刘晔

摘要：电力监测仪是电力系统中非常重要的设备，能够对电网中的电压、电流等参数进行测试。随着物联网技术的产生，无人值守的智能监测仪得到了较快的发展。文章对电力参数测量进行介绍，对基于物联网的智能电力监测仪展开研究，并设计出在移动终端工作的监测软件。

关键词：电力监测仪；物联网；智能化；移动终端；电力系统；电力设备 文献标识码：A

中图分类号：TM933 文章编号：1009-2374（2016）31-0027-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.31.014

电力和人们的生产生活息息相关，但是在电力传输和使用的过程中经常会出现参数的突变，导致电流波形的不稳定和电压的畸变。这种突变容易造成安全事故的发生，对于人们的生产和生活影响意义重大。目前的电力监测设备基本都是在供电所、变电站等电力供应厂商处，用来对电力系统维护和维修，但是大部分电力监测设备体积较大，而且功能结构单一，必须放置在使用现场，工作人员在现场时刻观察，记录参数，使用非常不便。近年来由于物联网技术的快速发展，硬件设备产生的数据可以通过物联网传输到计算机当中，这为智能电力监测仪的发展提供了新的思路。

1 电力参数的测量方式

目前的电力参数测量常用的方式有三种，分别是交流采样、直流采样、FFT采样。（1）交流采样是按一定的规律对被测交流电气信号的瞬时值进行采样，获得用数字量表示的离散时间采样值序列，并通过对采样值序列进行数值分析计算获取被测信号的信息；（2）直流采样即采集经过变送器整流后得直流量；（3）FFT采样是将离散的采样值经过离散傅立叶变换（DFT）转换到频域，求出基波和谐波分量，再求出有效值及功率，实际使用中可以采用快速傅立叶变换（FFT）以提高运算速度。测量数据通过RS232或RS485传输给仪器控制界面，控制界面可以采用工控机、嵌入式主板等来实现，通过对数据进行操作和处理，计算出电流有效值、电压有效值、谐波分量、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等相关参数。

2 物联网技术在智能电力监测仪的应用

基于传统电力监测仪的携带不便、功能结构单一的弊端，利用物联网技术是能够研究出智能化电力监测设备的。近年来物联网技术应用非常广泛，物联网是三网融合的关键，通过物联网可以将硬件设备采集到的数据传输给计算机网络，用户通过计算机网络能够了解到测试的数据和信息。系统在采集到数据以后，数据在传输给监测仪的同时利用Zig Bee无线传感器和网关将数据通过MQTT物联网传输协议输到互联网服务器中。网络包括了有线网络和网关、内部网络，必须建立各个网络节点。外部网络主要是指互联网，利用互联网可以将数据快速地传输给用户；内部网络主要是在智能电力监测仪的内部传感器，可以将数据通过无线模块（例如NRF2401芯片）传输给网络。数据在进入互联网以后，用户可以利用计算机访问系统（使用B/S模式），也可以利用智能手机访问系统（使用C/S模式），系统地提供数据支持和服务。这样用户就能够实时接收数据，也可以设置数据的报警界限，随时随地关注监测的结果。

3 基于物联网的智能电力监测仪的研究

3.1 系统开发模式设计

根据对智能电力监测仪的研究，采用B/S和C/S混合开发的模式是比较理想的，用户可以使用计算机登录互联网访问系统，也可以通过手机软件访问系统。B/S模式划分为四层，即客户层、页面层、业务层以及EIS层，各层在系统中承担着不同的任务。C/S模式划分为三层，即软件界面层、业务逻辑层、数据访问层。

3.2 系统硬件设计

系统的硬件应该包括采集部分、处理模块和无线发射模块，由于采集部分和处理模块设计非常成熟，但是需要使用的无线发射模块必须设计，选用的无线模块是NRF2401，这种无线发射模块传输速度快、效率高、距离远，在室内布置无线接收点以后就能够接收到产生的数据。同时硬件的无线传输关键是制定通信协议，只有良好的通信协议才能够完成数据的传输，系统共涉及四种电力参数，设定格式为<校验位，电力参数1，电力参数2，电力参数3，电力参数4，校验位>。通过固定格式参数的发送，可以有效避免错误数据的产生，为防止误报，上位机实行三次连续侦听的机制，判读数据的准确性。硬件电路的设计框图如图1所示。

3.3 系统软件设计

系统软件主要有两个版本：一是在计算机中使用的程序（基于web访问）；二是基于Android系统使用的APP软件。PC机系统采用的是B/S访问模式，具有系统登录、实时数据显示、即时测量、报警界限设置、故障预警、历史数据查询六大功能。（1）系统登录。用户凭借用户名和密码登录系统。如果用户名和密码不正确，不能登录系统；（2）实时数据显示。系统能够实时接收网络传输的数据，并将数据传输给计算机；（3）即时测量功能。用户使用该功能能够即时对电力数据进行检测；（4）报警界限设置。用户可以设置报警的界限值；（5）故障报警。当电力设备出现故障、电力传输设备出现故障的时候系统会出现故障报警；（6）历史数据查询。数据能够存储在计算机当中，用户可以根据记录的日期查询监测的数据。基于Android的App软件采用的是C/S模式。具有三大功能：（1）实时监测。可以利用手机软件实时接收监测的数据，并查看这些数据；（2）故障报警。能够在出现异常的时候报警，提醒用户注意电力参数突变；（3）历史数据查询。数据存储在手机中，可以根据记录的日期查看监测的数据。

3.4 系统拓扑结构设计

网络的传输设计是比较复杂的，首先通过无线传输模块将数据传输给接收终端，然后利用Zig Bee技术在各个节点进行数据传输，Zig Bee技术属于近距离、复杂程度较小、低功耗的无线双向通信技术，能够在多个频段实现信息的传递和传输，具有多个支节点。数据传递以后最终通过网关发送到服务器当中，由于采用了混合的开发模式，用户根据模式的不同可以选择不同的数据访问模式。其中B/S模式基于WEB API访问，必须具有访问接口，利用接口来对数据进行访问。C/S模式的访问系统利用移动4G网络对数据库服务器进行访问，获取其中的数据。

4 智能电力监测仪的特点

智能电力监测仪的使用非常广泛，发展也很迅速，尤其是近年来由于移动通信技术的快速发展，带动了嵌入式设备的进一步更新。例如中电科技四十一所的手持式电力监测仪就属于其中的一种，可以移动操作，远距离数据传输。总体来说，智能电力监测仪具有以下特点：（1）使用便利、功能丰富。智能电力监测仪是一整套系统，由多个模块和子系统组成，通过这个系统可以实现无人值守的功能；（2）智能化程度高。未来三网融合已经成为大的趋势，电力监测、煤气监测、光照监测逐步融入到物联网当中；（3）可靠性高。系统出现故障就会提示用户注意，相比传统设备来说可靠性程度更高。

5 结语

本文对电力监测仪的采样模式进行了研究和分析，基于这个思路提出了基于物联网的电力监测仪的观点，并针对系统的硬件和软件部分进行了设计。智能化的电力监测仪不仅仅具有电力参数的监测功能，而且是一个完整的系统，可以将监测到的数据传输给用户，而本文提出的观点正是结合了这个理念，为电力监测仪的发展提供了探索。

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