基于MQTT协议的电能质量监测方法、装置、终端及介质与流程

本发明涉及的电能质量监测，尤其涉及一种基于mqtt协议的电能质量监测方法、装置、终端及介质。

背景技术：

1、随着智能电网技术的迅速发展，电力系统的运行效率和电能质量的监测已成为电力工程领域的重要研究方向。智能电网不仅提高了电力系统的可靠性，还支持了更加复杂的电力数据采集与分析。近年来，电力系统数据采集技术不断进步，通过引入先进的传感器技术和数据处理技术，电力系统的运行状态能够得到实时监测和管理。例如，现代电力系统通常采用scada系统（数据采集与监视控制系统）进行电力设备的状态监控和数据采集，同时引入了实时数据流处理技术以支持高效的数据分析。然而，现有的电力质量监测系统在处理复杂的电力系统数据时仍存在一定的局限性，包括数据处理效率低、异常检测准确性不足、以及对动态电力负荷变化的适应能力差。

2、目前的电能质量监测方法主要集中于传统的统计分析和简单的机器学习模型，尽管这些方法在一定程度上能够检测到电网中的异常情况，但它们往往无法有效处理大规模的电力数据和实时变化的负荷模型。尤其是在电网数据和传感器数据融合方面，现有技术通常面临数据整合困难、处理延迟以及分析模型的适应性差等问题。传统方法难以全面地考虑电网的动态特性和复杂环境因素，从而限制了对电能质量的准确评估。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于mqtt协议的电能质量监测方法，以解决现有技术异常检测准确性不足、以对动态电力负荷变化的适应能力差的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，包括：采集电力系统数据和实际传感器数据，所述电力系统数据包括电网拓扑结构、电力设备参数、负荷模型；构建电网数字孪生体，生成虚拟传感器数据；融合实际传感器数据和虚拟传感器数据；基于mqtt协议，将融合后的数据传输至中央服务器进行电能质量分析。

3、作为本发明所述的基于mqtt协议的电能质量监测方法的一种优选方案，其中：采集实际传感器数据包括：安装并配置opc ua服务器，配置参数包括节点地址、端点url、认证和安全策略；在opc ua服务器中定义opcua节点，每个实际传感器数据点被映射为一个opcua节点；选择opc ua客户端库，将scada系统连接到opc ua服务器；通过订阅机制获取实际传感器数据，包括温度、压力和振动数据。

4、作为本发明所述的基于mqtt协议的电能质量监测方法的一种优选方案，其中：所述生成虚拟传感器数据包括：根据电力系统数据并通过建模工具建立电网数字孪生体；根据运行情况设置工况，在所述电网数字孪生体上模拟电网的运行状态，生成虚拟传感器数据。

5、作为本发明所述的基于mqtt协议的电能质量监测方法的一种优选方案，其中：融合实际传感器数据和虚拟传感器数据包括：

6、q(t)=λ1(t)d(t)+λ2(t)v(t)+δ(t)

7、式中，q为在时间t上融合后的数据，λ1(t)、λ2(t)为随时间t动态调整的融合权重，λ1(t)+λ2(t)=1，d(t)为在时间t上的实际传感器数据，v(t)为在时间t上的虚拟传感器数据，δ(t)为在时间t上的自适应误差修正项。

8、作为本发明所述的基于mqtt协议的电能质量监测方法的一种优选方案，其中：电能质量分析包括：中央服务器设置有分析模型，所述分析模型包括输入层、卷积层、深度神经网络层、注意力机制层、正则化层和输出层；将融合后的数据通过输入层进入分析模型进行电能质量分析，检测电网中的异常情况，包括电压异常、电流异常、频率异常、设备故障、负荷异常；其中，深度神经网络层包括四层隐藏层，在每两个隐藏层之间设置残差连接。

9、作为本发明所述的基于mqtt协议的电能质量监测方法的一种优选方案，其中：还包括：根据碳足迹数据和电能分析结果，利用遗传算法ga生成优化建议，以优化用电行为；

10、

11、式中，为优化系数，v为修正系数，为优化结果。

12、作为本发明所述的基于mqtt协议的电能质量监测方法的一种优选方案，其中：还包括：监控mqtt网络状态，分析网络延迟、丢包率，识别网络故障；当检测到网络故障时，切换至备用网络路径或重启故障节点。

13、本发明还提供了一种基于mqtt协议的电能质量监测装置，包括：数据采集模块，被配置为执行采集电力系统数据和实际传感器数据，所述电力系统数据包括电网拓扑结构、电力设备参数、负荷模型；虚拟数据生成模块，被配置为执行构建电网数字孪生体，生成虚拟传感器数据；数据融合模块，被配置为执行融合实际传感器数据和虚拟传感器数据；分析模块，被配置为执行基于mqtt协议，将融合后的数据传输至中央服务器进行电能质量分析。

14、本发明还提供了一种终端设备，包括：

15、一个或多个处理器；

16、存储器，与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；

17、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上任一项所述的基于mqtt协议的电能质量监测方法。

18、本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行实现如上任一项所述的基于mqtt协议的电能质量监测方法。

19、本发明的有益效果：本发明通过构建电网数字孪生体和生成虚拟传感器数据，将实际电网运行数据与虚拟数据进行深度融合，并通过优化深度神经网络结构，提高了对电网异常的检测精度，且能够根据碳足迹数据和电能分析结果提供优化建议，从而在提高电力系统运行效率的同时，降低能源消耗和环境影响。

技术特征：

1.一种基于mqtt协议的电能质量监测方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的基于mqtt协议的电能质量监测方法，其特征在于，采集实际传感器数据包括：

3.如权利要求2所述的基于mqtt协议的电能质量监测方法，其特征在于，所述生成虚拟传感器数据包括：

4. 如权利要求3所述的基于mqtt协议的电能质量监测方法，其特征在于，融合实际传感器数据和虚拟传感器数据包括：

5.如权利要求4所述的基于mqtt协议的电能质量监测方法，其特征在于，电能质量分析包括：

6.如权利要求5所述的基于mqtt协议的电能质量监测方法，其特征在于，还包括：

7.如权利要求1至6任一项所述的基于mqtt协议的电能质量监测方法，其特征在于，还包括：

8.一种基于mqtt协议的电能质量监测装置，用于实现如权利要求1至7任一项所述的基于mqtt协议的电能质量监测方法，其特征在于，所述基于mqtt协议的电能质量监测装置包括：

9.一种终端设备，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行实现如权利要求1至7任一项所述的基于mqtt协议的电能质量监测方法。

技术总结
本发明公开了一种基于MQTT协议的电能质量监测方法、装置、终端及介质，其中一种基于MQTT协议的电能质量监测方法包括：采集电力系统数据和实际传感器数据，所述电力系统数据包括电网拓扑结构、电力设备参数、负荷模型；构建电网数字孪生体，生成虚拟传感器数据；融合实际传感器数据和虚拟传感器数据；基于MQTT协议，将融合后的数据传输至中央服务器进行电能质量分析；本发明通过构建电网数字孪生体和生成虚拟传感器数据，将实际电网运行数据与虚拟数据进行深度融合，并优化深度神经网络结构，提高了对电网异常的检测精度，在提高电力系统运行效率的同时，降低能源消耗和环境影响。

技术研发人员：叶细宝,朱荣誉,董光忠,洪圣文
受保护的技术使用者：南京灿能电力自动化股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5