專利名稱：基于建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的分布式諧波在線檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的分布式諧波在線檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，民用建筑配電系統(tǒng)中用電負(fù)荷結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變化，半導(dǎo)體整流器、晶間管調(diào)壓及變頻調(diào)整裝置等負(fù)荷迅速發(fā)展。一方面，這些現(xiàn)代用電設(shè)備對電能質(zhì)量的要求比傳統(tǒng)設(shè)備更高，容易受到?jīng)_擊；另一方面，這些基于電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的設(shè)備具有負(fù)荷非線性、沖擊性以及不平衡的用電特性，使民用建筑配電系統(tǒng)的波形畸變越來越嚴(yán)重，對電能質(zhì)量造成的干擾或污染也越來越嚴(yán)重。電力企業(yè)對輸配電線路的電能質(zhì)量監(jiān)測比較注重，相關(guān)的研究也較多，但電力用戶對建筑內(nèi)的供配電系統(tǒng)中的諧波檢測尚未有足夠的重視，更別說進(jìn)行全面的電能質(zhì)量監(jiān)測。現(xiàn)有研究大多數(shù)集中于建筑物內(nèi)的諧波預(yù)防和治理問題，但無論采用何種防治措施都必須先掌握建筑內(nèi)的諧波現(xiàn)狀，這些研究所采取的措施都是根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或者簡單的幾次離線測試得來的，缺乏大量詳實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。隨著建筑內(nèi)用電設(shè)備的不斷變化，這些治理方案的作用也未可知。因此，有學(xué)者從保證用電設(shè)備安全的角度出發(fā)提出要對建筑配電系統(tǒng)的諧波進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的檢測。在這些檢測方案中，大多數(shù)使用數(shù)字示波器或便攜式電能質(zhì)量監(jiān)測儀等儀器進(jìn)行現(xiàn)場測量。這些儀器具有使用方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)，但是每隔一兩個(gè)月就需要進(jìn)行一次定期檢測，由于每次的測試時(shí)間短，只能獲取測試期間的片面的諧波數(shù)據(jù)。劉金鳳等人研制了一種電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置，它功能強(qiáng)大，具有大屏幕液晶和鍵盤等人機(jī)接口，它集諧波檢測、 電壓偏差分析、頻率偏差分析、三相電壓不平衡度分析等多種功能為一體，適合用于監(jiān)測建筑IOkV進(jìn)線的電能質(zhì)量。但該裝置成本較高，不適合監(jiān)測建筑內(nèi)的多個(gè)設(shè)備或配電支路， 而過大的體積也使其較難安裝于設(shè)備的插座旁邊或配電箱內(nèi)。物聯(lián)網(wǎng)是指將各種信息傳感設(shè)備及系統(tǒng)，如傳感器網(wǎng)絡(luò)、射頻標(biāo)簽閱讀裝置、條碼與二維碼設(shè)備、全球定位系統(tǒng)、短距離無線自組織網(wǎng)絡(luò)等，通過各種接入設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來而形成的一個(gè)龐大的智能網(wǎng)絡(luò)。如果說互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了人與人之間的交流，那么物聯(lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)人與物之間的溝通和對話。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)使得建筑物內(nèi)的所有設(shè)備之間的互聯(lián)互通成為可能，并為人與設(shè)備之間的互動提供了新的途徑。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將分布于建筑物內(nèi)各個(gè)角落的諧波檢測終端通過無線網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)中，用戶可以隨時(shí)通過瀏覽器在線查看相關(guān)的諧波信息。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為解決目前建筑物內(nèi)諧波檢測方面存在的問題，提供一種基于建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的分布式諧波在線檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由遍布建筑物內(nèi)各個(gè)位置的諧波檢測終端(以下簡稱終端)實(shí)時(shí)采集設(shè)備或線路的電壓和電流信號，計(jì)算電壓和電流的有效值和各次諧波等參數(shù)，并將得到的各種數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)(以下簡稱網(wǎng)關(guān))上傳給服務(wù)器，由服務(wù)器上的軟件來完成大部分?jǐn)?shù)據(jù)處理功能。利用服務(wù)器強(qiáng)大的資源可以實(shí)現(xiàn)較大容量的信息存儲、更美觀的界面和更方便的操作，同時(shí)采用WEB技術(shù)將數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布出去，達(dá)到在線監(jiān)測和即時(shí)報(bào)警的目的。本實(shí)用新型不僅可用于檢測建筑物內(nèi)的諧波狀況，還可用于其它對電能質(zhì)量有較高要求的場合。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案—種基于建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的分布式諧波在線檢測系統(tǒng)，它包括若干個(gè)諧波檢測終端、若干個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)以及服務(wù)器，各諧波檢測終端通過相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器連接；其中，各諧波檢測終端采集相應(yīng)線路的電壓和電流信號，計(jì)算電壓和電流的有效值及各次諧波；無線網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)信息在無線網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)之間的雙向轉(zhuǎn)發(fā)；服務(wù)器包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和TOB服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)諧波數(shù)據(jù)的顯示、存儲、越限報(bào)警和WEB發(fā)布。所述諧波檢測終端包括微控制器I、信號調(diào)理電路、電壓互感器、電流互感器以及射頻收發(fā)器I，其中，電壓互感器、電流互感器采集相應(yīng)線路的電壓和電流信號，經(jīng)信號調(diào)理電路送入微控制器I的A/D轉(zhuǎn)換器，微控制器I計(jì)算電壓和電流的各次諧波和有效值并定時(shí)將這些數(shù)據(jù)經(jīng)射頻收發(fā)器I通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給無線網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，同時(shí)接收網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)來的遠(yuǎn)程查詢命令實(shí)現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)的即時(shí)召喚。所述微控制器I還與JTAG接口連接。所述無線網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)包括微控制器II、射頻收發(fā)器II、模擬量輸出端、數(shù)字量輸出端、開關(guān)量輸出端、以太網(wǎng)接口，其中微控制器II通過射頻收發(fā)器II與各諧波檢測終端通信，通過以太網(wǎng)接口與以太網(wǎng)通信；無線網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過無線網(wǎng)絡(luò)與所覆蓋范圍內(nèi)的諧波檢測終端通信，通過以太網(wǎng)接口就近接入大樓內(nèi)的局域網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在無線網(wǎng)絡(luò)和局域網(wǎng)之間的雙向轉(zhuǎn)發(fā)。所述服務(wù)器包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和TOB服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器負(fù)責(zé)與網(wǎng)關(guān)定時(shí)通信，獲取該建筑內(nèi)的原始諧波數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析后得到完整的數(shù)據(jù)并將其保存至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，WEB服務(wù)器負(fù)責(zé)將這些數(shù)據(jù)發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上，供用戶通過瀏覽器遠(yuǎn)程查看相關(guān)信息。本實(shí)用新型所利用的技術(shù)包括1.無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于諧波檢測終端分布較廣，本實(shí)用新型采用無線網(wǎng)絡(luò)作為終端與網(wǎng)關(guān)之間的通信網(wǎng)絡(luò)。這是因?yàn)樵诩扔薪ㄖ?nèi)單獨(dú)架設(shè)諸如485或現(xiàn)場總線之類的通信網(wǎng)絡(luò)無疑會增加建設(shè)成本和布線的困難，且某些終端可能需要安裝在配電箱內(nèi)，缺乏能夠連接到大樓局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)插座，因此必須找到一種成本低廉且沒有布線困難的通信網(wǎng)絡(luò)。作為物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)之一的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，它具有耗資小、安裝方便、維護(hù)和更新費(fèi)用低等優(yōu)勢，非常適用于對布線困難的區(qū)域進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，因?yàn)槲覀儾捎盟鳛楝F(xiàn)場設(shè)備層的通信網(wǎng)絡(luò)。2.工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)由于現(xiàn)代的建筑大多已經(jīng)建設(shè)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，幾乎每個(gè)房間都有信息插座，充分利用這些既有資源可以最大限度的降低系統(tǒng)建設(shè)成本，并且可以避免復(fù)雜的布線。以內(nèi)置以太網(wǎng)控制芯片的微控制器為核心構(gòu)建的嵌入式網(wǎng)關(guān)，可以方便地聯(lián)入大樓內(nèi)的局域網(wǎng)繼而接入互聯(lián)通過大樓內(nèi)的交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以及由雙絞線、光纖等組成的通信鏈路與應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行通信。3. WEB 技術(shù)整個(gè)服務(wù)器系統(tǒng)采用Browser/Server結(jié)構(gòu)。操作系統(tǒng)均采用Windows 2003 Server，開發(fā)工具采用的都是Visual Studio. Net，以C#作為開發(fā)語言。數(shù)據(jù)庫采用SQL SERVER 2005，TOB 服務(wù)的平臺采用 Internet Information Server(IIS)。傳統(tǒng)的三層 B/ S架構(gòu)一般分為表示層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)層，這種模式一般是由用戶通過提交請求數(shù)據(jù)經(jīng)業(yè)務(wù)層處理后再響應(yīng)用戶。但在基于WEB的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中，原始數(shù)據(jù)都是由現(xiàn)場設(shè)備周期性地發(fā)送而來，故而增加了一個(gè)數(shù)據(jù)采集層專門負(fù)責(zé)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。WEB服務(wù)器采用ASP. NET技術(shù)來實(shí)現(xiàn)動態(tài)網(wǎng)頁，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的刷新采用AJAX技術(shù)，可以保證數(shù)據(jù)刷新時(shí)頁面不會抖動。4.諧波分析算法諧波分析采用的是32點(diǎn)快速傅立葉變換(FFT)算法。以電流為例，采用該算法可
將一個(gè)周期內(nèi)的電流信號I (t)展開成傅立葉級數(shù)，即
權(quán)利要求1.一種基于建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的分布式諧波在線檢測系統(tǒng)，其特征是，它包括若干個(gè)諧波檢測終端、若干個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)以及服務(wù)器，各諧波檢測終端通過相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器連接；其中，各諧波檢測終端采集相應(yīng)設(shè)備或線路的電壓和電流信號，計(jì)算電壓和電流的有效值及各次諧波；無線網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)信息在無線網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)之間的雙向轉(zhuǎn)發(fā)；服務(wù)器包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和WEB服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)諧波數(shù)據(jù)的顯示、存儲、越限報(bào)警和WEB發(fā)布。
2.如權(quán)利要求1所述的基于建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的分布式諧波在線檢測系統(tǒng)，其特征是， 所述諧波檢測終端包括微控制器I、信號調(diào)理電路、電壓互感器、電流互感器以及射頻收發(fā)器I，其中，電壓互感器、電流互感器采集相應(yīng)線路的電壓和電流信號，經(jīng)信號調(diào)理電路送入微控制器I的A/D轉(zhuǎn)換器，微控制器I計(jì)算電壓和電流的各次諧波和有效值并定時(shí)將這些數(shù)據(jù)經(jīng)射頻收發(fā)器I通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給無線網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，同時(shí)接收網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)來的遠(yuǎn)程查詢命令實(shí)現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)的即時(shí)召喚。
3.如權(quán)利要求2所述的基于建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的分布式諧波在線檢測系統(tǒng)，其特征是， 所述微控制器I還與JTAG接口連接。
4.如權(quán)利要求1或2所述的基于建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的分布式諧波在線檢測系統(tǒng)，其特征是，所述無線網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)包括微控制器II、射頻收發(fā)器II、模擬量輸出端、數(shù)字量輸出端、開關(guān)量輸出端、以太網(wǎng)接口，其中微控制器II通過射頻收發(fā)器II與各諧波檢測終端通信，通過以太網(wǎng)接口與以太網(wǎng)通信；無線網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過無線網(wǎng)絡(luò)與所覆蓋范圍內(nèi)的諧波檢測終端通信，通過以太網(wǎng)接口就近接入大樓內(nèi)的局域網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在無線網(wǎng)絡(luò)和局域網(wǎng)之間的雙向轉(zhuǎn)發(fā)。
5.如權(quán)利要求1所述的基于建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的分布式諧波在線檢測系統(tǒng)，其特征是， 所述服務(wù)器包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和WEB服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器負(fù)責(zé)與網(wǎng)關(guān)定時(shí)通
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于建筑設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的分布式諧波在線檢測系統(tǒng)。它包括若干個(gè)諧波檢測終端、若干個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)以及服務(wù)器，各諧波檢測終端通過相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器連接；其中，各諧波檢測終端采集相應(yīng)設(shè)備或線路的電壓和電流信號，計(jì)算電壓和電流的有效值及各次諧波；無線網(wǎng)絡(luò)/以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)信息在無線網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)之間的雙向轉(zhuǎn)發(fā)；服務(wù)器包括應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和WEB服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)諧波數(shù)據(jù)的顯示、存儲、越限報(bào)警和WEB發(fā)布，實(shí)現(xiàn)了大容量的信息存儲、更美觀的界面和更方便的操作，將數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布出去，達(dá)到在線監(jiān)測和即時(shí)報(bào)警的目的，既可用于檢測建筑物內(nèi)的諧波狀況，還可用于其它對電能質(zhì)量有較高要求的場合。
文檔編號G01R23/16GK202093094SQ201120182758
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者張桂青, 段興超, 汪明, 申斌, 邵珠虹, 閆俏 申請人:山東建筑大學(xué)