一种基于自主无线组网的用电负荷监测系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于自主无线组网的用电负荷监测系统，包括设置于县级主站中心的统一监控平台、台区智能管理终端、智能配电柜、台区智能开关和智能家用保护开关，所述统一监控平台、智能配电柜、台区智能开关和智能家用保护开关均与台区智能管理终端通信连接，本发明也公开了该监测系统的监测方法。本发明解决了目前农网配电台区内用电负荷电压、电流以及剩余电流等实时用电负荷信息监测问题，解决了农网配电台区用电负荷监测需要通讯数据流量费用的问题，解决了农网配电台区过负荷、漏电流等故障迅速定位排查问题。
【专利说明】—种基于自主无线组网的用电负荷监测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于自主无线组网的用电负荷监测系统及方法，属于电力系统及其自动化领域。
【背景技术】
[0002]随着我国经济的迅猛发展，国家支农惠农政策的相继出台，农村经济得到迅猛发展，农民生活逐年改善。通过“户户通电”、“家电下乡”等惠民工程的有效实施，农村电气化水平正在逐步提高。电气化生活在农村逐步推广，现在的农村40%有了空调、60%有了冰箱、80%有了电磁炉；电饭煲、电暖器、电热水壶等大功率电器更是成了农村家庭的常用电器。大功率家用电器的普及对农网配电台区的负荷监测和管理提出了新的要求。
[0003]目前覆盖农网配电台区的用电信息采集系统承担着对农网配电台区内用电户的负荷监测任务，但用电信息采集系统主要偏重于对用电户冻结电量、用电计费、平均功率等非实时信息的采集，缺乏对台区各用电户电压、电流、剩余电流等实时信息的监测。而农网配电台区用电故障主要由用电过负荷、剩余电流过大等引起。同时用电信息采集系统采用无线公网GPRS通信方式，每年均需要支付一笔较高的GPRS数据流量费用。
[0004]综上所述，目前覆盖农网配电台区的用电信息采集系统存在三个问题，(I)目前农网配电台区内用电负荷电压、电流以及剩余电流等实时用电负荷信息监测问题；(2)农网配电台区用电负荷监测需要通讯数据流量费用的问题；(3)农网配电台区过负荷、漏电流等故障迅速定位排查问题。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种基于自主无线组网的用电负荷监测系统及方法，解决了目前农网配电台区内用电负荷电压、电流以及剩余电流等实时用电负荷信息监测问题，解决了农网配电台区用电负荷监测需要通讯数据流量费用的问题，解决了农网配电台区过负荷、漏电流等故障迅速定位排查问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:
一种基于自主无线组网的用电负荷监测系统，包括设置于县级主站中心的统一监控平台、台区智能管理终端、智能配电柜、台区智能开关和智能家用保护开关，所述统一监控平台、智能配电柜、台区智能开关和智能家用保护开关均与台区智能管理终端通信连接；所述智能家用保护开关设置于台区内用电户的用电线路上，用以实时监测用电户的用电负荷，采集用电负荷数据并将用电负荷数据发送给台区智能管理终端，所述智能家用保护开关可根据用电负荷数据自动实现对所处用电线路的用电保护，也可接受台区智能管理终端发送的用电保护指令实现对所处用电线路的用电保护；所述智能配电柜用以实现对台区内电路的分配，实时监测台区总的用电负荷，将总的用电负荷数据发送给台区智能管理终端；所述台区智能开关设置于配电柜分配的电路支路上，用以实时监测电路支路上的用电负荷，采集用电负荷数据并将用电负荷数据发送给台区智能管理终端，所述台区智能开关可根据用电负荷数据自动实现对所处电路支路的用电保护，也可接受台区智能管理终端发送的用电保护指令实现对所处电路支路的用电保护；所述台区智能管理终端实时接收智能配电柜、台区智能开关以及智能家用保护开关发送的用电负荷数据，并实时将接收到的用电负荷数据发送给统一监控平台，所述台区智能管理终端接收并发送统一监控平台发出的用电保护指令；所述统一监控平台接收台区智能管理终端发送的用电负荷数据，显示用电负荷数据，分析用电负荷数据，判断台区用电异常情况，发出用电保护指令对用电负荷进行合理调整和控制。
[0007]所述统一监控平台包括接入路由、前置服务器、后置服务器、数据服务器、工作站、web服务器、主干网交换机、采集交换机、物理隔离、防火墙；所述主干网交换机和采集交换机上均连接有数据总线，两数据总线之间连接有前置服务器和后置服务器，与主干网交换机连接的数据总线上连接有数据数据服务器、工作站和物理隔离，所述物理隔离还依次连接有web服务器和防火墙，与采集交换机连接的数据总线上连接有接入路由，接入路由为统一监控平台与台区智能管理终端通信的接口。
[0008]所述台区智能管理终端上设置有无线通信模块和通信接口，所述台区智能开关上设置有通信接口，所述智能家用保护开关上设置有无线通信模块，所述台区智能管理终端分别于统一监控平台和智能家用保护开关之间无线通信连接，所述台区智能管理终端与台区智能开关之间通过通信总线连接。
[0009]所述台区智能管理终端与统一监控平台之间采用无线GPRS通信，所述台区智能管理终端与智能家用保护开关之间采用物联网无线通信，所述台区智能管理终端与台区智能开关之间通过485通信总线连接。
[0010]所述用电负荷数据包括用电负荷的电压、电流和剩余电流。
[0011]一种基于自主无线组网的用电负荷监测系统的监测方法，包括以下步骤，
(I)台区智能管理终端接收台区范围内智能配电柜、台区智能开关以及智能家用保护开关发送的用电负荷数据，并将用电负荷数据发送给统一监控平台；
(2)统一监控平台接收台区智能管理终端发送的数据，分析用电负荷数据，根据分析结果判断台区用电是否有异常，如果有，则转至(3)，如果没有则转至(4)；
(3)根据异常判断是否存在大负荷用户，如果存在则通过台区智能管理终向智能家用保护开关发出用电保护指令，实现用电保护；如果不存则通过台区智能管理终向台区智能开关发出用电保护指令，实现用电保护；
(4)根据用电负荷数据的分析结果，给出用电指导建议，引导台区用电。
[0012]智能家用保护开关和台区智能开关实施用电保护的方法均是通过切断用电实现。
[0013]本发明的有益效果是:1、本发明通过统一监控平台、台区智能管理终端、智能配电柜、台区智能开关和智能家用保护开关，实现了台区内用电负荷的电压、电流以及剩余电流等实时用电负荷信息监测；2、本发明通过智能家用保护开关实现对台区内用电户的用电线路的用电保护，通过台区智能开关实现智能配电柜分配的电路支路的用电保护，智能家用保护开关和台区智能开关均实时监测用电负荷，实现了对故障的迅速定位排查；3、本发明通过采用物联网实现了台区智能管理终端与智能家用保护开关之间的无线通信，组网灵活可靠，一次性投入零运营费用，且施工扩容方便。【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本发明的结构示意图。
[0015]图2为本发明的监测方法流程图。
【具体实施方式】
[0016]下面将结合说明书附图，对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0017]如图1所示，一种基于自主无线组网的用电负荷监测系统，包括设置于县级主站中心的统一监控平台、台区智能管理终端、智能配电柜、台区智能开关和智能家用保护开关；统一监控平台、智能配电柜、台区智能开关和智能家用保护开关均与台区智能管理终端通信连接。
[0018]智能家用保护开关设置于台区内用电户的用电线路上，用以实时监测用电户的用电负荷，采集用电负荷数据并将用电负荷数据发送给台区智能管理终端，采集的用电负荷数据包括用电负荷的电压、电流和剩余电流，智能家用保护开关可根据用电负荷数据自动实现对所处用电线路的用电保护，也可接受台区智能管理终端发送的用电保护指令实现对所处用电线路的用电保护，用电保护主要包括用电负荷过载、短路、欠压、过压、重合闸、剩余电流(漏电)等线路保护功能以及开关故障跳闸闭锁。
[0019]智能配电柜用以实现对台区内电路的分配，实时监测台区总的用电负荷，将总的用电负荷数据发送给台区智能管理终端。
[0020]台区智能开关设置于智能配电柜分配的电路支路上，用以实时监测电路支路上的用电负荷，采集用电负荷数据并将用电负荷数据发送给台区智能管理终端，台区智能开关可根据用电负荷数据自动实现对所处电路支路的用电保护，也可接受台区智能管理终端发送的用电保护指令实现对所处电路支路的用电保护。
[0021]台区智能管理终端实时接收智能配电柜、台区智能开关以及智能家用保护开关发送的用电负荷数据，并实时将接收到的用电负荷数据发送给统一监控平台，台区智能管理终端接收并发送统一监控平台发出的用电保护指令。
[0022]统一监控平台接收台区智能管理终端发送的用电负荷数据，显示用电负荷数据，分析用电负荷数据，判断台区用电异常情况，发出用电保护指令对用电负荷进行合理调整和控制；统一监控平台包括接入路由、前置服务器、后置服务器、数据服务器、工作站、web服务器、主干网交换机、采集交换机、物理隔离、防火墙；所述主干网交换机和采集交换机上均连接有数据总线，两数据总线之间连接有前置服务器和后置服务器，与主干网交换机连接的数据总线上连接有数据数据服务器、工作站和物理隔离，所述物理隔离还依次连接有web服务器和防火墙，与采集交换机连接的数据总线上连接有接入路由，接入路由为统一监控平台与台区智能管理终端通信的接口。
[0023]前置服务器主要用于用电负荷数据采集及预处理，通信原码监视及转发，与其它电力系统交换用电负荷数据，以及向远方智能终端设备(即台区智能管理终端、台区智能开关和智能家用保护开关)下发用电保护指令，实现远方调整和控制。
[0024]数据服务器是统一监控平台的核心，商用数据库的数据库管理系统在数据服务器运行，用于存放数据结构、数据定义及描述、历史告警数据、实时数据库采样数据、告警信息等，同时提供整个平台的实时数据服务，完成用电负荷数据分析处理、用电异常判断、大负荷用户判断等实时监控功能。
[0025]维护工作站供维护人员进行系统维护用，进行各种数据库的维护；各种图形的绘制及修改；报表的生成及维护；系统功能及权限维护；资料的扫描录入及管理。同时提供友好的、丰富多彩的人机交互界面和监控手段，如显示各种画面(包括系统图、接线图、曲线图、地理图、曲线、棒图、饼图和仪表图)、报表、告警信息和管理信息。
[0026]web服务器:通过WEB服务器可以向MIS网提供浏览图形、报表、历史曲线、各种告警操作记录等信息。WEB服务器不直接连接到实时系统上，而是通过电力系统专用的物理隔离装置与实时数据网连接，由实时网的数据中心客户端实时向WEB发送数据。
[0027]主干网交换机:连通数据服务器、前置服务器、后置服务器、工作站和物理隔离，保证其通信正常，为系统内部网络。
[0028]采集网交换机连通前置服务器、后置服务器和接入路由，是采集数据的专用网络。
[0029]物理隔离用以保证电力系统的安全性；包括正反隔离和反向隔离。
[0030]防火墙放于web服务器与MIS网之间，不同系统间的数据安全。
[0031]上述系统给的各个部件之间的连接可以采用有线连接，但是本发明采用了有线和无线相结合的连接方式，其中台区智能管理终端上设置有无线通信模块和通信接口，台区智能开关上设置有通信接口，智能家用保护开关上设置有无线通信模块；台区智能管理终端与统一监控平台之间采用无线GPRS通信，台区智能管理终端与智能家用保护开关之间采用物联网无线通信，台区智能管理终端与台区智能开关之间通过485通信总线连接。
[0032]一种基于自主无线组网的用电负荷监测系统的监测方法，包括以下步骤，
(I)台区智能管理终端接收台区范围内智能配电柜、台区智能开关以及智能家用保护开关发送的用电负荷数据，并将用电负荷数据发送给统一监控平台；
(2)统一监控平台接收台区智能管理终端发送的数据，分析用电负荷数据，根据分析结果判断台区用电是否有异常(通过数据服务器的用电异常判断模块实施该判断，也可通过人工判断)，如果有，则转至(3)，如果没有则转至(4)；
(3)根据异常判断是否存在大负荷用户(通过数据服务器的大负荷用户判断模块实施该判断，也可通过人工判断)，如果存在则通过台区智能管理终向智能家用保护开关发出用电保护指令，实现用电保护，即切断用户用电；如果不存则通过台区智能管理终向台区智能开关发出用电保护指令，实现用电保护，即切断电路支路用电；
(4)根据用电负荷数据的分析结果，给出用电指导建议，引导台区用电。
[0033]上述基于自主无线组网的用电负荷监测系统，通过统一监控平台、台区智能管理终端、智能配电柜、台区智能开关和智能家用保护开关，实现了台区内用电负荷的电压、电流以及剩余电流等实时用电负荷信息监测，通过分析用电负荷数据，引导台区广大居民特别是典型用电户的合理用电，在用电高峰时段予以用电指导和建议，在必要时采取远程管控手段以达到台区安全、合理用电的目的；通过智能家用保护开关实现对台区内用电户的用电线路的用电保护，通过台区智能开关实现智能配电柜分配的电路支路的用电保护，智能家用保护开关和台区智能开关均实时监测用电负荷，实现了对故障的迅速定位排查。当台区出现故障时，首先由智能家用保护开关启动保护，切除典型过负荷用户，若无过负荷用户则台区智能开关启动保护，切除过负荷支路，避免因部分用户或支路过负荷导致整个台区故障；通过采用物联网实现了台区智能管理终端与智能家用保护开关之间的无线通信，组网灵活可靠，一次性投入零运营费用，且施工扩容方便。
[0034]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
【权利要求】
1.一种基于自主无线组网的用电负荷监测系统，其特征在于:包括设置于县级主站中心的统一监控平台、台区智能管理终端、智能配电柜、台区智能开关和智能家用保护开关，所述统一监控平台、智能配电柜、台区智能开关和智能家用保护开关均与台区智能管理终端通信连接； 所述智能家用保护开关设置于台区内用电户的用电线路上，用以实时监测用电户的用电负荷，采集用电负荷数据并将用电负荷数据发送给台区智能管理终端，所述智能家用保护开关可根据用电负荷数据自动实现对所处用电线路的用电保护，也可接受台区智能管理终端发送的用电保护指令实现对所处用电线路的用电保护； 所述智能配电柜用以实现对台区内电路的分配，实时监测台区总的用电负荷，将总的用电负荷数据发送给台区智能管理终端； 所述台区智能开关设置于智能配电柜分配的电路支路上，用以实时监测电路支路上的用电负荷，采集用电负荷数据并将用电负荷数据发送给台区智能管理终端，所述台区智能开关可根据用电负荷数据自动实现对所处电路支路的用电保护，也可接受台区智能管理终端发送的用电保护指令实现对所处电路支路的用电保护； 所述台区智能管理终端实时接收智能配电柜、台区智能开关以及智能家用保护开关发送的用电负荷数据，并实时将接收到的用电负荷数据发送给统一监控平台，所述台区智能管理终端接收并发送统一监控平台发出的用电保护指令； 所述统一监控平台 接收台区智能管理终端发送的用电负荷数据，显示用电负荷数据，分析用电负荷数据，判断台区用电异常情况，发出用电保护指令对用电负荷进行合理调整和控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于自主无线组网的用电负荷监测系统，其特征在于:所述统一监控平台包括接入路由、前置服务器、后置服务器、数据服务器、工作站、web服务器、主干网交换机、采集交换机、物理隔离、防火墙； 所述主干网交换机和采集交换机上均连接有数据总线，两数据总线之间连接有前置服务器和后置服务器，与主干网交换机连接的数据总线上连接有数据数据服务器、工作站和物理隔离，所述物理隔离还依次连接有web服务器和防火墙，与采集交换机连接的数据总线上连接有接入路由，接入路由为统一监控平台与台区智能管理终端通信的接口。
3.根据权利要求2所述的一种基于自主无线组网的用电负荷监测系统，其特征在于:所述台区智能管理终端上设置有无线通信模块和通信接口，所述台区智能开关上设置有通信接口，所述智能家用保护开关上设置有无线通信模块，所述台区智能管理终端分别于统一监控平台和智能家用保护开关之间无线通信连接，所述台区智能管理终端与台区智能开关之间通过通信总线连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于自主无线组网的用电负荷监测系统，其特征在于:所述台区智能管理终端与统一监控平台之间采用无线GPRS通信，所述台区智能管理终端与智能家用保护开关之间采用物联网无线通信，所述台区智能管理终端与台区智能开关之间通过485通信总线连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于自主无线组网的用电负荷监测系统，其特征在于:所述用电负荷数据包括用电负荷的电压、电流和剩余电流。
6.基于权利要求1所述的一种基于自主无线组网的用电负荷监测系统的监测方法，其特征在于:包括以下步骤， (1)台区智能管理终端接收台区范围内智能配电柜、台区智能开关以及智能家用保护开关发送的用电负荷数据，并将用电负荷数据发送给统一监控平台； (2)统一监控平台接收台区智能管理终端发送的数据，分析用电负荷数据，根据分析结果判断台区用电是否有异常，如果有，则转至(3)，如果没有则转至(4)； (3)根据异常判断是否存在大负荷用户，如果存在则通过台区智能管理终向智能家用保护开关发出用电保护指令，实现用电保护；如果不存则通过台区智能管理终向台区智能开关发出用电保护指令，实现用电保护； (4)根据用电负荷数据的分析结果，给出用电指导建议，引导台区用电。
7.根据权利要求6所述的一种基于自主无线组网的用电负荷监测系统的监测方法，其特征在于:智能家用保护 开关和台区智能开关实施用电保护的方法均是通过切断用电实现。
【文档编号】H02J13/00GK104022571SQ201410209653
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年5月19日 优先权日:2014年5月19日
【发明者】尤文锋, 周捷, 朱金大, 孙国城, 吴 琳, 刘宇, 刘君, 戚雪, 刘昀轩 申请人:国电南瑞科技股份有限公司, 国网辽宁省电力有限公司鞍山供电公司