1.本发明涉及低压配电设备技术领域，尤其涉及一种基于云平台的智能低压开关柜及其控制方法。
背景技术：
2.近年来随着配电设备趋近智能化、信息化、小型化，低压开关柜也成了提质增效、转化升级的重点。低压开关柜是输电配电和电能转换的一个重要环节，广泛应用于发电厂、民用建筑、配电室等行业，现有抽屉式低压开关柜的断路器抽屉常常伴、部件机械故障多等问题，经常发生的故障增加了运行和维修成本。尤其是抽屉式断路器内部在配置完断路器、互感器、二期接线、仪表之后，其柜体内部布局不合理导致较大的空间未被利用，这造成了空间上较大的浪费，尤其是在紧凑的机房内，设备扩展和维护非常不便。
3.另外，现有低压开关柜断路器的监控主要是通过有线网络将断路器的数据传输至控制室的控制柜，并在控制柜的后台上进行事后监控，故障后通常需要维修人员到场维修。随着大数据时代的到来，基于云平台的低压开关柜断路器状态的监控和控制成为了普遍关注的焦点。基于现有设备的不足，要提升整体低压柜的可靠性、减轻一线维护人员工作量，需要实现断路器小型化和智能化的改进。
技术实现要素：
4.有鉴于此，本发明提出了一种内部结构紧凑、空间利用率高、可远程维护、安全可靠的基于云平台的智能低压开关柜及其控制方法。
5.本发明的技术方案是这样实现的：
6.一方面，本发明提供了一种基于云平台的智能低压开关柜，包括柜体(1)、若干进线母排(2)、若干配电母排(3)、若干抽出式智能断路器(4)、传感检测单元(5)、柜体控制器(6)和云端服务器(7)；
7.柜体(1)内部中空，柜体竖直延伸方向的一端内部设置有第一隔板(11)，第一隔板(11)水平设置并将所述柜体内部分隔为第一腔体(100)和第二腔体(200)；柜体的侧表面上开设有第一窗口(12)，第一窗口(12)与第二腔体(200)内部连通；第二腔体(200)内沿竖直方向依次设置有若干断路器放置位(201)；
8.若干进线母排(2)，固定设置在柜体(1)远离第一窗口(12)方向的第二腔体(200)内，各进线母排(2)均沿着竖直方向延伸设置，相邻的进线母排(2)之间平行且间隔设置；
9.若干配电母排(3)，固定设置在柜体(1)远离第一窗口(12)方向的第二腔体(200)内，各配电母排(3)的一端与柜体内表格固定连接，配电母排(3)的另一端朝着第一窗口(12)所在方向水平延伸；一方面各配电母排(3)沿水平方向与各进线母排(2)交错排布且间隔设置；另一方面配电母排(3)还沿着进线母排(2)的竖直延伸方向间隔设置；
10.若干抽出式智能断路器(4)，与第二腔体(200)内的各断路器放置位(201)一一对应设置，抽出式智能断路器(4)远离第一窗口(12)的一端还设置有进线端和出线端；进线端
与各进线母排(2)一一对应电性连接，出线端与各配电母排(3)一一对应电性连接；抽出式智能断路器(4)与柜体(1)可拆卸式连接；
11.传感检测单元(5)，设置在第二腔体(200)内，传感检测单元(5)分别检测各抽出式智能断路器(4)的分闸电流、合闸电流或者线圈电流，并输出相应的检测信号至柜体控制器(6)；
12.柜体控制器(6)，设置在第一腔体(100)内，柜体控制器(6)获取传感检测单元(5)发出的检测信号，得到相应的检测数据，柜体控制器(6)还与抽出式智能断路器(4)远程设置的云端服务器(7)通信连接；柜体控制器(6)将检测数据发送至云端服务器(7)中；
13.其中，维护人员登陆云端服务器(7)，通过身份验证后通过云端服务器(7)向柜体控制器(6)发出相应的分闸或者合闸指令。
14.在以上技术方案的基础上，优选的，所述柜体(1)的第二腔体(200)内设置有若干第二隔板(13)，第二隔板(13)成对设置在柜体第二腔体(200)内表面，各第二隔板(13)的一端与近第一窗口(12)处的柜体(1)内表面固定连接，第二隔板(13)的另一端水平的向着柜体(1)的中部位置延伸，各第二隔板(13)还沿着柜体(1)的竖直延伸方向分层间隔设置并将第二腔体(200)靠近第一窗口(12)的部分分隔成若干断路器放置位(201)。
15.进一步优选的，所述柜体(1)内还设置有若干横梁(14)和若干出线端子(15)，横梁(14)固定设置在柜体(1)内第二腔体(200)内远离第一窗口(12)的一端，横梁(14)的两端分别抵接在柜体相对设置的内表面；各横梁(14)沿着进线母排(2)的竖直延伸方向间隔设置；各横梁(14)还与所在的断路器放置位(201)对应的配电母排(3)固定连接；各出线端子(15)分别贯穿横梁(14)并与横梁(14)水平延伸方向对应连接的配电母排(3)一一对应电性连接，各出线端子(15)的另一端远离第一窗口(12)的方向朝柜体(1)内部延伸。
16.进一步优选的，所述传感检测单元(5)设置在抽出式智能断路器(4)内部靠近进线端或者出线端处，传感检测单元(5)包括霍尔元件u1、运放单元u2、第一处理器u3、分合闸单元和第一无线传输单元u4；霍尔元件u1的输出端与运放单元u1的同相输入端和反相输入端电性连接，运放单元u2的输出端与第一处理器u3的adc端口电性连接；第一处理器u3还分别与分合闸单元和第一无线传输单元u4电性连接；第一无线传输单元还与柜体控制器(6)信号连接；分合闸单元选择性的动作，使抽出式智能断路器(4)分闸或者合闸。
17.更进一步优选的，所述抽出式智能断路器(4)靠近第一窗口(12)的一端还设置有触摸屏单元，触摸屏单元与第一处理器u3的串口电性连接；柜体控制器(6)根据传感检测单元(5)发出的检测信号，得到相应的检测数据后，将检测数据由第一处理器u3发送至触摸屏单元输出显示。
18.再进一步优选的，所述柜体控制器(6)，包括第二处理器u5、第二无线传输单元u6、第三无线传输单元u7和第四无线传输单元u8，第二处理器u5分别与第二无线传输单元u6、第三无线传输单元u7和第四无线传输单元u8电性连接；第二无线传输单元u6与第一无线传输单元u4信号连接；第三无线传输单元u7或者第四无线传输单元u8择一的与云端服务器(7)通信连接。
19.另一方面，本发明还提供了一种基于云平台的智能低压开关柜的控制方法，包括以下步骤：
20.s1：按照上述的结构配置基于云平台的智能低压开关柜及云端服务器(7)；
21.s2：在柜体控制器(6)内建立基于密码验证的抽出式智能断路器(4)的分闸操作与合闸操作的验证码确认环节；
22.s3：由传感检测单元(5)定期检测柜体内各抽出式智能断路器(4)，并获取各抽出式智能断路器(4)的运行参数，并定期上传至柜体控制器(6)和云端服务器(7)中；
23.s4：柜体控制器(6)对获取的抽出式智能断路器(4)的运行参数，选取运行参数中的绝缘电阻、分闸电流、合闸电流、分闸时间、合闸时间、线圈电流峰值和线圈电流平均变化率作为特征值，建立抽出式智能断路器(4)运行状态的特征集；
24.s5：基于抽出式智能断路器(4)运行状态的特征集建立抽出式智能断路器(4)的故障诊断模型；从特征集中选取不同的特征值分别作为训练集和测试集；建立诊断模型并进行训练；
25.s6：设定基于诊断模型输出结果的第一阈值和第二阈值，第二阈值大于第一阈值；当诊断模型对应的输出结果不超过第一阈值，表示抽出式智能断路器(4)运行状态正常；第一阈值<当诊断模型对应的输出结果<第二阈值，表示抽出式智能断路器(4)运行状态有恶化趋势，柜体控制器(6)分别向抽出式智能断路器(4)和云端服务器(7)发出提示信号；诊断模型对应的输出结果超过第二阈值，表示对应的抽出式智能断路器(4)不能继续使用，需要更换，柜体控制器(6)分别向抽出式智能断路器(4)和云端服务器(7)发出警告信号。
26.进一步优选的，所述建立基于密码验证的抽出式智能断路器(4)的分闸操作与合闸操作的验证码确认环节，是建立三次验证，第一次验证是由维护人员通过预先注册的账号登陆云端服务器(7)，随后进入第二次验证：柜体控制器(6)向云端服务器(7)发送随机动态密码，维护人员按照随机动态密码输入，输入错误返回登陆云端服务器(7)界面，随机动态密码验证成功则进入第三次验证：输入抽出式智能断路器(4)在云端服务器(7)的预留密码，维护人员输入预留密码后，预留密码在柜体控制器(6)进行本地验证；通过全部三次验证后维护人员才能在云端服务器(7)进一步输入抽出式智能断路器(4)的分闸或者合闸指令。
27.进一步优选的，所述建立抽出式智能断路器(4)运行状态的特征集，是将特征值绝缘电阻a1、分闸电流a2、合闸电流a3、分闸时间a4、合闸时间a5、线圈电流峰值a6和线圈电流平均变化率a7作为特征集a，a＝(a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7)；传感检测单元(5)定期检测柜体内各抽出式智能断路器(4)并获得一次对应的各特征，形成一个特征集a的样本；对该样本进行归一化处理：
28.其中a
ik
为第i个特征的第k次数据；a
ikmax
和a
ikmin
分别为a
ik
的最大值和最小值；归一化处理后得到特征向量集计算矩阵b＝a
*t
a
*
得到对应的特征值；从特征特征向量集a
*
中获取训练集和测试集，令输入层神经元为7，输出层神经元数目为10，调节常数为5，隐含层神经元数目为10；采样神经网络算法的训练函数traingd，最大失败次数为5，最小梯度要求0.01，算法参数mu的初始值0.001，算法参数mu的最大值为100；得到输出结果。
29.进一步优选的，所述第一阈值选取抽出式智能断路器(4)的出厂检验报告试验值的极大值；第二阈值选取抽出式智能断路器(4)的出厂检验报告试验值的极大值的1.3倍。
30.本发明提供的一种基于云平台的智能低压开关柜及其控制方法，相对于现有技术，具有以下有益效果：
31.(1)本发明采用了紧凑布局，交错间隔设置的进线母排和配电母排能够节省布线空间，降低开关柜的整体体积，在较小空间布置更多的抽出式智能断路器；
32.(2)第二腔体内设置的第二隔板将其分隔为若干断路器放置位，每个断路器放置位根据需要可放置一台或者两台抽出式智能断路器，提高了柜体的适用范围；
33.(3)柜体和横梁分别固定了进线母排和配电母排，使得插接状态的进线端和出线端分别与进线母排和配电母排对应连接，实现了进线母排和配电母排的隔离；
34.(4)传感检测单元一方面能够获取抽出式智能断路器分闸、合闸或者运行时的相应的性能参数，并通过触摸屏单元输出显示，还能接收柜体控制器的指令，执行分闸或者合闸动作；
35.(5)柜体控制器一方面接收传感检测单元的检测信号，还能与远程的云端服务器进行通信和检测数据的云端储存；
36.(6)云端服务器负责对维护人员远程登录相应的抽出式智能断路器进行三次不同的身份验证，确保系统安全，降低被入侵风险；
37.(7)柜体控制器采样神经网络算法，对传感检测单元获取的检测数据构建训练集和测试集，通过设定两个阈值对抽出式智能断路器的运行状态进行判定，发出相应的提示或者告警信息，降低维护人员的工作强度。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为本发明一种基于云平台的智能低压开关柜及其控制方法的柜体与抽出式智能断路器的组合状态前视图；
40.图2为本发明一种基于云平台的智能低压开关柜及其控制方法的移除部分侧表面的柜体与抽出式智能断路器的组合状态立体图；
41.图3为本发明一种基于云平台的智能低压开关柜及其控制方法的抽出式智能断路器的后视图；
42.图4为图2中某一断路器放置位与抽出式智能断路器的组合状态后视图；
43.图5为图4的a—a向剖视图；
44.图6为图4的b—b向剖视图；
45.图7为本发明一种基于云平台的智能低压开关柜及其控制方法的传感检测单元的接线图；
46.图8为本发明一种基于云平台的智能低压开关柜及其控制方法的柜体控制器的接线图；
47.图9为本发明一种基于云平台的智能低压开关柜及其控制方法的基于密码验证的抽出式智能断路器的分闸操作与合闸操作的验证码确认环节的流程图；
48.图10为本发明一种基于云平台的智能低压开关柜及其控制方法的抽出式智能断路器故障诊断流程图。
具体实施方式
49.下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
50.如图1—图8所示，本发明的技术方案是这样实现的：
51.一方面，本发明提供了一种基于云平台的智能低压开关柜，包括柜体1、若干进线母排2、若干配电母排3、若干抽出式智能断路器4、传感检测单元5、柜体控制器6和云端服务器7；
52.柜体1内部中空，柜体竖直延伸方向的一端内部设置有第一隔板11，第一隔板11水平设置并将所述柜体内部分隔为第一腔体100和第二腔体200；柜体的侧表面上开设有第一窗口12，第一窗口12与第二腔体200内部连通；第二腔体200内沿竖直方向依次设置有若干断路器放置位201；柜体1是开光的框架基础，用于形成除云端服务器7以外的设备放置空间。
53.若干进线母排2，固定设置在柜体1远离第一窗口12方向的第二腔体200内，各进线母排2均沿着竖直方向延伸设置，相邻的进线母排2之间平行且间隔设置；进线母排2可采用铜排的三线或者四线制结构。进线母排2与外部的电能输入设备连接。
54.若干配电母排3，固定设置在柜体1远离第一窗口12方向的第二腔体200内，各配电母排3的一端与柜体内表格固定连接，配电母排3的另一端朝着第一窗口12所在方向水平延伸；一方面各配电母排3沿水平方向与各进线母排2交错排布且间隔设置；另一方面配电母排3还沿着进线母排2的竖直延伸方向间隔设置；配电母排3可与进线母排2相对于的设置为三线制或者四线制，配电母排3与外部的用电设备连接。
55.若干抽出式智能断路器4，与第二腔体200内的各断路器放置位201一一对应设置，抽出式智能断路器4远离第一窗口12的一端还设置有进线端和出线端；进线端与各进线母排2一一对应电性连接，出线端与各配电母排3一一对应电性连接；进线端和出线端均设置有卡槽，卡槽卡接在进线母排2或者配电母排3上。抽出式智能断路器4与柜体1可拆卸式连接；为保证用电安全，防止误动作抽出式智能断路器4，在抽出式智能断路器4与柜体1之间通常设置有锁定抽出式智能断路器4当前位置的机构，如锁具等。
56.传感检测单元5，设置在第二腔体200内，传感检测单元5分别检测各抽出式智能断路器4的分闸电流、合闸电流或者线圈电流，并输出相应的检测信号至柜体控制器6；传感检测单元5还能驱动抽出式智能断路器4实现分闸或者合闸动作。
57.柜体控制器6，设置在第一腔体100内，柜体控制器6获取传感检测单元5发出的检测信号，得到相应的检测数据，柜体控制器6还与抽出式智能断路器4远程设置的云端服务器7通信连接；柜体控制器6将检测数据发送至云端服务器7中；
58.本发明在使用时，维护人员可以远程登陆云端服务器7，通过身份验证后通过云端服务器7向柜体控制器6发出相应的分闸或者合闸指令，由传感检测单元5指定分闸或者合
闸动作，实现远程操作或者维护。
59.为了更好的了利用柜体1内的有限空间，柜体1的第二腔体200内设置有若干第二隔板13，第二隔板13成对设置在柜体第二腔体200内表面，各第二隔板13的一端与近第一窗口12处的柜体1内表面固定连接，第二隔板13的另一端水平的向着柜体1的中部位置延伸，各第二隔板13还沿着柜体1的竖直延伸方向分层间隔设置并将第二腔体200靠近第一窗口12的部分分隔成若干断路器放置位201。
60.根据柜体1的规格，如常见的高度2200，宽度500，深度800—1000mm的柜体，可以用第二隔板13将第二腔体200分隔成9—10个断路器放置位201。第二隔板13将柜体1分割为若干相邻的断路器放置位201，根据需求，可以更改该处的抽出式智能断路器4的数量。例如，负载电流小于400a时，可以在断路器放置位201放置两台100—400a的抽出式智能断路器；如果负载电流大于400a小于800a时，在断路器放置位201放置一台400—800a的抽出式智能断路器。
61.为了限定各进线母排2与各配电母排3之间的间距，柜体1内还设置有若干横梁14和若干出线端子15，横梁14固定设置在柜体1内第二腔体200内远离第一窗口12的一端，横梁14的两端分别抵接在柜体相对设置的内表面；各横梁14沿着进线母排2的竖直延伸方向间隔设置；各横梁14还与所在的断路器放置位201对应的配电母排3固定连接；各出线端子15分别贯穿横梁14并与横梁14水平延伸方向对应连接的配电母排3一一对应电性连接，各出线端子15的另一端远离第一窗口12的方向朝柜体1内部延伸。横梁14同时固定了配电母排3与出线端子15，便于外部用电设备更好的接线，也防止进线母排2与配电母排3发生干涉而短路。
62.传感检测单元5设置在抽出式智能断路器4内部靠近进线端或者出线端处，传感检测单元5包括霍尔元件u1、运放单元u2、第一处理器u3、分合闸单元和第一无线传输单元u4；霍尔元件u1的输出端与运放单元u1的同相输入端和反相输入端电性连接，运放单元u2的输出端与第一处理器u3的adc端口电性连接；第一处理器u3还分别与分合闸单元和第一无线传输单元u4电性连接；第一无线传输单元还与柜体控制器6信号连接；分合闸单元选择性的动作，使抽出式智能断路器4分闸或者合闸。图7给出了一种传感检测单元的接线图，具体由霍尔元件u1进行检测，随后由运放单元u2放大霍尔元件u1的输出信号并输入第一处理器u3的adc端口中。抽出式智能断路器4靠近第一窗口12的一端设置有触摸屏单元，触摸屏单元与第一处理器u3的串口电性连接；柜体控制器6根据传感检测单元5发出的检测信号，得到相应的检测数据后，将检测数据由第一处理器u3发送至触摸屏单元输出显示。图中，第一处理器u3通过第一无线传输单元u4与柜体控制器6通信。芯片u10为触摸屏控制器。jd1为继电器，通过第一处理器u3的输出信号使得继电器线圈吸合，实现抽出式智能断路器4的分闸或者合闸动作。
63.图8给出了一种柜体控制器6与云端服务器7信号连接的接线图，柜体控制器6包括第二处理器u5、第二无线传输单元u6、第三无线传输单元u7和第四无线传输单元u8，第二处理器u5分别与第二无线传输单元u6、第三无线传输单元u7和第四无线传输单元u8电性连接；第二无线传输单元u6与第一无线传输单元u4信号连接；第三无线传输单元u7或者第四无线传输单元u8择一的与云端服务器7通信连接。第二无线传输单元u6与第一无线传输单元u4相匹配，均采用程度亿佰特电子科技有限公司的wifi模块e103，可利用机房内的预设
wifi信号进行通信。第三无线传输单元u7成对配置在第二处理器u5和云端服务器7处，实现lora无线通信。第四无线传输单元u8也成对设置在第二处理器u5和云端服务器7处，通过4g或类似的运营商网络进行远距离通信。
64.另外，本发明还提供了一种基于云平台的智能低压开关柜的控制方法，包括以下步骤：
65.s1：按照上述的结构配置基于云平台的智能低压开关柜及云端服务器7；
66.s2：在柜体控制器6内建立基于密码验证的抽出式智能断路器4的分闸操作与合闸操作的验证码确认环节；
67.s3：由传感检测单元5定期检测柜体内各抽出式智能断路器4，并获取各抽出式智能断路器4的运行参数，并定期上传至柜体控制器6和云端服务器7中；
68.s4：柜体控制器6对获取的抽出式智能断路器4的运行参数，选取运行参数中的绝缘电阻、分闸电流、合闸电流、分闸时间、合闸时间、线圈电流峰值和线圈电流平均变化率作为特征值，建立抽出式智能断路器4运行状态的特征集；
69.s5：基于抽出式智能断路器4运行状态的特征集建立抽出式智能断路器4的故障诊断模型；从特征集中选取不同的特征值分别作为训练集和测试集；建立诊断模型并进行训练；
70.s6：设定基于诊断模型输出结果的第一阈值和第二阈值，第二阈值大于第一阈值；当诊断模型对应的输出结果不超过第一阈值，表示抽出式智能断路器4运行状态正常；第一阈值<当诊断模型对应的输出结果<第二阈值，表示抽出式智能断路器4运行状态有恶化趋势，柜体控制器6分别向抽出式智能断路器4和云端服务器7发出提示信号；诊断模型对应的输出结果超过第二阈值，表示对应的抽出式智能断路器4不能继续使用，需要更换，柜体控制器6分别向抽出式智能断路器4和云端服务器7发出警告信号。
71.如图9所示，上述步骤s2中，建立基于密码验证的抽出式智能断路器4的分闸操作与合闸操作的验证码确认环节，是建立三次验证，第一次验证是由维护人员通过预先注册的账号登陆云端服务器7，随后进入第二次验证：柜体控制器6向云端服务器7发送随机动态密码，维护人员按照随机动态密码输入，输入错误返回登陆云端服务器7界面，随机动态密码验证成功则进入第三次验证：输入抽出式智能断路器4在云端服务器7的预留密码，维护人员输入预留密码后，预留密码在柜体控制器6进行本地验证；通过全部三次验证后维护人员才能在云端服务器7进一步输入抽出式智能断路器4的分闸或者合闸指令。如果任一验证环节的密码连续输错三次，则禁止远程分闸或合闸操作。
72.上述步骤s3中，建立抽出式智能断路器4运行状态的特征集，是将特征值绝缘电阻a1、分闸电流a2、合闸电流a3、分闸时间a4、合闸时间a5、线圈电流峰值a6和线圈电流平均变化率a7作为特征集a，a＝(a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7)；传感检测单元5定期检测柜体内各抽出式智能断路器4并获得一次对应的各特征，形成一个特征集a的样本；对该样本进行归一化处理：
73.其中a
ik
为第i个特征的第k次数据；a
ikmax
和a
ikmin
分别为a
ik
的最大值和最小值；归一化处理后得到特征向量集计算矩阵b＝a
*t
a
*
得到对应的特征值；从特征特征向量集a
*
中获取训练集和测试集，令输入层神经元为7，输出层神经元数目为10，调节常数为5，隐含层神经元数目为10；采样神经网络算法的训练函数traingd，最大失败次数为5，最小梯度要求0.01，算法参数mu的初始值0.001，算法参数mu的最大值为100；得到输出结果。
74.上述步骤s4中，第一阈值选取抽出式智能断路器4的出厂检验报告试验值的极大值；第二阈值选取抽出式智能断路器4的出厂检验报告试验值的极大值的1.3倍。
75.以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。