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摘要：随着煤矿建设智能化程度越来越高，构建智能电力监控系统以实现对矿井生产的有效监控显得尤为重要。 首先分析了矿井电力监控系统存在的主要问题，然后介绍了基于智能化矿井电力监控系统的设计过程。 最后提出了加强智能电力监控系统的措施，以保证智能电力监控系统的正常使用。

关键词：智能矿山； 电力监控系统； 应用方法

0 前言

矿山开采工作比较复杂，涉及井下开采人员、设备和生产环节的管理。 随着智能技术的快速发展，现代信息技术和自动控制技术也在不断发展，这对智能矿山建设提出了更高的要求。 传统矿井电力监控系统一般采用计算机网络技术，无法实现对井下设备的控制，不能及时反馈环境信息和设备状态。

因此，在传统电力监控系统的基础上，通过大数据技术和云计算，完成矿井监控的可视化、调度一体化和控制自动化，有利于提高煤矿安全，加强煤矿安全生产。生产经营管理水平。 由此可见，研究智能矿山电力监控系统的应用方法具有重要意义。

1 矿用电力监控系统存在的主要问题

目前，虽然对电力监控系统及相关设备进行了大量研究，但缺乏数据的合理应用，数据库需要存储大量关于电力数据的监控值，这也是电力监控系统需要解决的关键问题。 在实际应用过程中，电力监控系统主要存在以下问题。

1.1 工作人员无法根据监测数据发现安全隐患。

监控系统的主要功能是对矿山的信息参数进行监控，不能很好地处理异常数据，缺乏对数据的预测功能。 人机交互界面无法保证工作人员提前了解信息参数。

1.2 缺乏对安全监控信息的深入分析和利用

大数据分析已经成为一种被广泛应用的数据分析方法，能够找出数据背后的价值信息，从而为科学决策提供依据，在各个行业有着广泛的应用。 煤矿开采也要加强数据信息的分析和应用，确保多方监测一体化。

1.3 预测模型智能化程度低。

电力监控系统主要以安全信息的监测和控制为主，并提供简单的反馈，但不能实现危险程度的判断和事故的预警。 此外，停电控制、分级报警、区域停电等功能还需要进一步完善，因此电力监控系统的智能化水平也有待提高。

2 基于智能矿山的智能电力监控系统设计

2.1 系统设计

电力监控系统采用了自动化技术、计算机网络技术和信息技术三项技术。 它集保护、监测、控制、通讯等多种功能于一体。 专业。 电力监控系统采用客户端/服务器（/，C/S）结构设计，同时还具有支持Web浏览的结构，即浏览器/服务器（/，B/S）。系统采用变电站实现“五遥”功能的一次主设备，即遥测、遥信、遥控、遥调、遥视。 根据运行数据判断负荷设备的运行状态，实现对二次设备和辅助设备的远程控制和管理，并与煤矿安全监控系统进行数据交互，实现电力系统更加智能化的管理

2.2 系统结构与组成

系统设计采用分布式、模块化的理念，主要分为五层，如图1所示，分别为设备层、区间层、控制层、管理层和决策层。 . 控制层和间隔层通过以太网传输控制协议/网际协议（/，TCP/IP）进行数据传输； 间隔层和设备层通过-RTU和协议进行通信。 充分考虑不同的数据传输方式，统一数据传输标准，根据现场不同系统实现各煤矿的电力监控功能。

设备层主要包括一些电力系统采集设备的终端，如电力保护装置、功能仪表、电力监测装置等。电力监测系统间隔层设备采用分布式安装方式，各设备相互独立彼此之间，并且仅通过通信网络连接。 井下层间层设备通常采用-RTU和协议进行通信。 Modus-RTU通过井下变电站就近与井下控制环网交换机相连，通过光纤与地面生产指挥中心相连。 控制层包括主站监控系统和通信服务器。 主站监控系统完成实时数据采集、数据处理、远程控制等功能，通信服务器完成网络转换、智能设备接入和远程主站通信。 构建信息层自动化数据展示平台，通过面向对象技术完成安全绩效、监测数据等不同信息的综合处理，为科学决策和管理提供参考。 管理层主要作为生产过程中的执行系统，主要包括综合平台管理、运维、设备运行管理、生产数量控制等多项功能。 通过对生产过程的精细化管理，有效解决管理层和过程控制层存在的故障问题，提高运营管理效率和信息化水平。 决策层根据信息层上报的监测信息，结合实际情况进行决策。 决策的实施需要各部门通力合作，整合子系统的各种信息，实现数据的快速整合，形成科学合理的决策方法。

系统以多种协议的形式兼容监控监控设备，与多个系统进行数据交互。 该系统以变电站为单位，变电站的作用是连接数据通道与主传输通道。 系统还具有历史趋势曲线打印、报表查询等功能，可根据用户要求定制各种报表、图形和曲线。 应用数据共享，实现信息网络发布的自动报警和预测分析功能。 此外，结合视频监控系统和门禁系统，可实现地面和地下变配电的无人值守和有人值守的目的。

2.3 子系统接入设计

2.3.1 子系统接入方式

根据子系统的设计特点，可以采用三种访问方式。

上位机访问。 这种方式是在服务器的帮助下，通过以太网和对象链路以及嵌入式过程控制（OPC）等接口协议完成与子系统主机的信息交换。 访问结构如图2所示。

可编程逻辑控制器 (PLC) 访问。 对于自动控制系统，服务器通过以太网与PLC接口相连，安装在采集服务器中，实现与生产综合监控系统服务器的信息交互功能。 访问结构如图3所示。

嵌入式控制访问。 对于嵌入式控制的子系统电力监控，利用内部，服务器通过以太网和接口协议实现子系统之间的连接。 接入结构如图4所示，根据智能矿山子系统的设计特点，采用PLC接口。 子系统连接时，将采集到的数据信息进行整合分析，形成图表，为管理层的决策提供参考。

2.3.2 数据交互方式

数据交互的方式主要有三种，OPC、Open （vity、ODBC）、File （FTP）。 其中OPC采用微软组件技术设计，采用C/S架构模式处理本地和网络节点的服务器信息，监控系统可直接读取数据，安全性高。 ODBC在数据库的基础上进行交互。 虽然实时性较差，效率比较低，但是实时性较差的数据可以根据数据结构，通过访问数据接口写入相应的数据库表，从而使电力监控系统能够获取数据库接口完成信息获取。 FTP是一种基于文件的交互方式电力监控，实时性差，工作效率低。 主要作为传输工具，将设定的文件格式传输到采集服务器，方便电力监控系统完成数据分析。

3 智能电力监控系统的发展方向

3.1 传感器控制器的开发

在电力监控系统的工作过程中，传感器控制器起着非常重要的作用，保证传感器控制器的稳定性和安全性非常重要。 现阶段常用的传感器基本可以满足电流和电压的生产需要，但还存在一些需要密切关注的问题。 在传感器的寿命、性能和可靠性方面，与国外相关产品相比，还有待进一步提高。 为满足整体生产的性能要求，有必要加强对传感器控制器的研究和改进。

3.2 引入煤矿监测新技术

现阶段电力监控系统基本可以满足运行需要，但其性能在安全系数方面仍存在一些缺陷，如部分产品跳闸、定位速度慢等。 要解决这一问题，就必须加强对目标技术的研究和设计。 此外，还可以通过电流中断的方式避免因电压波动而造成的停电问题。 高压选择性漏电保护系统不受电弧功率等因素的影响，具有较强的抵抗力和对过渡电阻的敏感性。 这些技术在一定程度上提高了系统的安全性，增强了数据处理和采集的能力。

3.3 电力监控系统主站改进

矿山电力监控中心可安装6台监控服务器和工业电力监控计算机，避免计算机病毒破坏等问题。 另外，为进一步提高监控系统的可靠性和安全性，可采用Linux中文操作系统进行升级安装，主要包括千兆网络交换服务器、光纤网络交换服务器、电源系统、信息发布系统.

4 Acrel-2000Z电力监控系统方案

4.1 概述

针对用户变电站（一般电压等级为35kV及以下），由微机保护装置、开关柜综合测控装置、电接点无线测温产品、电能质量在线监测装置、环境监测设备等组成配电室、电弧保护装置。 完善的自动化监控系统，实现变电、配电、用电的安全运行和管理。 监控范围包括用户变电站、开关站、变电站和配电室等。

Acrel-2000Z电力监控系统是艾克瑞电气有限公司根据电力系统自动化、无人值守运行要求，针对35kV及以下电压等级开发的分层分布式变电站监控管理系统。 该系统是利用电力自动化技术、计算机技术、网络技术和信息传输技术，集保护、监测、控制、通讯等功能为一体的开放式、网络化、单元化、可组态的系统。 适用于35kV及以下电压等级的城市电网、农村电网及用户变电站的变电站，可实现对变电站的控制和管理，满足变电站无人值守或少人值守的需要，提供坚实的保障为变电站的安全、稳定、经济运行。

4.2 申请地点

适用于轨道交通、工业、建筑、学校、商业综合体等35kV及以下用户供配电自动化系统的工程设计、施工、运行维护。

4.3 系统架构

Acrel-2000Z电力监控系统采用分层分布式设计，可分为三层：站控管理层、网络通信层和现场设备层。 组网方式可以是标准组网结构、光纤星型组网结构、光纤环网组网结构，根据用户用电规模、用电设备分布和占地面积等信息综合考虑组网方式。

4.4 系统功能

4.4.1 实时监控：

直观显示配电网运行状态，实时监测各回路电气参数信息，动态监测各配电网相关故障、告警等信号。

4.4.2 电参数查询：

在配电图中，可以直接查看电路的详细电气参数。

4.4.3 曲线查询：

可以直接查看各个电参数的曲线。

4.4.4 运行报表：

查询指定时间各电路或设备的运行参数。

4.4.5 实时报警：

具有实时报警功能，系统可对配电线路遥信位移、保护动作、事故跳闸等事件进行报警。

4.4.6 历史事件查询：

存储和管理事件记录，方便用户追溯系统事件和告警的历史记录，查询统计，分析事故。

4.4.7电能统计报表：

系统具有定时抄表和汇总统计功能，用户可以自由查询自系统正常运行以来任意时间段内各配电节点的用电量。

4.4.8 用户权限管理：

设置用户权限管理功能，可以定义不同级别用户的登录名、密码和操作权限。

4.4.9 网络拓扑图：

支持对各设备通信状态的实时监控和诊断，能够完整展示整个系统的网络结构。

4.4.10电能质量监测：

可连续监测整个配电系统的电能质量和供电可靠性。

4.4.11 遥控功能：

可对整个配电系统内的设备进行远程控制操作。

4.4.12故障录波：

当系统出现故障时，能自动准确记录故障前后过程中各种电量的变化。

4.4.13 事故召回：

可自动记录事故时间前后的所有实时稳态信息。

4.4.14 网络访问：

显示页面显示变电站、变压器、监控点数、设备通讯状态、用电分析、事件记录等通用信息。

4.4.15 APP接入：

器件数据页面显示各器件的电参数数据和曲线。

4.5 系统硬件配置

5 结论

通过对智能电力监控系统在智慧矿山的应用方法研究，智能电力监控系统的应用和改进可以实现井下变电站无人值守，既减轻了工作人员的工作压力，提高了工作效率，又提高了矿井供电网络自动化水平。 随着智能矿山的发展，要求煤矿电力监控系统向网络化、一体化方向发展，同时集成控制技术、数据库技术、计算机技术等多种智能技术。 因此，有必要合理应用智能电力监控系统，为生产提供重要的安全保障，促进煤炭企业的可持续发展。

通过智能化用电负荷控制与监测系统，对智能配电设备的数字化信息进行采集和处理，实现配电站少人值班或无人值守，为电力系统规划的制定提供决策依据设计和发电计划。 本文着重介绍一种新型电力负荷控制与监测系统的设计方法。 在性能可靠、精度高、功耗低、体积小的基础上，该方法更适用于负载管理、功率分析、功率采集、多种控制方式、优化功耗分析等功能需求，能够满足电源负载侧 管理各种应用需求。

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l 系统工作原理

图1所示为该系统的工作原理框图。 本系统采用适合嵌入式系统设计的主处理器； 接口电路主要完成脉冲量、开关量和模拟量的采集，主处理电路负责其计算，形成各种电力、电表读数、需量、电流、电压等实时数据。 然后主处理电路根据这些实时数据和主站下发的工作参数进行闭环管理，同时将这些实时数据通过I2C总线发送给显示驱动电路，然后通过LCD液晶模块显示出来。 当主站召回信息时，系统会将这些数据通过GPRS传回主站。 同时主处理板控制相应的继电器，达到闭环控制和远程控制的目的。 本系统突出模块化设计，各部分功能相对独立，尽量避免各模块程序之间的交叉链接。 因此具有良好的可扩展性，可以减少日后程序修改和维护的工作量，同时提高程序的可读性、可靠性和稳定性，使远程升级和维护成为可能。

2 主要模块功能

2.1 数据收集

本系统的数据采集首先是状态量的采集。 即实时采集位置状态等状态信息，发生位移时记录到内存中，并根据需要设置等待主站查询或主动上报主站。

二是电能表数据采集。 通常情况下，终端可以通过RS-485通讯接口，按照设置的终端抄表日，对电表数据进行采集和存储。 每个用电管理终端可同时抄读多个电度表。 数据存储器可存储两个抄表周期的电量（月末或抄表日的零点数据），并可在主站要求计量时发送给主站，也可定期发送到主站。

交流模拟量采集是指终端利用计量芯片实时测量用户侧三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电度、无功电度等瞬时值, 准确度通常为 0.5%。

2.2 阴性对照功能

(1)功率定值控制

功率定值控制分为四种控制模式，其优先级从低到高依次为周期控制、停厂控制、报关停控制、电流掉电浮点控制。 终端可根据主站下达的功率控制周期、功率定值、定值浮动系数、告警时间、控制轮次等指令修改相应的控制方式和控制参数，并可通过声音告警通知客户. 终端在自动执行过程中，可以在LCD上显示设定值、控制对象、执行结果等。

(2)电能定值控制

电能定值闭环控制分为月度电能控制、外购电能（费）控制、提醒报警三种控制类型。

(3) 遥控功能

终端接收到主站的跳闸控制命令后，根据设定的告警延时时间和限电时间控制被控负荷开关； 同时，终端应有声音报警通知客户，并记录跳闸时间、跳闸圈数、跳闸前功率、跳闸后2min功率等，终端显示器应显示执行结果。 当终端接收到主站允许关闭控制命令时，将通过声音报警通知客户允许客户关闭。 当终端接收到主站的允许/禁止呼叫和允许/禁止主动上报命令时，终端将根据主站的命令控制呼叫并主动上报给系统。

2.3 无线通讯功能

本系统采用内置GSM/GPRS模块通讯方式（也可采用外接电台通讯方式，用户可自行选择）。 GPRS作为一种新型通信方式，在配电自动化应用中具有诸多优势。 基于GPRS通信的配变综合管理系统是一个比较有前途的实现。

2.4 谐波分析及报警功能

终端可根据电压电流谐波阈值分析监测点的电压谐波电流谐波，记录分相2~19次谐波电压含量率和总畸变率每日最大值和时间发生情况，同时统计分相谐波超限数据。 其数据包括分相总畸变电压含量超限累计时间、分相2-19次谐波电压含量日累计时间、分相总畸变电流超限日时间、谐波电流超限日累计时间等。当用户谐波超标时电力监测，系统会自动报警。

2.5 事件记录及重要事件上报功能

终端可记录上电、掉电、编程、定时、需量复位、缺相、过压、失压、失流、逆相序、过载、三相电流不平衡、CT一次短路、CT二次等二次短路、CT二次开路、计量箱开门等事件的发生时间、状态、数据、事件类型及相关情况。 按照发生时间先后顺序分为一般事件和重要事件两个队列。 每条队列记录的最大长度为255，按照先进先出的方式刷新队列。

对于主站设置的重要事件（如电控跳闸、电控跳闸、遥控跳闸、重要参数更改等），当事件发生时，终端可以实时刷新重要事件计数器的内容，做好记录，并通过ACD 和事件记录的主动报告进行设置。

2.6 负荷曲线及历史数据存储及报表功能

每日负荷曲线数据每15分钟采集一次，每天96条数据，通常保存最近10天的数据（包括有功功率、无功功率、电压、电流等数据）； 并可根据设置上报给主站。 系统终端具有主动上报功能，可以上报数据，也可以被动上报（等待主站招测数据），同时可以实现历史数据的查询功能。

2.7 抄表测试功能

为方便用户了解终端所连接的电能表能否通讯成功，还可以通过液晶屏和按钮设置不同的电表地址和通讯速率，进行人工抄表。

3 交流模拟量采集模块的软硬件实现

3.1 交流模拟量采集模块硬件电路

系统经过电压互感器和电流互感器后，可以对采集到的用电设备的三相交流电压值和三相交流电流值进行处理，然后送入芯片进行测量和计算。 图2为系统的电压电流采集电路。

可测量各相及合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功电能和无功电能，还可测量各相电流、电压有效值、功率因数、相角、频率等参数。 芯片外围电路如图3所示。片内集成7通道16位ADC，采用双端差分信号输入。 最大输入电压为1.5V，可输入的正弦信号最大有效值为1V。 在实际应用中，ADC输入对应的电压通道Un可以选择在0.5V左右，电流通道的ADC输入Ib可以选择在0.1V左右。 计量模块主要是对电压电流采样通道采集的数据进行高通滤波和移相滤波或相位校正计算，得到需要的参数（包括电压、电流有效值、功率、频率、相位角等）和其他三相参数），并将这些参数存储在相应的寄存器中，然后通过SPI端口将参数传输给MC-U。

3.微处理器数据传输软件流程

图 4 显示了基于 SPI 的通信过程。 本程序主要完成初始化工作。 并根据查询命令向其发送数据或修改寄存器中的参数。 如有异常情况，终端会自动向监控中心发送报警信息。

通过向 SPI 接口的 DIN 端发送一个 8 位命令字来启动与微处理器的数据传输。 命令分为读命令和写命令，可以通过命令字的最高位来区分。 如果最高位为 1，则该命令为写命令，如果最高位为 0，则为读命令。

通过读指令，可以读取各相、合相的有功功率、无功功率、视在功率、有功电能、无功电能，同时可以得到各相电流、电压的有效值和功率因数，相角，频率等参数。

写入命令是仪表校准命令对应的程序，主要完成对正确参数精度的修正。 只有经过参数精度校正后，采集结果才能满足系统的精度要求。

4 系统性能测试

本产品已通过现场测试和专家鉴定，各项性能均符合标准。 数据采集​​？ 性能测试结果与计量中心测试结果误差在O.2%以内。 负控功能已通过500次测试，未发生误操作。 在可靠性和稳定性方面，除液晶的工作温度为-20至70度外，其他器件的工作温度均为-40至85度，可应对各种恶劣环境。

5 结论

该系统可实时、准确地测量电网的电能质量数据信息，随时获取实时、详细的电能质量监测报告，并可直接管理和控制用电设置。 因此，可以有效改善用电负荷曲线形态电力监测，使负荷曲线趋于平坦，减小峰谷差，实现用电负荷在一定时间和空间内的优化分配。 供电和用电设备的利用率高，才能实现电网的安全、经济运行。 负荷控制与监测系统的广泛应用是电力企业自动化技术的发展趋势，该系统对电力企业电力资源开发、电力经济秩序调整具有重要意义。电力企业供用电。