電力物聯(lián)網(wǎng)的新能源與遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)研究

王 立

（江蘇能楹新能源科技發(fā)展有限公司，江蘇 南通 226600）

0 引 言

電力物聯(lián)網(wǎng)作為一種新型技術(shù)手段，能夠通過互聯(lián)網(wǎng)連接各種設(shè)備，并進(jìn)行智能化管理控制，為新能源技術(shù)的應(yīng)用提供更加便捷有效的解決方案。文章旨在研究電力物聯(lián)網(wǎng)的新能源與遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)，提高新能源系統(tǒng)的效率和可靠性，更好地掌握新能源系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和故障情況，從而進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性，為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供參考。

1 電力物聯(lián)網(wǎng)的新能源與遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)概述

1.1 電力物聯(lián)網(wǎng)的新能源

目前，電力物聯(lián)網(wǎng)的新能源主要包括太陽能光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電以及水能發(fā)電3種類型，可以有效降低傳統(tǒng)化石燃料對環(huán)境的影響。太陽能光伏發(fā)電是最常見的一種新能源形式。其將太陽光轉(zhuǎn)化為電能實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，具有環(huán)保、高效、清潔的特點(diǎn)。風(fēng)力發(fā)電也是一種重要的新能源形式，主要利用自然風(fēng)力產(chǎn)生動力，并將動能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行發(fā)電，得到廣泛應(yīng)用[1]。水能發(fā)電主要利用河流和湖泊等水源產(chǎn)生的動能作為動力來源進(jìn)行發(fā)電。此外，一些新能源形式正在被開發(fā)和推廣。例如：生物質(zhì)能是一種基于植物或動物廢棄物等有機(jī)物質(zhì)的能源形式，不僅能減少溫室氣體排放量，還能提高能源和資源利用率；核能和海洋熱能等新能源形式也在不斷發(fā)展。新能源的可靠性較低，容易出現(xiàn)故障或停運(yùn)現(xiàn)象，提高新能源的穩(wěn)定性和可靠性成為急需解決的問題。電力物聯(lián)網(wǎng)提出一種全新的解決方案，即智能控制系統(tǒng)。利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)處理能力，實(shí)現(xiàn)對新能源設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，從而提高新能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性[2]。

1.2 電力物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)

電力物聯(lián)網(wǎng)是一種新興技術(shù)，核心思想是將傳統(tǒng)的物理設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)連接起來，通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和處理，從而實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)中各種參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理。其中，電力遙測技術(shù)作為一種重要手段，廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)測。電力遙測技術(shù)是利用無線電波或其他電磁波信號來測量距離遠(yuǎn)大于常規(guī)通信距離的對象位置、速度或方向的一種技術(shù)。該技術(shù)可以有效提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，降低運(yùn)營成本，并為電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供有力支持。目前，電力遙測技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。例如：在發(fā)電廠內(nèi)部，可以通過遙測技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制發(fā)電機(jī)的溫度、轉(zhuǎn)速、電壓等；在電廠外部，可以利用遙測技術(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測和維護(hù)輸電線路、變電站、配電工程等。此外，隨著智能化程度的不斷提升和傳感器技術(shù)的發(fā)展，電力遙測技術(shù)不斷朝著更加精準(zhǔn)和高效的方向發(fā)展。因此，電力遙測技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景[3]。

1.3 電力物聯(lián)網(wǎng)的新能源與遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)的結(jié)合

通過對新能源設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和處理，可以更好地了解設(shè)備的工作狀態(tài)和性能特點(diǎn)，從而優(yōu)化其運(yùn)行方式。通過升級和改進(jìn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以更加準(zhǔn)確地掌握整個(gè)電網(wǎng)的狀態(tài)和故障情況，及時(shí)采取相應(yīng)的解決措施。實(shí)際應(yīng)用過程中，新能源與遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)的結(jié)合非常重要，可以通過數(shù)據(jù)采集提供實(shí)時(shí)的能量消耗量和發(fā)電能力等關(guān)鍵參數(shù)。這些數(shù)據(jù)可以用于控制和調(diào)節(jié)設(shè)備的運(yùn)行模式和功率輸出，從而達(dá)到最佳的節(jié)能效果。遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對電網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的全面監(jiān)控和管理，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)連接各種傳感器和監(jiān)控裝置，收集并傳輸大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而快速發(fā)現(xiàn)和定位故障點(diǎn)，并采取相應(yīng)的解決措施[4]。此外，各設(shè)備可以協(xié)同工作，形成一個(gè)完整的智能化電網(wǎng)。例如，通過將遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)與新能源設(shè)備數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以更精確地預(yù)測未來的負(fù)荷需求和供應(yīng)狀況，為電網(wǎng)調(diào)度做出更好的決策[5]。

2 電力物聯(lián)網(wǎng)的新能源與遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

電力物聯(lián)網(wǎng)的新能源與遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)主要由電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、通信模塊、控制模塊、傳感器模塊以及用戶界面模塊組成。其中，電源模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分。該模塊采用太陽能電池板作為供電源，能夠?qū)崿F(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行。由于太陽能電池板具有可再生特性，可有效解決環(huán)境污染和資源浪費(fèi)問題。通信模塊采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通信，傳輸速率高且覆蓋范圍廣，能夠滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控需求，為系統(tǒng)提供高效的數(shù)據(jù)傳輸通道。控制模塊通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)設(shè)備的智能化控制。實(shí)際應(yīng)用中，可以利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法建模和預(yù)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)，以便更好地掌握電網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)變化規(guī)律。傳感器模塊是采集和傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的重要環(huán)節(jié)，主要包括溫度傳感器、電壓傳感器以及電流傳感器等多種類型的傳感器設(shè)備，準(zhǔn)確獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)并將其傳輸至控制中心。用戶界面模塊能夠?yàn)榻K端用戶提供直觀的用戶交互方式，便于用戶了解系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)設(shè)置等情況。

通過各個(gè)模塊之間的協(xié)同工作，電力物聯(lián)網(wǎng)的新能源與遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)、變壓器等關(guān)鍵部件的全面監(jiān)控和管理。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在電力物聯(lián)網(wǎng)的新能源與遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中，軟件設(shè)計(jì)至關(guān)重要。為實(shí)現(xiàn)對新能源的監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)測功能，需要構(gòu)建一個(gè)完整的軟件架構(gòu)，用于支持各種數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲以及分析。該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括模塊劃分、接口定義以及關(guān)鍵技術(shù)等。整個(gè)系統(tǒng)的軟件分為控制中心層和節(jié)點(diǎn)層2個(gè)層次?？刂浦行膶又饕?個(gè)子模塊，分別是數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及數(shù)據(jù)展示模塊。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)獲取傳感器數(shù)據(jù)并將其上傳到數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)處理模塊用于預(yù)處理數(shù)據(jù)和計(jì)算操作，從而提取有用的信息。數(shù)據(jù)展示模塊則可以將處理后的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶，以便用戶進(jìn)行查看和分析。節(jié)點(diǎn)層主要包括4個(gè)子模塊，分別是通信模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及數(shù)據(jù)發(fā)布模塊。通信模塊負(fù)責(zé)建立和維護(hù)節(jié)點(diǎn)之間的通信鏈路。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)接收來自控制中心的指令和數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理模塊的功能與控制中心層的數(shù)據(jù)處理模塊相同，用于對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和計(jì)算操作，以提取有用的信息。數(shù)據(jù)發(fā)布模塊可將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送回控制中心，以便后續(xù)處理。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

同時(shí)，需要考慮安全性、可靠性以及易用性等問題。為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，需要采用多種備份機(jī)制和故障恢復(fù)策略。此外，需要確保系統(tǒng)的界面友好性和使用便利性，以提高用戶的滿意度和使用率。

2.3 系統(tǒng)監(jiān)測界面設(shè)計(jì)

在電力物聯(lián)網(wǎng)的新能源與遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)中，監(jiān)控儀表是至關(guān)重要的組成部分，主要作用是實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制電網(wǎng)設(shè)備，以保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。電力物聯(lián)網(wǎng)的新能源與遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)采用基于Web前端開發(fā)的技術(shù)，通過網(wǎng)頁瀏覽器顯示數(shù)據(jù)。為提高用戶體驗(yàn)和操作效率，采用響應(yīng)式布局的設(shè)計(jì)方式，在頁面上設(shè)置不同的區(qū)域，而每個(gè)區(qū)域都對應(yīng)一個(gè)特定的功能模塊。例如：主頁上的左側(cè)欄位可以展示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)；右側(cè)欄位用于顯示各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)情況；底部欄位用于顯示一些常用功能按鈕，包括開關(guān)電源和重啟等。此外，系統(tǒng)監(jiān)測界面加入了一些交互元素，如滑動條和彈出框等，便于用戶快速訪問所需要的信息。除了界面設(shè)計(jì)的優(yōu)化，在系統(tǒng)中增加一些實(shí)用功能。例如，可以通過點(diǎn)擊某個(gè)設(shè)備圖標(biāo)進(jìn)入該設(shè)備的具體狀態(tài)頁面，或者通過搜索欄查找需要的設(shè)備名稱或身份標(biāo)識號（Identity Document，ID）。同時(shí)，考慮一些安全問題，如權(quán)限管理和加密傳輸?shù)取?/p>

2.4 電力物聯(lián)網(wǎng)的新能源與遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)測試

電力物聯(lián)網(wǎng)的新能源與遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷，提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率和安全性。一方面，需要確定需要的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和傳感器類型。為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，采用多種類型的傳感器進(jìn)行組合使用。采集數(shù)據(jù)包括電壓、電流、溫度等多種參數(shù)。這些傳感器通過無線通信模塊連接控制單元，并向控制單元發(fā)送數(shù)據(jù)。另一方面，需要考慮如何處理和分析這些數(shù)據(jù)。

利用基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的預(yù)測模型來識別發(fā)電機(jī)的異常情況，計(jì)算公式為

式中：P(y|x)為輸出變量的概率分布函數(shù)；w為權(quán)重矩陣；x為輸入樣本；y為輸出；b為偏置項(xiàng)；||·||為二乘運(yùn)算。該模型可以通過訓(xùn)練得到最優(yōu)的參數(shù)值，從而有效預(yù)測發(fā)電機(jī)的狀態(tài)變化，如過流和欠壓等。同時(shí)，系統(tǒng)提供用戶界面和報(bào)警功能，便于管理人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的解決措施。系統(tǒng)測試如圖3所示。電力物聯(lián)網(wǎng)新能源與遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷，具有較高的精度和穩(wěn)定性。

圖3 系統(tǒng)測試

3 結(jié) 論

通過分析電力物聯(lián)網(wǎng)的新能源與遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)的基本理論，得出該技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。文章通過設(shè)計(jì)電力物聯(lián)網(wǎng)的新能源與遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)了新能源的遠(yuǎn)程監(jiān)測，可為未來電力系統(tǒng)的智能化建設(shè)提供重要參考。