一种智能防窃电实时监测报警系统的制作方法

1.本发明涉及智能防窃电技术领域，具体是一种智能防窃电实时监测报警系统。


背景技术：

2.随着国民经济的飞速发展，人们的生活及国家的生产也越来越离不开电能，但是伴随着电力行业的不断向前发展，窃电问题也变得尤为突出，一些受到利益驱使的个人或企业，为减少用电费用支出，采取各种方式实施窃电，这不仅给电力企业带来经济损失，还影响电网的稳定运行甚至正常的社会秩序，因此防窃电成为电力企业的重点工作，且随着窃电手段的不断增加，对防窃电工作带来难度，传统人力现场排查，不仅取证难而且浪费人力资源，基于神经网络的检测方法需要获取大量不同的类别的窃电的用电异常信息数据，并且精确的电路参数信息检测有助于后续电计量表检测的准确度，提高对异常电量的判别能力，并且这些检测都基于对电网供电端的电压电流检测，当电压电流检测装置被篡改时，也容易导致后续的窃电信息无法正常获取，因此有待改进。


技术实现要素：

3.本发明实施例提供一种智能防窃电实时监测报警系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.依据本发明实施例的第一方面，提供一种智能防窃电实时监测报警系统，该智能防窃电实时监测报警系统包括：用电参数检测模块，信号调理模块，智能控制模块，电能显示报警模块，信息管理模块，窃电嫌疑预测模块，通信模块；所述用电参数检测模块，用于检测供电端的电流情况并输出第一电流信号和第二电流信号，用于检测供电端的电压情况并输出直流电压信号；所述信号调理模块，与所述用电参数检测模块连接，用于放大所述第一电流信号并在放大后的第一电流信号加上一个直流分量继而输出一个非零的第三电流信号，与所述智能控制模块连接，用于将所述第三电流信号整变为直流量并传输给所述智能控制模块，用于将所述第三电流信号转换为第一方波信号，用于将所述第二电流信号进行放大、绝对值转换和波形转换处理并输出第二方波信号，用于对输入的所述第一方波信号和第二方波信号进行相位差检测并输出相位差结果，用于将所述直流电压信号进行放大并隔离传输给所述智能控制模块；所述智能控制模块，用于接收所述信号调理模块输出的信号，用于将接收的信号进行存储处理并进行初步用电异常判别，用于输出控制信号和数据信息并控制模块的工作；所述电能显示报警模块，与所述智能控制模块连接，用于接收所述控制信号并进行用电量显示和用电异常报警；所述通信模块，用于接收所述数据信息并通过无线通信网路与监控终端建立数据通信；
所述信息管理模块，与所述通信模块无线连接，用于接收所述通信模块传输的数据信息并构建使用该电能表用户的身份信息数据库，用于构建不同用电异常检测模块特征数据库为用电异常检测提供用电异常数据模型，用于通过关系型数据库和no sql数据库存储用户的历史日用电数据和历史月用电信息，用于记录用户日用电异常数据次数情况和历史月用电异常数据次数情况，用于通过数据填充算法将完全数据的平均值或众数作为缺失的数据值对缺失的数据进行填充；所述窃电嫌疑预测模块，与所述信息管理模块连接，用于通过构建的所述电异常数据模型和用户日用电异常数据次数情况和历史月用电异常数据次数情况判断用户窃电的嫌疑指数。
5.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明智能防窃电实时监测报警系统通过信息调理模块对检测的电压信号和电流信号进行处理，其中对电流信号进行放大、绝对值转换、幅值检测处理，提高对电流的检测精度，并对处理的电流信号进行波形转换处理，同时通过两组检测的电流信号进行相位差处理，通过相位差得知电流检测装置是否被篡改，避免用户通过强磁效应改变原有电能表对电流的检测，提高电表的防窃电能力，并通过构建信息管理模块建立用户身份信息数据库、用电异常数据模型、用电历史日月数据库、窃电次数记录和数据丢失填充，提高对信息的管理，并通过窃电嫌疑预测模块判断用户窃电的嫌疑指数，提高智能防窃电实时监测报警系统窃电监测能力。
附图说明
6.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
7.图1为本发明实例提供的智能防窃电实时监测报警系统的原理方框示意图。
8.图2为本发明实例提供的信号调理模块的示意图。
9.图3为本发明实例提供的用电参数检测模块和信号调理模块的电路图。
10.图4为本发明实例提供的信息管理模块的示意图。
具体实施方式
11.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
12.实施例1：参见图1，本发明实施例提供一种智能防窃电实时监测报警系统，该智能防窃电实时监测报警系统包括：用电参数检测模块1，信号调理模块2，智能控制模块3，电能显示报警模块4，通信模块5，信息管理模块6，窃电嫌疑预测模块7；具体地，所述用电参数检测模块1，用于检测供电端的电流情况并输出第一电流信号和第二电流信号，用于检测供电端的电压情况并输出直流电压信号；信号调理模块2，与所述用电参数检测模块1连接，用于放大所述第一电流信号并
在放大后的第一电流信号加上一个直流分量继而输出一个非零的第三电流信号，与所述智能控制模块3连接，用于将所述第三电流信号整变为直流量并传输给所述智能控制模块3，用于将所述第三电流信号转换为第一方波信号，用于将所述第二电流信号进行放大、绝对值转换和波形转换处理并输出第二方波信号，用于对输入的所述第一方波信号和第二方波信号进行相位差检测并输出相位差结果，用于将所述直流电压信号进行放大并隔离传输给所述智能控制模块3；智能控制模块3，用于接收所述信号调理模块2输出的信号，用于将接收的信号进行存储处理并进行初步用电异常判别，用于输出控制信号和数据信息并控制模块的工作；电能显示报警模块4，与所述智能控制模块3连接，用于接收所述控制信号并进行用电量显示和用电异常报警；通信模块5，用于接收所述数据信息并通过无线通信网路与监控终端建立数据通信；信息管理模块6，与所述通信模块5无线连接，用于接收所述通信模块5传输的数据信息并构建使用该电能表用户的身份信息数据库，用于构建不同用电异常检测模块特征数据库为用电异常检测提供用电异常数据模型，用于通过关系型数据库和no sql数据库存储用户的历史日用电数据和历史月用电信息，用于记录用户日用电异常数据次数情况和历史月用电异常数据次数情况，用于通过数据填充算法将完全数据的平均值或众数作为缺失的数据值对缺失的数据进行填充；窃电嫌疑预测模块7，与所述信息管理模块6连接，用于通过构建的所述电异常数据模型和用户日用电异常数据次数情况和历史月用电异常数据次数情况判断用户窃电的嫌疑指数。
13.在具体实施例中，上述用电参数检测模块1可选用电流传感器的方式检测正常情况下的供电端的电流信号和强磁下供电端的电流信号，还可采用电压互感器的方式检测供电端的电压信号；上述信号调理模块2可采用op07运算放大器组成前级放大电路201，还采用运算放大器电路组成正负极转换电路202将输入信号转换为非负值信号，还可采用双运算放大器电路和整流管组成幅值检测电路203检测输入电流信号的幅值，还可采用波形转换电流将输入的正弦波信号转换为方波信号；还可采用触发器u2组成的相位差检测电路206检测两组电流脉冲信号的相位差，还可采用光电耦合器和放大器组成的隔离放大电路207处理电压信号；上述智能控制模块3可采用，但并不限于现场可编程逻辑门阵列（fpga）、数字信号处理（dsp）等微控制器实现对信号的接收存储分析和判别；上述电能显示报警模块4可采用，但并不限于液晶显示报警器、触摸显示报警器等显示报警装置实现用电量的显示和异常报警；上述通信模块5可采用，但并不限于nb-iot通信、zigbee通信等多点式无线通信网络实现监控终端对不同用电表的无线数据通信；上述信息管理模块6由监控终端的计算机进行控制，通过构建相关数据库对接收的所有用户信息进行分类监控；上述窃电嫌疑预测模块7通过构建的所述电异常数据模型和用户日用电异常数据次数情况和历史月用电异常数据次数情况构建用户窃电嫌疑模型继而判断用户窃电的嫌疑指数。
14.实施例2：在实施例1的基础上，请参阅图2和图3，在本发明所述的智能防窃电实时监测报警系统的一个具体实施例中，所述信号调理模块2包括前级放大电路201、正负极转换电路202、幅值检测电路203、波形转换电路204；
具体地，所述前级放大电路201，用于放大所述用电参数检测模块1检测的第一电流信号；正负极转换电路202，用于将检测的第一电流信号加上一个直流分量并输出一个非零的第三电流信号；幅值检测电路203，用于将所述第三电流信号整变为直流量并传输给所述智能控制模块3；波形转换电路204，用于将所述第三电流信号转换为第一方波信号；该前级放大电路201的输入端连接所述用电参数检测模块1，前级放大电路201的输出端通过正负极转换电路202连接幅值检测电路203的输入端和波形转换电路204的输入端，幅值检测电路203的输出端和波形转换电路204的第一输出端均连接所述智能控制模块3。
15.在具体实施例中，上述前级放大电路201可选用op07系列运算放大器组成的放大电路，在此不做赘述；上述波形转换电路204可采用lm292组成的电压比较电路将将输入的正弦波转换为方波信号，在此不做赘述。
16.进一步地，所述信号调理模块2还包括信号调理电路205、相位差检测电路206和隔离放大电路207；具体地，所述信号调理电路205，用于将所述第二电流信号进行放大、绝对值转换和波形转换处理并输出第二方波信号；相位差检测电路206，用于对输入的所述第一方波信号和第二方波信号进行相位差检测并输出相位差结果；隔离放大电路207，用于将所述直流电压信号进行放大并隔离传输给所述智能控制模块3；该信号调理电路205的输入端和相位差检测电路206的输入端均连接所述用电参数检测模块1，信号调理电路205的输出端连接相位差检测电路206的第一输入端，相位差检测电路206的第二输入端连接所述波形转换电路204的第二输出端，相位差检测电路206的输出端和隔离放大电路207的输出端均与所述智能控制模块3连接。
17.在具体实施例中，上述信号调理电路205的电路结构与所述前级放大电路201、正负极转换电路202和波形转换电路204的电路结构相同，具体不做赘述；上述相位差检测电路206可采用触发电路的方式进行相位差检测；上述隔离放大电路207可采用放大器进行信号放大，并由hcn201线性光耦为主元件进行信号隔离传输处理，具体不做赘述。
18.进一步地，所述用电参数检测模块1包括第一电流互感器ct1；所述正负极转换电路202包括第一电阻r1、第二电阻r2、第一运放a1、第三电阻r3、第四电阻r4、直流分量；所述智能控制模块3包括第一控制器u1；具体地，所述第一电流互感器ct1的输出端连接所述前级放大电路201的输入端，前级放大电路201的输出端通过第一电阻r1连接第三电阻r3的一端和第一运放a1的同相端，第一运放a1的反相端连接第四电阻r4的一端并通过第二电阻r2接地，第三电阻r3的另一端连接直流分量，第四电阻r4的另一端连接第一运放a1的输出端和所述波形转换电路204的输入端，波形转换电路204的第一输出端连接第一控制器u1的第二io端。
19.进一步地，所述幅值检测电路203包括第五电阻r5、第六电阻r6、第二运放a2、第一
二极管d1、第七电阻r7、第三运放a3、第八电阻r8、第九电阻r9、第一电容c1和第二电容c2；具体地，所述第五电阻r5连接所述第一运放a1的输出端，第五电阻r5的另一端连接第第二运放a2的反相端并通过第六电阻r6连接第一二极管d1的阴极和第三运放a3的同相端，第二运放a2的同相端通过第七电阻r7接地，第二运放a2的输出端连接第一二极管d1的阳极，第三运放a3的反相端连接第三运放a3的输出端并通过第八电阻r8连接第一电容c1的一端和第九电阻r9的一端，第九电阻r9的另一端连接第二电容c2的一端和第一控制器u1的第一io端，第一电容c1的另一端和第二电容c2的另一端均接地。
20.进一步地，所述用电参数检测模块1还包括第二电流互感器ct2；具体地，所述第二电流互感器ct2的输出端连接信号调理电路205的输入端。
21.进一步地，所述相位差检测电路206包括触发器u2；具体地，所述触发器u2的三端连接所述波形转换电路204的第二输出端，触发器u2的第二端、第四端、第十端和第十二端均接地，触发器u2的第一端连接触发器u2的第八端，触发器u2的第十一端连接所述信号调理电路205的输出端，触发器u2的第五端和第十三端均连接所述第一控制器u1的第三io端。
22.在具体实施例中，上述第一电流互感器ct1为普通的电网电流互感器，具体型号不做限定；上述第二电流互感器ct2可选用罗氏线圈检测强磁环境下供电端的电流情况，避免强磁窃电；上述第一运放a1可选用ne5532运算放大器；上述第二运放a2和第三运放a3均可选用op07系列运算放大器，其中第二运放a2进行整流，第三运放a3进行电压跟随处理；上述触发器u2可选用74ls74芯片将测量两路的方波信号的相位差转换为测量一路方波信号的占空比；上述第一处理器可选用fpga对数据进行处理和无线传输，具体型号不做限定，并通过将接收的方波信号的占空比与设定相位差阈值进行比较，方波信号的占空比比设定相位差阈值大时则判定为强磁窃电。
23.实施例3：在实施例1的基础上，请参阅图4，在本发明所述的智能防窃电实时监测报警系统的一个具体实施例中，所述信息管理模块6包括用户管理数据库601、电能表防窃电数据库602、用电记录数据库603、异常记录数据库604、数据补偿系统605；具体地，所述用户管理数据库601，用于构建使用该电能表用户的身份信息数据库；电能表窃电数据库，用于构建不同用电异常检测模块特征数据库为用电异常检测提供用电异常数据模型；用电记录数据库603，用于通过关系型数据库和no sql数据库存储用户的历史日用电数据和历史月用电信息；异常记录数据库604，用于记录用户日用电异常数据次数情况和历史月用电异常数据次数情况；数据补偿系统605，用于通过数据填充算法将完全数据的平均值或众数作为缺失的数据值对缺失的数据进行填充；该户管理数据库、电能表防窃电数据库602、用电记录数据库603、异常记录数据库604、数据补偿系统605均存在于监控终端中，由监控终端完成。
24.在具体实施例中，上述用户管理数据库601、电能表防窃电数据库602、用电记录数据库603、异常记录数据库604均可采用关系类型数据库和no sql数据库相结合，保持系统
的监测数据，并由相关存储器存储，随后采用no sql数据库搭建用户管理数据库601、电能表防窃电数据库602、用电记录数据库603、异常记录数据库604所属的数据存储集群进行分别处理；上述电能表窃电数据库可构建，但并不限于线损异常模块、交流电压电流异常模块、功率因素异常模块等用电异常模型；上述数据补偿系统605可采用数据填充算法填充丢失的数据信息，具体可采用k最近邻填充算法。
25.在本发明实施例中，一种智能防窃电实时监测报警系统通过用电参数检测模块1检测供电端的电压信号和电流信号，并通过信号调理模块2对电压信号进行隔离放大处理，处理后的信号由智能控制模块3接收，信号调理模块2通过前级放大电路201对输入的第一信号进行前级放大，通过正负极转换电路202将第一电流信号加上一个直流分量继而输出一个非零的第三电流信号，通过幅值检测模块将所述第三电流信号整变为直流量并传输给所述智能控制模块3，通过波形转换电路204将所述第三电流信号转换为第一方波信号，通过信号调理电路205将第二电流信号进行放大、绝对值转换和波形转换处理并输出第二方波信号，通过相位差检测电路206对输入的所述第一方波信号和第二方波信号进行相位差检测并输出相位差结果，并由智能控制模块3将相位差结果与设定相位差阈值进行比较，相位差结果比设定相位差阈值大时则判定为强磁窃电，同时智能控制模块3将检测的所有数据通过nb-iot网络传输监控终端，由监控终端实现用户管理数据库601、电能表防窃电数据库602、用电记录数据库603和异常记录数据库604构建与丢失数据的补偿，继而通过构建的所述电异常数据模型和用户日用电异常数据次数情况和历史月用电异常数据次数情况判断出用户窃电的嫌疑指数，判断出用户是否窃电。
26.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
27.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。