基于物联网的智能配电房监控系统的设计与实现

1. 引言

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

• 随着我国城市化进程的加快，对电力需求激增，传统的配电房管理模式已无法满足现代电网的需求。
• 传统的配电房管理模式无法有效地应对日益增长的电能负荷、复杂多变的电力供应环境以及对电力传输和分配效率的不断提升的要求。
• 因此，对传统的管理体系进行革新，引入更加先进和高效的技术和管理方法，以应对当前和未来可能出现的各种挑战，已成为必然趋势。

1.1.2 研究意义

• 研究并建立一套智能化、实用性高、可实时检测配电房内环境信息的配电房监控系统是很有必要的。
• 通过研究配电房环境数据与设备运行状况的关系，提出了一套配电房应用场景下的智能监控系统的设计方案。
• 在确保传感器等设备无安全隐患的前提下，利用现代最新的计算机技术、网络技术实现对配电房的动态监测和预警，保障机房设备的正常运行。
• 随着人们对能源安全和环境保护的意识日益增强，对电力系统的高效管理和能源利用提出了更高的要求。智能配电房的研究与应用将有助于提高电力系统的安全性和环保性。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

• 我国在针对它的监控系统的研究上投入了大量的人力和物力。
• 国内已采用了比较先进的遥控方式，比如采用了电子管和机械装置组成的监控体系，但存在着不可靠的问题。
• 进入60年代以后，我国对该系统进行了升级，集遥测、遥信、遥控三大模块为一体，但随之而来的是维护量增加，反应速度变慢。
• 60年代之后，我国又在三大模块的基础上融合了遥调模块，可靠性有了明显提高，但仍难以拓展。
• 随着市场竞争压力的增强，我们也需要对智能配电房提出更高的要求，制定更高的标准，在传统的配电房设计基础上，能够实现配电房监控系统的智能化、一体化。

1.2.2 国外研究现状

• 相对于国内来说，欧美等发达国家对智能配电房监控系统的研究起步早，周期长。
• 上世纪70年代，一些发达国家已经具备了较完善的配电房监控系统。
• 日本在1975年通过运用电子信息、计算机科学以及通信技术就开始组建配电房监控系统，并且取得了良好的社会与经济效益。
• 欧美地区也在上世纪80年代就开始制定了针对智能配电房的技术标准，并且有了一定的发展成果。
• 很多外国的城市都将通信的方式与方法相融合，以满足居民日常使用的需求为基础，进行了配电房监控系统的开发。
• 目前，国际上已经有了比较完善的环保设备，能够很好地适应智能化配电房的要求。

1.3 论文研究的主要内容

• 智能配电房监控系统以STM32F103C8T6芯片为主控智能终端，使用MAX471模块监测配电房内设备的电压与电流情况。
• 内置DHT11型温、湿度传感器，可对室内的温、湿度进行实时监控，在室内气温高于30℃时，蜂鸣器报警。
• 利用MQ2型烟气传感器对配电间的烟气含量进行监控，当探测到有火灾发生时，蜂鸣器报警提醒，并打开风扇通风。
• 通过MQ5气体传感器监测SF6气体浓度，当监测到SF6气体浓度过高时，需要打开风扇通风，以此来判断配电房内是否出现了局部放电现象。
• 模拟安装智能门锁，确保出现危险情况时自动打开配电房门锁。
• 同时，运用OneNET云平台的APP交互配置技术，可实现电脑端与手机端远程实时监控智能配电房状况。

2. 需求分析与总体设计

2.1 系统需求分析

2.1.1 总体需求分析

• 配电房是一个城市中能保证电网正常运行的必要设施，如果在日常生活中它出现了特殊的故障情况，将会对城市的整体或部分电网造成一定的影响，从而给居民生活用电带来不便。
• 配电房也要避免某些气体的泄漏，比如SF6气体，它是一种无色、无味、无毒的气体，但是浓度过高仍然可能会使人出现严重的缺氧情况，在某种程度上危害到人们的身体健康和生命安全。
• 电力系统的实际运营中，我们无法对其进行任何时间的检修，这不仅给工作人员带来了很大的负担，同时也给部分电力公司带来了经济上的负担。
• 通过对配电网进行智能化监测可以很好地克服上述问题，因此，在配电网中实现智能化监测已成为一种必然趋势。

2.1.2 功能需求分析

• 实时监视：该智能配电房监控系统能够对配电房内电气装置的工作状况、电压、电流等电气参量和温度、湿度等电气参数进行实时监视。
• 异常预警：在智能辅助监视系统检测到异常情况，比如温度升高、烟雾浓度过高等，会立刻发出警报，并用声音等各种形式向工作人员发出警告，从而使其能够得到迅速的处置，预防意外。
• 数据存储与分析：智能配电房监控系统能够实时采集和存储监测数据，并运用预先设定的程序对数据进行处理和分析。
• 远程监视：采用通讯模块联网的方式实现对配电房的远程监视。
• 可扩充性：本系统具备开放、可扩展的特点，便于与其他智能装置连接、整合。

2.2 系统的设计原则

2.2.1 安全可靠

• 在使用云平台部署设备时，要保护好设备运行时所产生的数据信息，充分重视设备的安全性和隐私性。

2.2.2 通信可靠

• 选择满足OneNET云平台接入需求并能保证网络数据实现可靠通信的通信协议。

2.2.3 易用

• 让使用者可以直接了解系统的状况及工作状况，并可依据本系统所反映的资讯，进行系统的各项作业。

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