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基于NB-IOT的微电网信息采集与监控系统及其实现方法技术方案

技术编号:22172310 阅读:31 留言:0更新日期:2019-09-21 13:05
本发明专利技术涉及一种基于NB‑IOT的微电网信息采集与监控系统及其实现方法,系统包括现场设备层、网络传输层和应用层。所述现场设备层包括微电网环境信息采集系统和微电网现场设备监控系统,负责环境数据与现场设备运行数据的采集;所述网络传输层包括ZIGBEE无线网络、MODBUS RTU总线网络、智能网关和NB‑IOT网络,负责数据传输和协议转换;所述应用层包括微电网智能监控平台,微电网智能监控平台包括微电网环境安全评估系统和微电网现场设备监控系统,提供系统监控和环境评估功能。本发明专利技术在传统微电网中加入智能网关,通过网关内嵌的协议转换器实现了微电网系统数据的远传,实现了系统的远程监控;本发明专利技术通过微电网环境安全评估系统减少了现场设备意外损耗的可能性。

Microgrid Information Collection and Monitoring System Based on NB-IOT and Its Implementation Method

【技术实现步骤摘要】
基于NB-IOT的微电网信息采集与监控系统及其实现方法
本专利技术涉及微电网及物联网开发领域,具体涉及一种基于NB-IOT的微电网信息采集与监控系统及其实现方法。
技术介绍
微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、负荷、监控和保护装置等组成的小型发配电系统。微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用,解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入,实现对负荷多种能源形式的高可靠供给,是实现主动式配电网的一种有效方式,使传统电网向智能电网过渡。现阶段微电网的通信网络多数由包括MODBUS、PROFIBUS、CAN等在内的现场总线网络构成,此类现场总线微电网系统存在数据孤岛、可延展性差、缺乏远程监控功能的问题;而有少量微电网系统的通信网络由GPRS网络构成,但GPRS模块存在无线传输模块功耗高、信号差、成本高、寿命相对较短的问题,从而导致由它组成的微电网系统存在明显缺陷。而在极端的天气环境下,微电网的现场设备常会出现损耗甚至损毁的情况,为减少此类情况的发生,亟需对微电网现场设备的工作环境进行严密监控。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷,本专利技术提供了一种基于NB-IOT的微电网信息采集与监控系统及其实现方法。为达到上述目的,本专利技术采用如下技术方案:一种基于NB-IOT的微电网信息采集与监控系统,包括现场设备层、网络传输层和平台应用层;所述现场设备层包括微电网环境信息采集系统和微电网现场设备运行监控系统;所述微电网环境信息采集系统包括温湿度监测终端、一氧化碳含量监测终端、二氧化碳含量监测终端、风速监测终端和光强监测终端,负责采集微电网现场的环境数据;所述微电网现场设备运行监控系统包括配电系统监控器、光伏储能系统监控器、风力并网发电系统监控器、光伏并网发电系统监控器、柴油发电系统监控器,负责采集微电网现场设备的运行数据并对微电网现场设备进行控制;所述网络传输层包括ZIGBEE无线网络、MODBUSRTU总线网络、智能网关和NB-IOT无线网络;其中ZIGBEE无线网络包括协调器和终端,负责微电网环境信息采集系统数据的上传;MODBUSRTU总线网络包括主站和从站,负责微电网现场设备运行数据的上传与控制指令的下发;智能网关包括MCU主控模块、供电模块、NB-IOT无线模块、ZIGBEE无线模块、RS485接口模块和协议转换模块,负责MODBUSRTU总线网络与NB-IOT无线网络间、ZIGBEE无线网络与NB-IOT无线网络间的协议转换和数据的实时转发;NB-IOT无线网络负责智能网关与应用层的微电网智能监控平台间的数据交互;所述应用层包括微电网智能监控平台,其包括微电网环境安全评估系统和微电网现场设备监控系统;所述微电网环境安全评估系统负责对微电网的运行环境进行评估,从而对现场设备的启停、维护和工作人员的出入做出智能决策;所述微电网现场设备监控系统负责为微电网现场设备的运行情况提供远程监控、实时报警、历史数据查询、传输设备管理、控制指令下发等功能。一种基于NB-IOT的微电网信息采集与监控系统实现方法,具体步骤如下:1)微电网环境信息采集系统采集微电网环境数据并上传至ZIGBEE协调器进行数据汇聚,微电网现场设备运行监控系统采集微电网现场设备运行数据并上传至MODBUS主站进行数据汇聚;2)ZIGBEE协调器和MODBUS主站将数据集转发至智能网关,通过智能网关内嵌的协议转换器将数据统一转换成NB-IOT协议数据格式;3)智能网关通过NB-IOT无线网络将数据上传至微电网智能监控平台,并根据数据类型分别存储至微电网环境安全评估系统和微电网现场设备监控系统的数据库中;4)微电网环境安全评估系统通过数据分析对微电网的运行环境进行评估,从而对现场设备的启停、维护和工作人员的出入做出智能决策;微电网现场设备监控系统对设备运行数据进行处理分析,从而实现实时报警、控制指令下发等功能,并提供远程监控、历史数据查询、传输设备管理等功能。进一步地,所述步骤2)中通过智能网关内嵌的协议转换器将数据统一转换成NB-IOT协议数据格式,其具体包括ZIGBEE数据帧与NB-IOT数据帧间的协议转换方法和MODBUSRTU数据帧与NB-IOT数据帧间的协议转换方法:a)ZIGBEE数据帧与NB-IOT数据帧间的协议转换的方法如下:协议转换模块对ZIGBEE数据帧进行解析,ZIGBEE数据帧格式如下所示:2字节1字节2字节2字节2字节2字节2/4字节2字节帧控制序列号目的PANID目的地址源PANID源地址应用数据载荷FCS校验协议转换模块提取ZIGBEE数据帧中的源PANID、源地址作为监控器的标识号并转换为NB-IOT数据帧的主题名;提取应用数据载荷作处理转换为NB-IOT协议中JSON格式的应用数据。经协议转换模块转换,数据帧转换为NB-IOT协议的数据帧,数据帧格式如下所示:1字节1字节5字节2字节71/122字节控制报文类型帧剩余长度主题名报文标识符应用数据载荷b)MODBUSRTU数据帧与NB-IOT数据帧间的协议转换方法如下:协议转换模块对MODBUSRTU的数据帧进行解析数据帧格式如下所示:1字节1字节1字节12/28字节2字节设备地址功能码数据长度应用数据载荷CRC校验协议转换模块提取MODBUSRTU数据帧中的设备地址作为监控器的标识号转换为NB-IOT数据帧的主题名;提取功能码并判断数据帧功能是否为数据上传功能;提取应用数据载荷作处理转换为NB-IOT协议中JSON格式的应用数据。经协议转换模块转换,数据帧转换为NB-IOT协议的数据帧,数据帧格式如下所示:1字节1字节5字节2字节98/220字节控制报文类型帧剩余长度主题名报文标识符应用数据载荷本专利技术与现有技术相比较,具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点:本专利技术通过智能网关中的协议转换模块将微电网MODBUSRTU网络中的数据帧为NB-IOT协议的数据帧并通过NB-IOT网络上传云端平台,解决了微电网中的数据孤岛问题,实现了微电网系统的远程监控功能。本专利技术搭建了微电网环境监控系统采集微电网设备环境数据,并通过智能网关上传云端平台,利用微电网环境安全评估系统对微电网设备的工作环境进行评估,从而大大减少了极度恶劣环境下微电网设备的意外损耗,延长了微电网系统的寿命。附图说明图1是本专利技术实施例的系统结构框图。图2是本专利技术实施例微电网现场设备监控系统的系统结构图。图3是本专利技术实施例智能网关的硬件结构图。图4是本专利技术实施例系统实现方法流程图。图5是本专利技术实施例ZIGBEE数据帧与NB-IOT数据帧间、MODBUSRTU数据帧与NB-IOT数据帧间协议转换方法的流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的技术方案及优点更加清楚明白,以下优选实施例结合附图对本专利技术进行进一步详细说明。如图1所示,一种基于NB-IOT的微电网信息采集与监控系统,包括现场设备层、网络传输层和平台应用层;所述现场设备层包括微电网环境信息采集系统和微电网现场设备运行监控系统;所述微电网环境信息采集系统包括温湿度监测终端、一氧化碳含量监测终端、二氧化碳含量监测终端、风速监测终端和光强监测终端,负责采集微电网现场的环境数据;所述微电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于NB‑IOT的微电网信息采集与监控系统,其特征在于:包括现场设备层、网络传输层和平台应用层;所述现场设备层包括微电网环境信息采集系统和微电网现场设备运行监控系统;所述微电网环境信息采集系统包括温湿度监测终端、一氧化碳含量监测终端、二氧化碳含量监测终端、风速监测终端和光强监测终端,负责采集微电网现场的环境数据;所述微电网现场设备运行监控系统包括配电系统监控器、光伏储能系统监控器、风力并网发电系统监控器、光伏并网发电系统监控器、柴油发电系统监控器,负责采集微电网现场设备的运行数据并对微电网现场设备进行控制;所述网络传输层包括ZIGBEE无线网络、MODBUS RTU总线网络、智能网关和NB‑IOT无线网络;其中ZIGBEE无线网络包括协调器和终端,负责微电网环境信息采集系统数据的上传;MODBUS RTU总线网络包括主站和从站,负责微电网现场设备运行数据的上传与控制指令的下发;智能网关包括MCU主控模块、供电模块、NB‑IOT无线模块、ZIGBEE无线模块、RS485接口模块和协议转换模块,负责MODBUS RTU总线网络与NB‑IOT无线网络间、ZIGBEE无线网络与NB‑IOT无线网络间的协议转换和数据的实时转发;NB‑IOT无线网络负责智能网关与应用层的微电网智能监控平台间的数据交互;所述应用层包括微电网智能监控平台,其包括微电网环境安全评估系统和微电网现场设备监控系统;所述微电网环境安全评估系统负责对微电网的运行环境进行评估,从而对现场设备的启停、维护和工作人员的出入做出智能决策;所述微电网现场设备监控系统负责为微电网现场设备的运行情况提供远程监控、实时报警、历史数据查询、传输设备管理、控制指令下发功能。...

【技术特征摘要】
1.一种基于NB-IOT的微电网信息采集与监控系统,其特征在于:包括现场设备层、网络传输层和平台应用层;所述现场设备层包括微电网环境信息采集系统和微电网现场设备运行监控系统;所述微电网环境信息采集系统包括温湿度监测终端、一氧化碳含量监测终端、二氧化碳含量监测终端、风速监测终端和光强监测终端,负责采集微电网现场的环境数据;所述微电网现场设备运行监控系统包括配电系统监控器、光伏储能系统监控器、风力并网发电系统监控器、光伏并网发电系统监控器、柴油发电系统监控器,负责采集微电网现场设备的运行数据并对微电网现场设备进行控制;所述网络传输层包括ZIGBEE无线网络、MODBUSRTU总线网络、智能网关和NB-IOT无线网络;其中ZIGBEE无线网络包括协调器和终端,负责微电网环境信息采集系统数据的上传;MODBUSRTU总线网络包括主站和从站,负责微电网现场设备运行数据的上传与控制指令的下发;智能网关包括MCU主控模块、供电模块、NB-IOT无线模块、ZIGBEE无线模块、RS485接口模块和协议转换模块,负责MODBUSRTU总线网络与NB-IOT无线网络间、ZIGBEE无线网络与NB-IOT无线网络间的协议转换和数据的实时转发;NB-IOT无线网络负责智能网关与应用层的微电网智能监控平台间的数据交互;所述应用层包括微电网智能监控平台,其包括微电网环境安全评估系统和微电网现场设备监控系统;所述微电网环境安全评估系统负责对微电网的运行环境进行评估,从而对现场设备的启停、维护和工作人员的出入做出智能决策;所述微电网现场设备监控系统负责为微电网现场设备的运行情况提供远程监控、实时报警、历史数据查询、传输设备管理、控制指令下发功能。2.一种基于NB-IOT的微电网信息采集与监控系统实现方法,其特征在于,具体步骤如下:1)微电网环境信息采集系统采集微电网环境数据并上传至ZIGBEE协调器进行数据汇聚,微电网现场设备运行监控...

【专利技术属性】
技术研发人员:杜大军徐智劼张圳圳张云鹏蔡佳浩彭晨
申请(专利权)人:上海大学
类型:发明
国别省市:上海,31

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