一、开发背景

近年来随着城市化建设的不断推进以及人们生活水平的不断提高,人们对用电的需求量也不断增大。用电环境差、线路老化、电线质量差、漏电、无地线和接地不可靠等一系列的用电安全隐患容易导致电气火灾等安全事故的发生,从而给人们的生命财产安全造成巨大的损失。疫情期间，居家隔离，用电安全问题一再频发，智慧安全用电刻不容缓。

  国家每年由于用电事故引起的人员伤亡每年有数万人乃至更多，引发的火灾每年有上万起直接经济损失上亿元人民币。随着科技水平的提高，在人们的日常生活中，智能设备变得越来越常见。这为用电系统的智能化发展提供了丰富的数据资源，而大数据技术能够迅速、精准的提取目标信息，进行庞大的数据处理工作。

智慧用电系统能够对用电线路中存在的漏电、电弧、短路、温度异常等危险情况进行监测。时刻收集线路中的电流、电压等信息情况，通过互联网技术上传至中央平台进行分析处理，实现远程线路监控，异常情况的报警等管理服务。智慧用电系统涵盖了检测模块、数据传输模块、数据处理平台以及数据应用平台。此系统通过所获取到的信息进行分析，以此来判断用户用电情况，能够实现能源调配的优化，及时发现隐患，增强处理效率，警示危险的效果。

本智慧城市安全用电监测系统在监测用电情况的基础上，可以根据不同的用电场景,提供用电报表,并且通过加入机器学习算法量化分析当前用电结构,对当前用电结构给出优化建议。同时向用电监管部门提供火灾隐患风险评估报告,消除潜在的电气火灾安全隐患,做到防患于未“燃”从而实现电气火灾隐患从发现、监管到治理的有效闭环。

二、结构说明

1. 数据采集器装置

数据采集装置能够对集体宿舍、宾馆酒店、家庭住户等不同的用电场景的各个用电系统的用电数据进行全天24小时实时监测，该数据采集装置包括主控制器、电源模块、电流采集模块、电压采集模块、功率参数采集模块、线缆温度采集模块、无线通信模块以及数据存储模块，用于对用电系统的电流、电压、有功功率、视在功率、功率因数、线缆温度等用电参数的采集及上传。其中，电源模块、电流采集模块、电压采集模块、功率参数采集模块、线缆温度采集模块、无线通信模块、数据存储模块均与主控制器连接，主控制器将数据分析处理后上传给数据存储模块进行数据备份，并最终由无线通信模块将数据上传至中央控制器中。

2. 中央控制器

中央控制器用于将数据采集装置中上传的数据信息进行统一的分析、处理，对测点信息进行实时的在线监测和统计管理，例如可以通过将各个参数与对应的预设值进行对比，以此来对用电系统的各个参数进行实时在线监测，同时将比较结果发送给控制终端；当出现供电电路出现过流预警、过载预警、高温预警等电路异常状态时，可以通过手机APP、手机短信、电脑web等方式对接入平台的用户提供相关应用服务。应用服务包括智能预警、智能开启或关闭、规范单一用电器的用电规范和标准、精准量化分析用电状况、优化用电器种类和用电结构，其中，智能预警包括过流预警、过载预警、高温预警；智能开启或关闭则是在电路异常状态时，通过设置在供电电路上的智能开关及时切断供电电路以及远程控制供电电路的通断。除此之外，中央控制器也可以直接控制智能开关来断开供电电路，这样可以及时切断供电电路，杜绝火灾的发生。

3. 控制终端

控制终端包括智能开关，当中央控制器判断出供电电路处于异常状态时，中央控制器直接控制智能开关切断供电电路，或者通过用户控制端远程控制智能开关切断供电电路。

4. 硬件系统的实现

电源模块包括蓄电池、与用电系统的供电电路相连的降压模块以及用于稳压的线性稳压器。其中，蓄电池与用电系统的供电电路连接，该蓄电池与降压模块之间设置有切换开关；当用电系统正常工作时，数据采集装置的各个用电模块通过该降压模块与用电系统的供电电路连接；当用电系统发生火灾造成供电电路切断时，切换开关切换至蓄电池供电。

三、功能与使用说明

（一）产品功能

1．使用智慧城市安全用电系统，支持大功率用电器，精准进行数据采集，处理，实时传达，并对数据进行实时保存及分析大大提高了工作效率，节约调控和检查时间；

2．用户可通过APP等软件设置设备参数，保证设备正常运行，负载不工作自动断电，数据随之显示，真正对用电设备进行智能控制；

3．设备可连接云服务器，用户可同时在云端窗口进行查看，方便用户集中管理与控制，为用户带来极大的便利；

4．实时智能监控电流、电压、电功率状态，状态改变仪器便会自动引发报警器，进行智能预警，确保人身安全；

5．系统更加安全、透明，适用于固定用电场所及非固定用电设备，亦可大规模应用管理，既降低成本又节省人力物力；

（二）使用说明

图一结构框图

图二工作流程示意图

参考图1-图2，本实用新型的智慧城市安全用电监测系统一方面利用智能传感终端对电气引发火灾的主要因素（过流、过载、线缆过热等电路异常状态）进行实时监测监控,通过物联网技术实时采集、上传电气线路运行数据,在电路异常状态时,及时切断供电电路,并通过手机App、手机短信等方式进行智能预警。另一方面,根据不同的用电场景,监控不同用电系统的工作状况,提供用电报表,量化分析用电结构,并对当前用电结构给出优化建议,同时向监管部门提供火灾隐患风险评估报告,增加用电安全性和智能化程度，从而实现电气火灾隐患从发现、监管到治理的有效闭环,减少电气火灾等涉电安全事故的发生。

参考图1-图2，本实用新型的智慧城市安全用电监测系统包括数据采集装置、中央控制器以及控制终端。

参考图1-图2，数据采集装置能够对集体宿舍、宾馆酒店、家庭住户等不同的用电场景的各个用电系统的用电数据进行全天24小时实时监测，具体用于对用电系统的电流、电压、有功功率、视在功率、功率因数、线缆温度等用电参数的采集及上传，其中，数据采集装置包括主控制器、电源模块、电流采集模块、电压采集模块、功率参数采集模块、线缆温度采集模块、无线通信模块以及数据存储模块，其中，的电源模块、电流采集模块、电压采集模块、功率参数采集模块、线缆温度采集模块、无线通信模块、数据存储模块均与主控制器连接，其中，电流采集模块用于采集用电系统的电流,并将采集的电流数据传输至主控制器中；电压采集模块用于采集用电系统的电压,并将采集的电压数据传输至主控制器中；功率参数采集模块用于采集用电系统的有功功率、视在功率和功率因数,并将采集的数据传输至主控制器中；线缆温度采集模块用于采集用电系统的线缆温度,并将采集的温度数据传输至主控制器中；主控制器将数据分析处理后上传给数据存储模块进行数据备份,并最终由无线通信模块将数据上传至中央控制器中；中央控制器用于将数据采集装置中上传的数据信息进行统一的分析、处理,对测点信息进行实时的在线监测和统计管理，例如可以通过将各个参数与对应的预设值进行对比，以此来对用电系统的各个参数进行实时在线监测，同时将比较结果发送给控制终端；当出现供电电路出现过流预警、过载预警、高温预警等电路异常状态时,可以通过手机APP、手机短信、电脑web等方式对接入平台的用户提供相关应用服务，其中，的应用服务包括智能预警、智能开启或关闭、规范单一用电器的用电规范和标准、精准量化分析用电状况、优化用电器种类和用电结构，其中，智能预警包括过流预警、过载预警、高温预警；智能开启或关闭则是在电路异常状态时,通过设置在供电电路上的智能开关及时切断供电电路以及远程控制供电电路的通断。

除了上述方式外，中央控制器也可以直接控制智能开关来断开供电电路，这样可以及时切断供电电路，杜绝火灾的发生。