专利名称：基于建筑设备物联网的分布式谐波在线检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于建筑设备物联网的分布式谐波在线检测系统。
背景技术：
近年来随着现代科学技术的迅猛发展，民用建筑配电系统中用电负荷结构发生了重大变化，半导体整流器、晶间管调压及变频调整装置等负荷迅速发展。一方面，这些现代用电设备对电能质量的要求比传统设备更高，容易受到冲击；另一方面，这些基于电力电子技术和计算机技术的设备具有负荷非线性、冲击性以及不平衡的用电特性，使民用建筑配电系统的波形畸变越来越严重，对电能质量造成的干扰或污染也越来越严重。电力企业对输配电线路的电能质量监测比较注重，相关的研究也较多，但电力用户对建筑内的供配电系统中的谐波检测尚未有足够的重视，更别说进行全面的电能质量监测。现有研究大多数集中于建筑物内的谐波预防和治理问题，但无论采用何种防治措施都必须先掌握建筑内的谐波现状，这些研究所采取的措施都是根据以往的设计经验或者简单的几次离线测试得来的，缺乏大量详实的数据基础。随着建筑内用电设备的不断变化，这些治理方案的作用也未可知。因此，有学者从保证用电设备安全的角度出发提出要对建筑配电系统的谐波进行快速、准确的检测。在这些检测方案中，大多数使用数字示波器或便携式电能质量监测仪等仪器进行现场测量。这些仪器具有使用方便、灵活的优点，但是每隔一两个月就需要进行一次定期检测，由于每次的测试时间短，只能获取测试期间的片面的谐波数据。刘金凤等人研制了一种电能质量在线监测装置，它功能强大，具有大屏幕液晶和键盘等人机接口，它集谐波检测、 电压偏差分析、频率偏差分析、三相电压不平衡度分析等多种功能为一体，适合用于监测建筑IOkV进线的电能质量。但该装置成本较高，不适合监测建筑内的多个设备或配电支路， 而过大的体积也使其较难安装于设备的插座旁边或配电箱内。物联网是指将各种信息传感设备及系统，如传感器网络、射频标签阅读装置、条码与二维码设备、全球定位系统、短距离无线自组织网络等，通过各种接入设备与互联网结合起来而形成的一个庞大的智能网络。如果说互联网实现了人与人之间的交流，那么物联网可以实现人与物之间的沟通和对话。物联网技术的出现使得建筑物内的所有设备之间的互联互通成为可能，并为人与设备之间的互动提供了新的途径。采用物联网技术可以将分布于建筑物内各个角落的谐波检测终端通过无线网络和以太网接入互联网中，用户可以随时通过浏览器在线查看相关的谐波信息。
发明内容
本发明的目的就是为解决目前建筑物内谐波检测方面存在的问题，提供一种基于建筑设备物联网的分布式谐波在线检测系统，该系统由遍布建筑物内各个位置的谐波检测终端(以下简称终端)实时采集设备或线路的电压和电流信号，计算电压和电流的有效值和各次谐波等参数，并将得到的各种数据通过无线网络/以太网网关(以下简称网关)上传给服务器，由服务器上的软件来完成大部分数据处理功能。利用服务器强大的资源可以实现较大容量的信息存储、更美观的界面和更方便的操作，同时采用WEB技术将数据通过互联网发布出去，达到在线监测和即时报警的目的。本发明不仅可用于检测建筑物内的谐波状况，还可用于其它对电能质量有较高要求的场合。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案—种基于建筑设备物联网的分布式谐波在线检测系统，它包括若干个谐波检测终端、若干个无线网络/以太网网关以及服务器，各谐波检测终端通过相应的无线网络/以太网网关与服务器连接；其中，各谐波检测终端采集相应线路的电压和电流信号，计算电压和电流的有效值及各次谐波；无线网络/以太网网关实现信息在无线网络和以太网之间的双向转发；服务器包括应用服务器、数据库服务器和TOB服务器，实现谐波数据的显示、存储、越限报警和WEB发布。所述谐波检测终端包括微控制器I、信号调理电路、电压互感器、电流互感器以及射频收发器I，其中，电压互感器、电流互感器采集相应线路的电压和电流信号，经信号调理电路送入微控制器I的A/D转换器，微控制器I计算电压和电流的各次谐波和有效值并定时将这些数据经射频收发器I通过无线网络发送给无线网络/以太网网关，同时接收网关转发来的远程查询命令实现对各种数据的即时召唤。所述微控制器I还与JTAG接口连接。所述无线网络/以太网网关包括微控制器II、射频收发器II、模拟量输出端、数字量输出端、开关量输出端、以太网接口，其中微控制器II通过射频收发器II与各谐波检测终端通信，通过以太网接口与以太网通信；无线网络/以太网网关通过无线网络与所覆盖范围内的谐波检测终端通信，通过以太网接口就近接入大楼内的局域网，从而实现数据在无线网络和局域网之间的双向转发。所述服务器包括应用服务器、数据库服务器和TOB服务器，应用服务器负责与网关定时通信，获取该建筑内的原始谐波数据，经过计算和统计分析后得到完整的数据并将其保存至数据库服务器中，WEB服务器负责将这些数据发布到互联网上，供用户通过浏览器远程查看相关信息。本发明所利用的技术包括1.无线网络技术由于谐波检测终端分布较广，本发明采用无线网络作为终端与网关之间的通信网络。这是因为在既有建筑内单独架设诸如485或现场总线之类的通信网络无疑会增加建设成本和布线的困难，且某些终端可能需要安装在配电箱内，缺乏能够连接到大楼局域网的网络插座，因此必须找到一种成本低廉且没有布线困难的通信网络。作为物联网核心技术之一的无线传感器网络，它具有耗资小、安装方便、维护和更新费用低等优势，非常适用于对布线困难的区域进行远程监测，因为我们采用它作为现场设备层的通信网络。2.工业以太网技术由于现代的建筑大多已经建设了计算机网络，几乎每个房间都有信息插座，充分利用这些既有资源可以最大限度的降低系统建设成本，并且可以避免复杂的布线。以内置以太网控制芯片的微控制器为核心构建的嵌入式网关，可以方便地联入大楼内的局域网继而接入互联通过大楼内的交换机、路由器等网络节点以及由双绞线、光纤等组成的通信链路与应用服务器进行通信。3. WEB 技术整个服务器系统采用Browser/Server结构。操作系统均采用Windows 2003 krver，开发工具采用的都是Visual Studio. Net，以C#作为开发语言。数据库采用SQL SERVER 2005，TOB 服务的平台采用 Internet Information Server(IIS)。传统的三层 B/ S架构一般分为表示层、业务层和数据层，这种模式一般是由用户通过提交请求数据经业务层处理后再响应用户。但在基于WEB的实时监控系统中，原始数据都是由现场设备周期性地发送而来，故而增加了一个数据采集层专门负责采集现场数据。WEB服务器采用ASP. NET技术来实现动态网页，实时数据的刷新采用AJAX技术，可以保证数据刷新时页面不会抖动。4.谐波分析算法谐波分析采用的是32点快速傅立叶变换(FFT)算法。以电流为例，采用该算法可
将一个周期内的电流信号I (t)展开成傅立叶级数，即
权利要求
1.一种基于建筑设备物联网的分布式谐波在线检测系统，其特征是，它包括若干个谐波检测终端、若干个无线网络/以太网网关以及服务器，各谐波检测终端通过相应的无线网络/以太网网关与服务器连接；其中，各谐波检测终端采集相应设备或线路的电压和电流信号，计算电压和电流的有效值及各次谐波；无线网络/以太网网关实现信息在无线网络和以太网之间的双向转发；服务器包括应用服务器、数据库服务器和WEB服务器，实现谐波数据的显示、存储、越限报警和WEB发布。
2.如权利要求1所述的基于建筑设备物联网的分布式谐波在线检测系统，其特征是， 所述谐波检测终端包括微控制器I、信号调理电路、电压互感器、电流互感器以及射频收发器I，其中，电压互感器、电流互感器采集相应线路的电压和电流信号，经信号调理电路送入微控制器I的A/D转换器，微控制器I计算电压和电流的各次谐波和有效值并定时将这些数据经射频收发器I通过无线网络发送给无线网络/以太网网关，同时接收网关转发来的远程查询命令实现对各种数据的即时召唤。
3.如权利要求2所述的基于建筑设备物联网的分布式谐波在线检测系统，其特征是， 所述微控制器I还与JTAG接口连接。
4.如权利要求1或2所述的基于建筑设备物联网的分布式谐波在线检测系统，其特征是，所述无线网络/以太网网关包括微控制器II、射频收发器II、模拟量输出端、数字量输出端、开关量输出端、以太网接口，其中微控制器II通过射频收发器II与各谐波检测终端通信，通过以太网接口与以太网通信；无线网络/以太网网关通过无线网络与所覆盖范围内的谐波检测终端通信，通过以太网接口就近接入大楼内的局域网，从而实现数据在无线网络和局域网之间的双向转发。
5.如权利要求1所述的基于建筑设备物联网的分布式谐波在线检测系统，其特征是， 所述服务器包括应用服务器、数据库服务器和WEB服务器，应用服务器负责与网关定时通信，获取该建筑内的原始谐波数据，经过计算和统计分析后得到完整的数据并将其保存至数据库服务器中，若谐波畸变率等指标超出设定的限值则立即报警，WEB服务器负责将这些数据发布到互联网上，供用户通过浏览器远程查看相关信息。
全文摘要
本发明涉及一种基于建筑设备物联网的分布式谐波在线检测系统。它包括若干个谐波检测终端、若干个无线网络/以太网网关以及服务器，各谐波检测终端通过相应的无线网络/以太网网关与服务器连接；其中，各谐波检测终端采集相应设备或线路的电压和电流信号，计算电压和电流的有效值及各次谐波；无线网络/以太网网关实现信息在无线网络和以太网之间的双向转发；服务器包括应用服务器、数据库服务器和WEB服务器，实现谐波数据的显示、存储、越限报警和WEB发布，实现了大容量的信息存储、更美观的界面和更方便的操作，将数据通过互联网发布出去，达到在线监测和即时报警的目的，既可用于检测建筑物内的谐波状况，还可用于其它对电能质量有较高要求的场合。
文档编号G01R23/16GK102331525SQ20111014622
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月1日 优先权日2011年6月1日
发明者张桂青, 段兴超, 汪明, 申斌, 邵珠虹, 闫俏 申请人:山东建筑大学