基于雾计算的电能质量监测系统的制作方法

文档序号:11855651阅读:208来源:国知局

本实用新型主要涉及电力监测系统,确切地说,是基于面向分布式电能质量分析仪而提出了一种可实现雾计算的电能质量监测系统。



背景技术:

随着电力技术的迅猛发展,有着不同负载特性的电器大规模的进入我们的生活,与之相伴的是,一些非线性负载例如逆变器、整流器和各种开关电源得到广泛的应用,由此产生的谐波对供电电网的危害也日趋严重。类似电力电子器件开关动作时向电网注入了大量的谐波,使电网中的预期标准正弦电流和电压波形严重失真。由于存在着各种对电能质量相对敏感的设备,例如计算机设备及空调、冰箱、电视等家用电器设备的大量使用,对电能质量的要求也越来越高。由谐波引发的各类电力故障和事故频发,无论是对生产生活还是国家经济建设都产生了很大的负面影响。谐波问题包括谐波分析、谐波检测和谐波抑制等方面,有效抑制谐波已经成为保证电网安全、高质量运行的必要措施之一。

为了保证生产生活用电的安全和正常进行,电能质量的检测和分析必不可少。电能质量通常包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量,包括导致用电设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率的偏差,其内容体现在频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变或三相不平衡、暂时或瞬态过电压、波形畸变、谐波、电压暂降、中断、暂升及供电连续性等。这些电能质量问题会导致:继电保护装置被误触发而危及供电安全的运行、各种电气设备产生附加损耗和发热而导致设备损坏或烧毁、增加损耗导致设备不经济的运行从而造成额外的电费支出和电表计量工具的不精准、降低信号的传输质量并破坏信号的正常传递、可能引起的谐振导致无功补偿柜无法正常运作、降低设备的使用寿命、导致计算机或检测控制设备无法正常工作甚至死机。为了提高电网系统的电能质量,保障电气设施的正常运行,需要对电网的电能质量进行检测,尤其是电网上的危害较大的高次谐波,所以高性能的电流检测对掌控电能质量和维持电力系统的稳定非常重要。

电能质量分析仪是对电网的电能质量进行检测的常见仪器仪表,检测电网电流信息的电流互感器实时的将侦测到的电流信息传递给电能质量分析仪,使用电能质量分析仪能够提供电力运行中的谐波分析及功率品质分析,能够对电网运行进行长时间的数据采集监测,同时配备电能质量数据分析软件,还可以对上传至计算机的数据进行各种分析运算或显示或保存等操作。例如常见的断路器动作,变压器过热,电机烧毁或电灯闪动等,这些电能质量问题都可以被电能质量分析仪侦测到,因此电能质量分析仪是用于常规电力维护和预防事故发生的最理想的工具。

考虑到整个电能质量监测系统中数量众多的电能质量分析仪呈分布式布局,而且每一个电能质量分析仪单独的个体都会记录和保存各自的监测数据,显而易见,无论是实时检测的电网数据还是保存的历史记录数据,都是规模庞大的海量数据。虽然为了减少底层数据采集终端的负担,一般可以将电能质量分析仪检测到数据实时上传到云端服务器,再根据云端服务器的数据对电网的实际运行情况进行分析,但是将云计算应用到电能质量的在线监测也会产生很多棘手的现实问题:由于电能质量分析仪分布广数量多,电网上需要检测的数据点比较多,如果同时将这些数据上传到云端可能会造成数据在网路上的拥堵,而不能及时有效地将数据上传到云端服务器,很有可能会导致延迟报警而耽搁异常事件的及时处理时机。而且云计算自身的实现前提是需要先行将数据上传到云端服务器,否则无法完成数据的处理运算和分析,这进一步导致了上述问题的严重程度。

为了解决这些问题,本实用新型利用现有的分布广的电能质量分析仪和云端,提出了一种基于雾计算的电能质量监测系统,该系统的通信可靠而且成本低,抗干扰能力强,尤其是电网的在线即时检测信息和历史记录信息能够方便快捷的进行访问,能够及时有效地将数据上传到云端服务器而不会造成数据在网路上的拥堵现象。而且类似手机这样的移动终端设备也可以在不需要下载海量数据的前提下对电能质量分析仪的数据进行访问。



技术实现要素:

在本实用新型披露的一种基于雾计算的电能质量监测系统中,具有分布式的多个电能质量分析仪及分布式的多个电流传感器,还包括云端服务器,所述电流传感器将从电网上检测的电流信息传输给所述电能质量分析仪,每个所述电能质量分析仪都将从电流信息中撷取的数据信息中的一部分(而不是全部)以即时通讯的方式上传给该云端服务器,每个所述电能质量分析仪还将该数据信息以本地保存的方式存储到其带有的存储器中。

上述的基于雾计算的电能质量监测系统,该电流信息由所述电能质量分析仪在本地执行运算处理后,再将表示运算处理结果的并用于评估电能质量的该数据信息中的一部分上传给该云端服务器。

上述的基于雾计算的电能质量监测系统,移动终端配制成利用互联网的形式访问云端服务器,从而实时获取数据信息中被上传的那一部分。

上述的基于雾计算的电能质量监测系统,移动终端配制成以对等网络的形式访问云端服务器所述电能质量分析仪保存在其存储器中的数据信息。

上述的基于雾计算的电能质量监测系统,该数据信息至少包括电网电流信息中的工频、谐波、瞬态电流、电弧信号中的一种或全部。

上述的基于雾计算的电能质量监测系统,该数据信息至少包括电网电流信息中的电压、电流、有功功率、无功功率、相角、功率因数、频率中的一种或全部。

上述的基于雾计算的电能质量监测系统,该数据信息至少包括公用电网供到用户端的交流电能质量参数中的一种或多种,交流电能质量参数至少包括频率偏差、电压偏差、电压波动与闪变、三相电压允许不平衡度和电网谐波。

上述的基于雾计算的电能质量监测系统,该存储器中储存的数据信息周期性(这个周期可以是若干天或若干星期或若干年等)的进行删除和更新,避免SD卡空间不足。

上述的基于雾计算的电能质量监测系统,所述电流传感器包括霍尔电流传感器、罗氏空心线圈传感器。

附图说明

阅读以下详细说明并参照以下附图之后,本实用新型的特征和优势将显而易见:

图1是雾计算的电能质量监测系统的原理示意图。

具体实施方式

参见图1,在本实用新型披露的电能质量监测系统中,具有分布式的多个电能质量分析仪100-1、100-2……100-N及分布式的多个电流传感器101-1、101-2……101-N,譬如在某个电网节点,电流传感器101-N从电网上监测电流信息,一般来说,监测的项目至少应当包括工频信息与谐波信息、瞬态电流信息、电弧信息等,例如一个电能质量分析仪100-N对应的接收一个电流传感器101-N从电网上监测电流信息,所接收的这些信息可以是模拟量也可以是二进制的数字量。电能质量分析仪100-N需要对接收的电流信息进行运算处理,例如执行采样、模数转换、分析计算等各种运算处理。

电流信息由电能质量分析仪101-1、101-2……101-N在本地执行运算处理,但这种运算不是交由云端服务器200处理,由于电能质量分析仪101-1、101-2……101-N不是集中式计算,所以不要求电能质量分析仪有很强的计算能力,它们只要含有运算能力相对较弱但价格适中的计算单元就能满足要求。将数据、数据处理和应用程序集中在网络边缘的设备中,而不是将它们几乎全部保存在云端服务器和在云端进行处理,数据的处理更依赖本地电能质量分析仪设备,而非云端服务器200。它有几个明显特征:低延时和位置感知,更为广泛的地理分布,支持更多的边缘监测节点。这些特征使得电网的电能质量整体部署更加方便,满足更多的电网监测节点的接入。

参见图1,电能质量分析仪还需要将表示运算处理结果的数据信息中的一小部分上传给该云端服务器200,这里选择上传小部分数据而不是全部数据,是考虑到全部的数据量非常庞大,全部上传会造成数据在网路上的拥堵,而且这一小部分轻量级的数据是我们评判电网当前状态的依据,较佳的以即时通讯(当前带有即时通讯软件的通讯模块或设备都可以实现这一点,它要求数据可控制的通过网络传输,现有的各种实时传输协议均可以被被本申请采用)的方式上传到云端服务器200,这种上传可以利用以太网实现,以便我们能够在云端及时迅速的了解或下载电网的当前状态数据。

电能质量分析仪对电流进行运算处理得到的数据信息用于评估电能质量,譬如用于评估电网中发生波形畸变、谐波含量、电压波动与闪变和三相不平衡等电能质量问题。常规的电压、电流、有功功率、无功功率、相角、功率因数、频率等多种电参量都被会被监测出来。还可以测量分析公用电网供到用户端的交流电能质量:频率偏差、电压偏差、电压波动、闪变、三相电压允许不平衡度和电网谐波。并监测负荷波动:测量分析各种用电设备在不同运行状态下对公用电网电能质量造成的波动。电能质量分析仪可以定时记录和存储电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率或频率、相位等电力参数的变化趋势,它的存储器(例如SD卡)作为存储设备。

参见图1,移动终端300例如手机或pad等智能设备配制成以互联网(如web)的形式访问云端服务器200,从而移动终端300可以实时获取数据信息中以即时通讯的方式被上传的那一小部分,所以在移动终端300就可以迅速的了解电网的当前状态。但是电能质量分析仪将更多的数据信息存储在存储器中,这个保存的数据可能是几天、几个月甚至一整个年度的监测数据,而这个数据量是十分庞大的,所以保存在本地。

参见图1,移动终端300被配制成以对等网络(P2P)的形式访问电能质量分析仪保存在其存储器(SD卡)中的数据信息,对等网络(Peer to Peer)技术是计算机或类似的计算设备之间通过直接交换数据来实现计算机资源和服务的共享方案,对等网络技术中整个网络环境的每个结点既可以中档服务器,为其他结点提供服务,同时也享用其他结点提供的服务,弱化了服务器的作用甚至取消的服务器的概念。

在本申请中,电网的实时监测数据往往还需要从移动终端直观反映出来,然而将如此庞大的数据从云端导入、导出实际上比想象的要复杂和困难得多。由于接入设备(尤其是移动设备)越来越多,在传输数据、获取信息时,带宽就显得捉襟见肘。随着物联网和移动互联网的高速发展,越来越依赖云计算,联网设备越来越多,设备越来越智能,移动应用成为人们在网络上处理事务的主要方式,数据量和数据节点数不断增加,不仅会占用大量网络带宽,还会加重数据中心的负担,数据传输和信息获取的情况将越来越糟。因此搭配分布式的雾计算,通过智能路由器等设备和技术手段,在不同设备之间组成数据传输带,可以有效减少网络流量,数据中心的计算负荷也相应减轻。雾计算可以作为介于网络与云计算之间的计算处理,以应对网络产生的大量数据的负面效果,取而代之的运用本地的电能质量分析仪对这些数据进行预处理,以提升其使用价值。

以上,通过说明和附图,给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例,上述实用新型提出了现有的较佳实施例,但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言,阅读上述说明后,各种变化和修正无疑将显而易见。因此,所附的权利要求书应看作是涵盖本实用新型的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容,都应认为仍属本实用新型的意图和范围内。

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