模块将采集到的信息发送给动环管理一体机，由动环管理一体机进行监测判定，并且将监测判定结果信息发送给超融合边缘装置；
动环管理一体机采集变电站输电线的电压和电流信号，并且根据电压和电流信号监测变电站输电线的输电情况，然后将变电站输电线的输电情况信息传送给超融合边缘装置；
超融合边缘装置针对于从动环管理一体机接收到的信息，进行汇聚、计算和/或存储处理，然后将其汇聚、计算和/或存储处理后的信息发送到变电站监控中心；同时超融合边缘装置接收变电站监控中心发送的控制指令，根据控制指令的用途将控制指令发送给动环管理一体机，由动环管理一体机控制相应设备的状态，或者直接根据控制指令控制相应设备的状态。
优选的，还包括：
变电站监控中心通过各智慧杆中超融合边缘装置，获取到作为信息采集设备的温湿度传感器检测到的温度信息；根据各温湿度传感器在变电站的位置及其检测到的温度信息，生成变电站的热力分布图。
优选的，还包括非入侵式设备故障检测方法，具体过程如下：
针对于需要检测故障的设备，超融合边缘装置通过信息接口输出控制指令到设备中，控制设备执行相应的工作；
在设备执行工作的过程中，动环管理一体机多路采样设备通过锰铜片检测设备供电电路中的电流信息，并且将检测到的电流信息发送给超融合边缘装置；
超融合边缘装置将设备的电流信息和设备的电流参考信息进行对比，根据对比结果判定设备是否出现故障。
优选的，还包括非入侵式设备故障检测方法，具体过程如下：
针对于各设备，获取其历史执行过程中的暂态信号，从中提取出检测参数，
基于变电站设备历史的检测参数及状态训练得到人工智能参数模型；
当要针对设备进行故障检测时，超融合边缘装置通过信息接口输出控制指令到设备中，控制设备执行相应的工作；
在设备执行工作过程中，获取暂态信号，从中提取出检测参数；
将设备的检测参数输入到人工智能参数模型中，通过人工智能参数模型检测出设备的故障状态；
检测参数包括以下其中一种或几种：电流/电压平均值、电流/电压最大值、电流/电压最小值、电流/电压波形峰峰值、V-I图像、频率。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明变电站全域物联网系统，包括变电站监控中心、设置在变电站各位置的智慧杆和信息采集设备，其中智慧杆中设置有动环管理一体机和超融合边缘装置；动环管理一体机连接信息采集设备，获取信息采集设备采集到的信息，并且对采集到的信息进行监测判定，得到监测判定结果；动环管理一体机连接超融合边缘装置，将监测判定结果信息发送给超融合边缘装置，由超融合边缘装置进行汇聚、计算和/或存储处理后，通过5G通信单元传送到变电站监控中心。由上述可见，本发明在信息基础设施方面，通过变电站各位置处智慧杆中的动环管理一体机、超融合装置进行统一承载，并且最终由超融合装置基于5G通信单元传送到变电站监控中心，因此本发明结合智慧杆和5G技术，利用智慧杆承载变电站全域物联组网，能够实现变电站信息基础设施建设，使得变电站物联设备能灵活接入、统一管理和统一运行，降低了变电站智能化信息基础设施的建设和管理难度，有效提高升变电运维效率。
(2)本发明变电站全域物联网系统中，变压器输电线给智慧杆内部器件供电的同时，由智慧杆内部动环管理一体机采集变电站输电线的电压和电流信号，并且根据电压和电流信号监测变电站输电线的输电情况，动环管理一体机在监测到变电站输电线的输电情况后，将对应信息发送给超融合边缘装置，由超融合边缘装置通过5G通信单元传送到变电站监控中心。可见本发明系统能够实现变电站各输电线的输电情况监测，从而对变电站输电线存在安全问题进行预判，保证了变电站输电的安全性和可靠性。
(3)本发明变电站全域物联网系统中，信息采集系统包括设置在智慧杆上的第一信息采集设备和设置在智慧杆之外的第二信息采集设备；即信息采集设备可以是设置在智慧杆上的，包括设置在智慧杆内部或者外壁上的，例如温湿度传感器、角度传感器、水浸传感器等，也可以是设置在智慧杆外部，即不安装在智慧杆上的，例如一些测量设备，测量设备根据测量要求安装在变电站相应未在，测量设备通过线缆或直接通过无线(WAPI、Lora和Zigbee等)方式连接动环管理一体机，将测量到的信息传送到动环管理一体机。基于此，智慧杆可以方便拓展信息采集设备的挂接，由于智慧杆提供了信息、供电等基础设施接入，能够减少变电站内多次开挖、施工等；并且基于智慧杆这种能够标准化的产品，可以缩短施工周期，进一步降低施工成本。另外，利用智慧杆承载变电站全域物联组网的方式，可以节省占地面积和空间，
(4)本发明变电站全域物联网系统中，第一信息采集设备可以包括设置在智慧杆上的摄像头；摄像头连接超融合边缘装置，将所拍摄到的视频信息发送给超融合边缘装置，通过超融合边缘装置发送到变电站监控中心；基于此变电站监控中心通过视频方式可以实时的直接监控变电站各位置的情况。
(5)本发明变电站全域物联网系统中，在智慧杆上设置有工检修使用的检修门，检修门上设置有电子锁，电子锁连接超融合边缘装置，基于这种连接结构，变电站监控中心可以将电子锁的远程控制指令发送给超融合边缘装置，基于超融合边缘装置实现电子锁的远程控制，从而实现检修门的远程控制。另外在检修门上设置连接动环管理一体机的限位开关，动环管理一体机基于限位开关可以确定检修门的开合状态，并且反馈给超融合边缘装置，进而由超融合边缘装置反馈到变电站监控中心，基于此变电站可以实现各智慧杆检修门的远程监控，确定是否存在智慧杆检修门长时间未关闭的状态，从而提醒相关人员。
(6)本发明变电站全域物联网系统中，超融合边缘装置超融合边缘装置通过信息接口连接各设备，动环管理一体机包括多路采样设备和锰铜片，多路采样设备通过锰铜片分别连接到各设备的供电回路中，用于检测各设备的电流，并且将检测到的各设备电流信息发送给超融合边缘装置；基于上述结构，超融合边缘装置通过信息接口可以控制设备执行相应的工作，在设备执行相应工作时，动环管理一体机能够采集到电流信息，超融合边缘装置根据设备的电流信息和设备电流参考值能够判断出设备的故障情况，基于此，本发明能够实现非入侵式设备故障，针对于变电站中的一些重要设备，可以通过上述实现非入侵式的故障检测。
(7)本发明变电站全域物联网系统运行过程中，基于设备历史的检测参数及状态训练得到人工智能参数模型；当要针对设备进行故障检测时，超融合边缘装置通过信息接口输出控制指令到设备中，控制设备执行相应的工作，并且获取暂态信号，从中提取出检测参数；将设备的检测参数输入到人工智能参数模型中，通过人工智能参数模型检测出设备的故障状态；由上述可见，本发明基于设备暂态信号和人工智能参数模型也可能实现设备的故障检测，针对于一些典型设备排气扇、空调、照明及摄像头，基于上述可以实现准确的故障检测。
附图说明
图1是本发明变电站全域物联网系统的结构原理图。
图2是本发明变电站全域物联网系统中智慧杆的结构示意图。
图3是本发明变电站全域物联网系统中智慧杆接口电路原理图。
图4是本发明变电站全域物联网系统中重要设备故障检测原理图。
图5是本发明变电站全域物联网系统的运行方法中设备故障检测的原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本实施例公开了一种变电站全域物联网系统，如图1中所示，包括变电站监控中心、设置在变电站各位置的智慧杆和信息采集设备。
智慧杆中设置有动环管理一体机和超融合边缘装置E-BOX。在本实施例中，如图2所示，智慧杆内部安装有挂板，将动环管理一体机和E-BOX安装在挂板上。
动环管理一体机连接信息采集设备，用于获取信息采集设备采集到的信息，并且对采集到的信息进行监测判定，得到监测判定结果。
动环管理一体机连接到变电站输电线上，用于采集变电站输电线的电压和电流信号，并且根据电压和电流信号监测变电站输电线的输电情况；
动环管理一体机连接超融合边缘装置，用于将监测判定结果信息和变电站输电线的输电情况信息发送给超融合边缘装置，由超融合边缘装置进行汇聚、计算和/或存储处理；
超融合边缘装置通过5G通信单元与变电站监控中心进行通信，用于将其汇聚、计算和/或存储处理后的信息发送到变电站监控中心，并且用于接收变电站监控中心发送的控制指令。
在本实施例中，上述信息采集系统包括设置在智慧杆上的第一信息采集设备和设置在智慧杆之外的第二信息采集设备。其中：第一信息采集设备可以包括设置在智慧杆上的温湿度传感器1、角度传感器2和水浸传感器3；温湿度传感器、角度传感器和水浸传感器分别连接动环管理一体机；其中，角度传感器可以设置在智慧杆的上端，用于检测智慧杆的转动角度，水浸传感器设置在智慧杆的下端位置，用于检测智慧杆下端的相应位置是否被水淹没，温湿度传感器可以为多个，包括设置在智慧杆内部以及安装在智慧杆外壁上，分别用于感应智慧杆内部的温湿度信息，以及智慧杆外部环境的温湿度信息。
在本实施例中，动环管理一体机连接有第一无线通信模块4，第一无线通信模块可以是WAPI、Lora和Zigbee模块，当第二信息采集设备中设置有对应的第二无线通信模块时，第二信息采集设备通过第二无线通信模块和第一无线通信模块连接动环管理一体机。即智慧杆外部的第二信息采集设备可以通过无线的方式实现与动环管理一体机的通信，将其采集到的信息，通过无线的方式传送给智慧杆内部的动环管理一体机。
在本实施例中，如图2中所示，还包括设置在智慧杆上的摄像头5和/或显示器6；摄像头连接超融合边缘装置，将所拍摄到的视频信息发送给超融合边缘装置，通过超融合边缘装置发送到变电站监控中心；显示器连接超融合边缘装置，由超融合边缘装置控制显示器显示信息，基于此变电站监控中心通过视频方式可以实时的直接监控变电站各位置的情况。
在本实施例中，智慧杆中设置有检修门，检修门上设置有电子锁，所述电子锁连接超融合边缘装置，通过超融合边缘装置接收变电站监控中心发送的电子锁远程控制指令，超融合边缘装置基于电子锁远程控制指令，对电子锁的状态进行控制，从而实现检修门的开合控制。在本实施例中，检修门的个数可以根据实际需求设置为一个或多个，以方便检修为主。
本实施例中，智慧杆检修门相应位置上设置有限位开关7，限位开关连接动环管理一体机，动环管理一体机根据限位开关发送的信号检测检修门8当前是否为打开状态，并且反馈给超融合边缘装置，进而由超融合边缘装置反馈到变电站监控中心，基于此变电站可以实现各智慧杆检修门的远程监控，确定是否存在智慧杆检修门长时间未关闭的状态，从而提醒相关人员。
在本实施例中，如图3所示，超融合边缘装置设置以下一种或多种信息接口：网口、RJ485接口、USB接口和HDMI接口；超融合边缘装置通过信息接口连接各设备。
如图3中所示，智慧杆上设置有多种电压的供电接口，包括220V交流电供电接口、12V、24V、48V等直流电供电接口，为各种设备进行供电。
如图4中所示，动环管理一体机包括多路采样设备和锰铜片，多路采样设备通过锰铜片分别连接到各设备的供电回路中，用于检测各设备的电流，并且将检测到的各设备电流信息发送给超融合边缘装置。多路采样设备中包括多路电流采样电路，各路电流采样电路分别通过锰铜片连接到各设备的供电回路，从而采集到各设备供电回路中的电流。
上述设备包括智慧杆上的设备和/或智慧杆外部的设备，例如照明灯、LED屏、摄像头、音箱、无线终端、有线终端、传感器、气象站、5G设备、机器人、控制器等。
在本实施例中，动环管理一体机包括多回路检测装置、电压处理电路和电流处理电路；其中：
变电站输电线的电压监测端口连接电压处理电路的输入端；
变电站输电线的电流监测端口连接各电流处理电路的输入端；
多回路检测装置连接电压处理电路和电流处理电路输出端，用于采集电压处理电路输出的第一信号以及各电流处理电路输出的第二信号，然后进行AD转换后进行边缘计算，根据边缘计算结果确定变电站输电线的输电情况。
在本实施例中，各电流处理电路包括依次连接的电流互感器、分流电路、滤波电路和升压电路；各电流监测端口连接在各电流处理电路的电流互感器的一次侧，各电流处理电路的升压电路输出端分别连接多回路检测装置。电流处理电路通过电流互感器检测到电流监测端口的电流信号，电流信号经过分流电路后转换成电压信号，然后依次进行滤波电路和升压电路后输出到多回路检测装置。电压处理电路中分流电路连接在电流互感器的二次侧，分流电路可以由串联的第三电阻和第四电阻组成，第三电阻和第四电阻的连接的端口连接滤波电路。电流处理电路中升压电路可以直接通过放大器来实现，也可以通过变压器来实现，电流处理电路中升压电路进行升压后所输出的第二信号为控制在0～5V的模拟信号。
多回路检测装置连接各电压处理电路和各电流处理电路输出端，用于采集各电压处理电路输出的第一信号以及各电流处理电路输出的第二信号，然后进行AD(模数)转换后进行边缘计算，根据边缘计算结果确定输电线的运行情况。
在本实施例中，多回路检测装置可以使用是PIC(Programmable InterruptController，可编程中断控制器)芯片，也可以是其他具有数据处理功能的芯片。
实施例2
本实施例公开了一种基于实施例1系统实现的变电站全域物联网系统的运行方法，具体过程包括：
S1、信息采集模块将采集到的信息发送给动环管理一体机，由动环管理一体机进行监测判定，并且将监测判定结果信息发送给超融合边缘装置；
S2、动环管理一体机采集变电站输电线的电压和电流信号，并且根据电压和电流信号监测变电站输电线的输电情况，然后将变电站输电线的输电情况信息传送给超融合边缘装置；
S3、超融合边缘装置针对于从动环管理一体机接收到的信息，进行汇聚、计算和/或存储处理，然后将其汇聚、计算和/或存储处理后的信息发送到变电站监控中心；同时超融合边缘装置接收变电站监控中心发送的控制指令，根据控制指令的用途将控制指令发送给动环管理一体机，由动环管理一体机控制相应设备的状态，或者直接根据控制指令控制相应设备的状态。
在本实施例中，变电站监控中心通过各智慧杆中超融合边缘装置，获取到作为信息采集设备的温湿度传感器检测到的温度信息；根据各温湿度传感器在变电站的位置及其检测到的温度信息，生成变电站的热力分布图。
本实施例中，针对于变电站中的一些重要设备，如变压器辅助系统、风机、智能化监测设备等，，动环管理一体机和超融合边缘装置实现非入侵式设备故障，具体过程如下：
Sa、针对于需要检测故障的设备，超融合边缘装置通过信息接口输出控制指令到设备中，控制设备执行相应的工作。
Sb、在设备执行工作的过程中，动环管理一体机多路采样设备通过锰铜片检测设备供电电路中的电流信息，并且将检测到的电流信息发送给超融合边缘装置。
Sc、超融合边缘装置将设备的电流信息和设备的电流参考信息进行对比，根据对比结果判定设备是否出现故障。
本实施例中，如图5中所示，针对于变电站中一些辅助设施，例如排气扇、空调、照明、摄像头等设备，通过解耦各设备的功能，例如摄像头的摄像功能、供电回路、通讯链路和云台功能，通过非侵入式监测手段，调整摄像参数和控制参数，基于人工参数学习模型，进行设备的故障检测，具体如下
SA、针对于各设备，获取其历史执行过程中的暂态信号，从中提取出检测参数。本实施例中，暂态信号指的是高密度采集的电压、电流信号。
SB、基于设备历史的检测参数及状态训练得到人工智能参数模型，其中人工智能参数模型可以由神经网络训练得到。
SC、当要针对设备进行故障检测时，超融合边缘装置通过信息接口输出控制指令到设备中，控制设备执行相应的工作，在设备执行工作过程中，获取暂态信号，从中提取出检测参数。
SD、将设备的检测参数输入到人工智能参数模型中，通过人工智能参数模型检测出设备的故障状态；
检测参数包括以下其中一种或几种：电流/电压平均值、电流/电压最大值、电流/电压最小值、电流/电压波形峰峰值、V-I图像(电压-电流图像)、频率。频率是指：对暂态信号进行傅里叶变换后，从中找到的频率分量。
在本实施例中，超融合边缘装置基于设备的基本功能确定要控制设备执行的相应工作，例如针对于设备的控制功能，超融合边缘装置控制设备的开关、速度、转矩、摄像头闪光灯开关等，在设备执行上述功能中，获取暂态信号，从中提取出检测参数，基于检测参数确定设备功能是否出现异常。针对于设备的供电回路，超融合边缘装置控制其通电后，通过供电回路的暂态信号提取电流、电压等检测参数，基于检测参数可以判定设备是否出现电压波动大、电压水平低的现象。针对于设备的通讯链路，超融合边缘装置控制进行通讯后，通过通讯链路中的暂态信号提取电流、电压等检测参数，基于检测参数可以判定通讯链路是否出现中断的现象。针对于云台设备，超融合边缘装置发送控制指令控制其进行各个方向的转动后，通过电机的暂态信号提取电流、电压等检测参数，基于检测参数可以判定云台是否出现堵转、异常和损坏的现象。
在本实施例中，动环管理一体机中多回路检测装置通过边缘计算的方式，实现变电站输电线输电情况的判定过程如下：
(1)、首先进行边缘计算，包括：
(11)多回路检测装置通过变电站输电线的电压监测端口采样到第一信号，针对于上述采样到的第一信号进行AD转换后进行如下边缘计算：
其中：
V1为上述第一信号AD转换后的边缘计算结果；
VCC为多回路检测装置电源电压；当多回路检测装置采样PIC芯片时，VCC可以是5V。
N为针对于第一信号和第二信号进行采集时每个采样周期采样点的总数；在本实施例中N可以设置为128，即每个采样周期包括128个采样点。
(uin_a)k为：多回路检测装置第k个采样点所采样到的第一信号经过AD转换后得到的数字信号，该第一信号为变电站输电线A相线上电压监测端口所连接电压处理电路输出的信号；
(uin_b)k为：多回路检测装置第k个采样点所采样到的第一信号经过AD转换后得到的数字信号，该第一信号为变电站输电线B相线上电压监测端口所连接电压处理电路输出的信号；
abs(uin_c)k为：多回路检测装置第k个采样点所采样到的第一信号经过AD转换后得到的数字信号，该第一信号为变电站输电线C相线上电压监测端口所连接电压处理电路输出的信号。
(12)多回路检测装置通过变电站输电线的电流监测端口采样到第二信号，针对于上述采样到的第二信号进行AD转换后进行边缘计算，即针对连续三个采样周期的上述第二信号进行如下边缘计算：
其中：A1为多回路检测装置第1到N个采样点所采样到的上述第二信号经过AD转换后的边缘计算结果；A2为多回路检测装置第N+1到2N个采样点所采样到的上述第二信号经过AD转换后的边缘计算结果；A3为多回路检测装置第2N+1到3N个采样点所采样到的上述第二信号经过AD转换后的边缘计算结果；其中k＝1到N、k＝N+1到2N、k＝2N+1到3N分别为三个相邻的3个采样周期的采样点。
(Iin_a)k为：多回路检测装置第k个采样点所采样到的第二信号经过AD转换后得到的数字信号，该第二信号为变电站输电线A相线上电流监测端口所连接电流处理电路输出的信号；
(Iin_b)k为：多回路检测装置第k个采样点所采样到的第二信号经过AD转换后得到的数字信号，该第二信号为变电站输电线B相线上电流监测端口所连接电流处理电路输出的信号；
(Iin_c)k为：多回路检测装置第k个采样点所采样到的第二信号经过AD转换后得到的数字信号，该第二信号为变电站输电线C相线上电流监测端口所连接电流处理电路输出的信号。
(2)根据上述边缘计算结果变电站输电线的输电情况进行判定：
判定边缘计算结果V1是否大于阈值ε1，若是，则表示变电站输电线存在电压，判定变电站输电线正在输电带电，否则判断变电站输电线不在输电；
判定边缘计算结果A1、A2和A3是否均大于阈值ε2，若是，则表示输电线上电流变化超出设定范围，判断输电线可能存在窃电行为。
其中阈值ε1可以设置为-N*VCC/4，阈值ε2可以设置为N*3*60。
综上，本发明基于5G+智慧杆建设变电全域物联网信息基础设施，能够整合变电站照明、传感器、视频、无线终端等多个智能化设备的信息与供电回路，利用多个不同电压等级的交直流混合供电，以及网口、光口、USB以及RS485等多个接口，实现变电站全场智能化设备的灵活接入和统一管理，降低变电站智能化信息基础设施的建设和管理难度。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于智慧杆和5G的变电站全域物联网系统，其特征在于，包括变电站监控中心、设置在变电站各位置的智慧杆和信息采集设备；
所述智慧杆中设置有动环管理一体机和超融合边缘装置；
所述动环管理一体机连接信息采集设备，用于获取信息采集设备采集到的信息，并且对采集到的信息进行监测判定，得到监测判定结果；
所述动环管理一体机连接到变电站输电线上，用于采集变电站输电线的电压和电流信号，并且根据电压和电流信号监测变电站输电线的输电情况；
所述动环管理一体机连接超融合边缘装置，用于将监测判定结果信息和变电站输电线的输电情况信息发送给超融合边缘装置，由超融合边缘装置进行汇聚、计算和存储处理；
所述超融合边缘装置通过5G通信模块与变电站监控中心进行通信，用于将其汇聚、计算和存储处理后的信息发送到变电站监控中心，并且用于接收变电站监控中心发送的控制指令。
2.根据权利要求1所述的基于智慧杆和5G的变电站全域物联网系统，其特征在于，所述信息采集系统包括设置在智慧杆上的第一信息采集设备和设置在智慧杆之外的第二信息采集设备；
所述动环管理一体机连接有第一无线通信模块，当所述第二信息采集设备中设置有第二无线通信模块时，所述第二信息采集设备通过第二无线通信模块和第一无线通信模块连接动环管理一体机。
3.根据权利要求1所述的基于智慧杆和5G的变电站全域物联网系统，其特征在于，还包括设置在智慧杆上的摄像头和/或显示器；所述摄像头连接超融合边缘装置，将所拍摄到的视频信息发送给超融合边缘装置，通过超融合边缘装置发送到变电站监控中心；
所述显示器连接超融合边缘装置，由超融合边缘装置控制显示器显示信息。
4.根据权利要求1所述的基于智慧杆和5G的变电站全域物联网系统，其特征在于，所述智慧杆中设置有检修门，检修门上设置有电子锁，所述电子锁连接超融合边缘装置；
所述检修门相应位置上设置有限位开关，所述限位开关连接动环管理一体机，动环管理一体机根据限位开关发送的信号检测检修门当前是否为打开状态。
5.根据权利要求1所述的基于智慧杆和5G的变电站全域物联网系统，其特征在于，超融合边缘装置设置以下一种或多种信息接口：网口、RJ485接口、USB接口和HDMI接口；超融合边缘装置通过信息接口连接各设备，
智慧杆上设置有多种电压的供电接口，为各设备进行供电；
动环管理一体机包括多路采样设备和锰铜片，多路采样设备通过锰铜片分别连接到各设备的供电回路中，用于检测各设备的电流，并且将检测到的各设备电流信息发送给超融合边缘装置；
上述设备包括智慧杆上的设备和/或智慧杆外部的设备。
6.根据权利要求1所述的基于智慧杆和5G的变电站全域物联网系统，其特征在于，所述动环管理一体机包括多回路检测装置、电压处理电路和电流处理电路；
所述变电站输电线的电压监测端口连接电压处理电路的输入端；
所述变电站输电线的电流监测端口连接各电流处理电路的输入端；
多回路检测装置连接电压处理电路和电流处理电路输出端，用于采集电压处理电路输出的第一信号以及各电流处理电路输出的第二信号，然后进行AD转换后进行边缘计算，根据边缘计算结果确定变电站输电线的输电情况。
7.一种基于权利要求1～6中任一项系统实现的变电站全域物联网系统的运行方法，其特征在于，包括：
信息采集模块将采集到的信息发送给动环管理一体机，由动环管理一体机进行监测判定，并且将监测判定结果信息发送给超融合边缘装置；
动环管理一体机采集变电站输电线的电压和电流信号，并且根据电压和电流信号监测变电站输电线的输电情况，然后将变电站输电线的输电情况信息传送给超融合边缘装置；
超融合边缘装置针对于从动环管理一体机接收到的信息，进行汇聚、计算和/或存储处理，然后将其汇聚、计算和/或存储处理后的信息发送到变电站监控中心；同时超融合边缘装置接收变电站监控中心发送的控制指令，根据控制指令的用途将控制指令发送给动环管理一体机，由动环管理一体机控制相应设备的状态，或者直接根据控制指令控制相应设备的状态。
8.根据权利要求7所述的变电站全域物联网系统的运行方法，其特征在于，还包括：
变电站监控中心通过各智慧杆中超融合边缘装置，获取到作为信息采集设备的温湿度传感器检测到的温度信息；根据各温湿度传感器在变电站的位置及其检测到的温度信息，生成变电站的热力分布图。
9.根据权利要求7所述的变电站全域物联网系统的运行方法，其特征在于，还包括非入侵式设备故障检测方法，具体过程如下：
针对于需要检测故障的设备，超融合边缘装置通过信息接口输出控制指令到设备中，控制设备执行相应的工作；
在设备执行工作的过程中，动环管理一体机多路采样设备通过锰铜片检测设备供电电路中的电流信息，并且将检测到的电流信息发送给超融合边缘装置；
超融合边缘装置将设备的电流信息和设备的电流参考信息进行对比，根据对比结果判定设备是否出现故障。
10.根据权利要求7所述的变电站全域物联网系统的运行方法，其特征在于，还包括非入侵式设备故障检测方法，具体过程如下：
针对于各设备，获取其历史执行过程中的暂态信号，从中提取出检测参数，
基于变电站设备历史的检测参数及状态训练得到人工智能参数模型；
当要针对设备进行故障检测时，超融合边缘装置通过信息接口输出控制指令到设备中，控制设备执行相应的工作；
在设备执行工作过程中，获取暂态信号，从中提取出检测参数；
将设备的检测参数输入到人工智能参数模型中，通过人工智能参数模型检测出设备的故障状态；
检测参数包括以下其中一种或几种：电流/电压平均值、电流/电压最大值、电流/电压最小值、电流/电压波形峰峰值、V-I图像、频率。
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