電能質量測試物聯(lián)網(wǎng)平臺搭建的研究

廖浩泉

（廣東電網(wǎng)有限責任公司江門供電局，廣東江門529000）

0 引言

為了切實維護電力部門和電力用戶的共同利益，保證電網(wǎng)的安全運行，凈化電氣環(huán)境，必須加強電力系統(tǒng)電能質量的管理，建立完善的電能質量監(jiān)測與分析系統(tǒng)，以便對電能質量進行準確的檢測、評估和分類。但是，目前電網(wǎng)電能質量測試工作仍存在以下問題：

（1）在變電站現(xiàn)場進行電能質量測試時往往需要較長的時間，有時甚至需要24 h及以上。在測量人員辦理了工作間斷手續(xù)離開現(xiàn)場后，可能會出現(xiàn)環(huán)境、其他人為或者測試分析儀等因素導致所使用的分析儀掉電從而丟失測試數(shù)據(jù)的情況。

（2）便攜式電能質量測試分析儀由于自身或者是內(nèi)置的儲存卡等因素問題，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)保存失敗或保存數(shù)據(jù)缺失的情況。

（3）數(shù)據(jù)的分析和比對缺乏利用人工智能技術和大數(shù)據(jù)技術的軟件平臺，當需分析的數(shù)據(jù)數(shù)量龐大時，人工無法完成分析。

為解決和完善上述問題，本項目開發(fā)了一款用于電能質量檢測的手機APP應用，其能對便攜式電能質量測試分析儀進行遠程監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析，防止測試數(shù)據(jù)丟失。

1 項目思路

1.1 數(shù)據(jù)采集

在工作場景部署好德國GMC-I高美測儀電能質量分析儀MAVOWATT 200系列產(chǎn)品，使用該電能信息采集儀器對電能質量數(shù)據(jù)進行采集。

圖1 實施方案技術路線

1.2 云端數(shù)據(jù)分析平臺搭建

首先搭建云端數(shù)據(jù)存儲和處理平臺。對使用德國GMC-I高美測儀電能質量分析儀MAVOWATT 200系列產(chǎn)品采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗，對不相關的、異常的數(shù)據(jù)進行規(guī)范化處理，將數(shù)據(jù)儲存到云平臺上。同時對數(shù)據(jù)進行篩選，從中提取出需要的、有用的、感興趣的數(shù)據(jù)，并對提取到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，通過數(shù)據(jù)可視化處理，把結果直觀地呈現(xiàn)給用戶。間隔一段時間，將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)按照不同維度、不同層次進行分析處理。根據(jù)數(shù)據(jù)的類型和特征，分別采用數(shù)據(jù)挖掘、人工智能、機器學習等方法，提取出未知的、有潛在價值的數(shù)據(jù)，并根據(jù)分析結果，及時調整電能設備。

1.3 手機前端交互APP應用開發(fā)

智能手機和云端數(shù)據(jù)分析平臺打通了4G、5G通信信道，搭建起整個物聯(lián)網(wǎng)平臺。手機通過訪問云服務器對外提供的接口，獲取經(jīng)過分析處理和可視化處理后的數(shù)據(jù)，并將其呈現(xiàn)在手機APP應用端上，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)從物理層到應用層的傳輸，提供了良好的人機交互應用，讓用戶可以實時查看電能質量參數(shù)，包括電壓偏差、諧波（50次）、間諧波、電壓電流不平衡度、電壓波動與閃變等。實施方案的技術路線如圖1所示，項目整體框架設計如圖2所示。

2 實施方案

2.1 設備工作流程

本項目使用德國GMC-I高美測儀電能質量分析儀MAVOWATT 240來監(jiān)控、分析和記錄公共電網(wǎng)系統(tǒng)和工業(yè)用電中的電能質量參數(shù)，云服務器可通過輸入蜂窩調制解調器的IP地址輕松地與電能質量分析儀MAVOWATT 240通信，獲取電能質量參數(shù)。間隔一段時間后，可對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)可視化，并對數(shù)據(jù)進行規(guī)范化存儲。

圖2 項目整體框架設計

手機APP可通過服務器提供的對外訪問的接口獲取對應數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)手機APP遠程查看信息的功能，以數(shù)據(jù)可視化后的圖表的形式將信息直觀地呈現(xiàn)給使用者，并且使用者還可在移動端按照不同維度對數(shù)據(jù)進行分析查詢。設備工作流程如圖3所示。

圖3 設備工作流程圖

2.2 云服務器功能

（1）從電能質量分析儀獲取到相應的電能檢測數(shù)據(jù)。

（2）將獲取到的信息進行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)可視化，并生成相應圖表。

（3）每隔一段時間對數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)挖掘。云服務器功能如圖4所示。

圖4 云服務器功能

2.3 手機APP的功能

（1）通過藍牙、5G信號實現(xiàn)對便攜式電能質量測試分析儀的遠程狀態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)的下載，實時掌握分析儀所處的監(jiān)控狀態(tài)，并且能夠遠程修改測試參數(shù)。當分析儀斷電后測試數(shù)據(jù)能夠自動保存，并且可通過APP將測試數(shù)據(jù)下載備份，防止數(shù)據(jù)丟失。

（2）通過該APP能夠遠程實時查看電能質量參數(shù)，包括電壓偏差、頻率偏差、諧波（50次）、間諧波、電壓電流不平衡度、電壓波動與閃變、基波及各次諧波有功、無功功率、功率因數(shù)、諧波電壓、電流的幅值及其相位、各次諧波電壓的含有率及其電壓總畸變率等。

（3）該APP能夠根據(jù)數(shù)據(jù)、波形、趨勢圖等測試結果生成各種曲線圖及報表。

（4）對于特殊負荷干擾或者容性元件的投切所引起的電能質量超標、系統(tǒng)電壓偏差、電流不平衡、諧振等暫態(tài)現(xiàn)象，該APP能夠在手機上進行報送提醒并記錄對應發(fā)生的時間。

該手機APP的主要功能如圖5所示。

圖5 手機APP主要功能

3 結語

對現(xiàn)有便攜式電能質量測試分析儀進行功能升級后，可實現(xiàn)對儀器的遠程控制，包括儀器狀態(tài)監(jiān)控和測試參數(shù)的修改、測試數(shù)據(jù)的儲存，防止數(shù)據(jù)丟失，還能夠通過手機查看實時數(shù)據(jù)，并根據(jù)測試結果生成各種曲線圖及報表，極大地提高了工作效率，可在電能質量技術監(jiān)督領域廣泛應用。