电力开关柜智能无人值守系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景

开关柜是电力系统中进行开合、控制和保护的重要控制设备。高压开关长时间处于强磁场、大电流、高电压工作状态下，对其运行状态进行全生命周期的监测和保护至关重要。然而，依靠人工调节开关柜温度、抄录运行状态的传统监控方式，在安全性、精确性、实时性上都存在严重不足。因此，高压开关柜必须向无人值守的高智能化方向发展，综合运用现代传感器、微电子、计算机等先进技术，实现自测、自检、自控和在线监控功能，以满足现代电力系统自动化需要。

我国绝大多数的高压设备采用封闭结构，散热条件较差，而且长期工作在高电压、大电流、强磁场的环境中，使得热量集中，发热温升严重危害电器设备的正常运行，甚至会造成电器设备的故障。高压断路器中的导电回路在正常运行时，长期通过工作电流，会产生一定的热量，使电器材料温度升高但不会超出规定范围；在非正常运行时，会产生大量的热量，电器材料的温度会快速升高，并可能超出规定范围，从而使电器材料的机械强度、物理性能等下降，因此在国家标准中规定了不同电器材料的最大允许发热温度和允许温升。在高压断路器的结构中，静触头、动触头是一对基本元件，在静、动触头接触时，它们之问有一个接触电阻，当电流流过触头时，由于接触电阻的存在要引起触头的发热，如果接触电阻的温度超过规定值，则会加速动、静触头接触处的氧化，氧化结果又导致接触电阻上升，这样又促使发热、温度增加，因此国家标准规定了接触电阻数值，在这个范围内，不会造成氧化例。

2. 研究内容和预期目标

研究内容

1.设计数据采集模块，基于zigbee的温湿度传感器采集数据传到数据库中，然后通过数据库传到前端；

2.设计数据库，创建用户表(users)、开关柜设备表(cabinets)、数据表(data)，建立表单之间的关联；

3. 研究的方法与步骤

研究方法

为了实现上述功能，初步确定如下方案：利用传感器采集数据，系统软件采用Java语言结合css、html、javascript 等语言开发B/S架构的 web界面。开发工具是IDEA,数据库平台为MySQL, web服务器为appach tomact，操作系统为Windows 10，辅助开发工具有navicat for mysql等。使用的软件开发框架为springboot springdata jpa框架。

图1 系统网络结构图

研究方案

1、数据采集模块

采用ZigBee无线收发模块采集电力参数和温湿度，节点上送数据后,数据监测设备和收发器开始数据初始化。发送正确的数据上送到终端设备,最终有终端设备进行数据的显示和分析处理。

2、数据库设计

数据库设计是指对运用已有的环境表达用户的需求，构造最优的数据模型。设计的数据表的结构要根据实际的业务需求，需要考虑，业务需求对于数据库的查询、删除、添加、更新等操作的频率，尽可能使业务逻辑实现相对简洁明了。

图2、数据库表结构设计

3、网页功能模块

根据对系统的需求分析，设计系统的各个功能模块，如图3所示，详细分析了各个功能模块的功能，并逐个的详细介绍系统软件的各个功能模块的设计方案。

图3 网页功能模块

（1）登录与退出模块

框架部署完毕，即可进行具体功能的开发。作为 web 系统而言，首要的开发任务是保证系统的安全性，避免非法用户访问，因此首先开发登录与退出模块。开关柜管理系统初始时，只存在一个管理员用户，管理员用户负责用户的添加、删除等工作，只有管理员分配了访问权限的用户才能访问本管理系统。管理员或用户通过浏览器地址栏输入服务器域名，进入开关柜管理系统登录页面，通过登录页面输入用户名、密码，点击登录按钮，系统验证中心进行校验，若通过，则进入各自功能主页，用户则可对其所属功能进行相应操作。登录页面如图4所示

图4 登录界面

图5 登录逻辑流程图

用户管理模块

用户管理功能模块仅针对管理员用户而言，普通用户没有用户管理的功能，管理员可以对已存在的普通用户进行管理，管理员经开关柜管理系统登录界面验证通过，则会跳转至管理员操作主界面，此时其可以进行开关柜管理系统所提供的所有操作，比如用户管理、开关柜信息查询等操作。若管理员选择了用户管理操作，则浏览器界面会以表格的形式呈现本系统的所有用户信息，并且管理人员拥有管理权限，包括添加用户操作、修改用户操作、删除用户操作以及查询用户信息操作。图4为管理员用户管理功能流程图。

图6 用户管理流程图

（3）开关柜查询模块

开关柜查询功能的实现分为设备最新信息查询以及开关柜信息历史查询两个功能。设备最新信息功能实现展示所有开关柜的最新信息，包含当前开关柜的名字，对应的温度、湿度；信息历史查询功能实现在指定检索条件下，展现所有历史数据信息，可展现所有采集信息，包括温度信息，湿度信息等。同时对于管理员用户与普通户而言，因权限不同，普通用户只能查询与本用户相关联的开关柜信息，而管理员可以查询所有的开关柜信息。下面以管理员角度以设备最新信息和开关柜信息历史查询两个功能的具体实现进行论述。如图7为设备最新信息显示流程图，如图8为历史数据查询流程图。

图7 设备最新信息显示流程图

图8 历史数据查询流程图（4）数据分析模块 数据分析模块主要功能是实现开关柜信息的可视化效果，以统计图表的形式展现开关柜的变化曲线，便于管理员方便的查看监测站点的温湿度的变化。该模块主要是单点分析功能，单点分析选项实现单一站点年分析、月分析、日分析数据分析曲线显示，年分析以月为单位展现一年中每月的信息曲线，月分析以天为单位展现一月之中每天的信息曲线，日分析以小时为单位展现一天的信息曲线。（5）报警模块

监测设备是否正常运行，发出报警提示信息并预处理。比如当设备温湿度高于异常值时，实时监测系统发出告警信号，告知用户测温设备已处于温湿度异常状态，需根据设备运行实际情况及时处理。当系统产生告警信号时，系统将自动弹出告警对话框，并将告警窗口置于屏幕最前端。监测系统自动记录监测设备的测温数据，并将数据存在数据库中。当被测设备的温度达到告警值，并发出相应的告警信号时，系统也将告警信号自动保存至数据库中。

（6）报表导出模块 报表导出模块主要功能是实现单个监测点开关柜信息的数据统计导出功能。该模块包括能够实现以周报表、月报表、以及年报表三种报表导出形式。报表主要内容包括：每段时间温湿度信息，每段的最大最小值信息。以 Excel 文件格式生成开关柜信息报表，方便日后数据的二次使用。报表导出功能提供按时间段分析功能，周报表可提供时间间隔选项为6 小时、12 小时；月报表仅提供时间间隔个 24 小时时间间隔；年报表仅提供每月时间间隔。

Web 应用报表导出与普通本地报表导出有一定的区别，本地报表导出通常是从本地获取数据源进行数据处理，调用相应报表开发组件，进行相应开发，而 web应用报表功能与其主要区别分为两点：一是数据源来源于远程数据库服务器端，二是报表文件的实际生成在于客户端本地，远程应用服务器通过 HTTP 协议，将报表文件写入到客户端。Web 应用报表开发原理如图 9 所示

图9 web 报表开发原理

（7）个人密码修改模块

个人密码修改功能也分为管理员密码的修改以及普通用户密码的修改，由于整体 web 系统框架结构已经全部全部搭建完毕，因此其功能的实现比较简单，只需在相应的主页面控制器中增加个人密码修改的方法实现，以及在对应主页面控制器视图增加相应视图模板即可。

具体步骤：

（1）部署开发环境，学习开发软件的使用，做到尽可能地熟练；

（2）完成对各项数据的采集，将需要的数据导入数据库，分析程序；

（3）完成对于编程设计模式的测试，并归纳总结出最适合的设计模式；

(4) 对整个系统进行运行调试，发现问题并改善。

4. 参考文献

[1]钟旭,李飞燕.基于arm微处理器的电力开关柜智能操控装置设计[j].制造业自动化,2012,34(13):135-137.

[2]廖力清,凌玉华,杨欣荣, 等.基于can总线的高压开关柜智能监测监控系统[j].中南工业大学学报(自然科学版),2001,32(5):532-535.

[3]张露.智能开关柜内综合监控装置及后台监控软件的设计与实现[d].东南大学,2015.

5. 计划与进度安排

（1）2月25日-3月10日:收集资料，熟悉基本知识，掌握毕设基本设计原理。

（2）3月11日-3月20日:把握整体方案，深入研究设计原理，撰写开题报告。

（3）3月21日-4月30日:巩固设计方法，开展各个功能模块具体设计，完成毕设