一种低压配变免停电快捷监测系统及方法与流程

本发明涉及电网监测的技术领域，更具体地，涉及一种低压配变免停电快捷监测系统及方法。

背景技术：

传统配网模式下，计量电表主要采用15分钟一个数据，主要服务于电表计量，传输频率低，数据量少，无法支撑生产运维，导致低压台区出现管理盲区，当前调度无法实时获知配电台区实时数据，配电台区及用户信息成为调度盲点，配电台区及用户侧数据的缺乏，影响“精准停电分析”、“柔性调度”、“虚拟电厂”等新型调度模式的展开。

低压配电台区分为所变、箱变和杆上变，且低压设备包括变压器、漏保开关、环境监测设备、无功补偿装置、三相不平衡治理装置等，具有现场环境复杂多样、设备数量种类多、数据量大等特点。低压配电设备总量持续增加，一线运维人员数量短缺且总数受限，依靠人员低压配电管理的运维效率无法支撑现代化配电网管理要求，依靠增加运维人员数量来提高配电网精益化管理水平的模式不可实现。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题，提供一种低压配变免停电快捷监测系统及方法，解决电力企业目前存在的现有监测管控手段不足调度无法获知配电台区实时信息的技术瓶颈问题。

本发明的技术方案是：

本发明的目的是为电力企业提供一套支持开口式ct、免停电、非侵入式、快速安装的高精度低压配变免停电快捷监测系统，基于光缆的信息感知、传输、汇聚和处理技术，实现台区数据秒级上送至配网主站，实现中低压数据全面感知及实时监测，为主动配网调度提供支撑，解决电力企业目前存在的现有监测管控手段不足调度无法获知配电台区实时信息的技术瓶颈问题。

本发明采用通讯技术、边缘计算、快速感知等先进技术，抛弃传统计量配变终端现场改造施工成本高、难度大、需停电、精度不够、无法实现秒级数据的方案，改为采用支持高精度开口式ct、免停电、无扰动、快捷安装方式，大幅减少施工工作量，缩短实施周期，方便后期维护；同时，数据采集装置无需对原有设备进行改造，极大降低了施工成本和难度。交流数据处理模块采用频率跟踪等算法，实现台区交流数据的高速采样，处理模块基于fft算法，进行电力全数据处理，在实现配电网可观可控的基础上，提升信息数据的集成与应用能力。

随着物联网的飞速发展，传统产业在新型物联网技术的加持下迎来发展新机遇，尤其是工业4.0以及电动汽车等行业的发展，导致电力发电、输电、变电、配电和用电各环节不断涌现出越来越多的复杂需求，但是接入问题越来越突出。因此急需研究一套低压配变免停电快捷监测系统，能够实现免停电、无扰动、快捷安装，能够实时监测配电变压器的运行工况，并能将采集的信息传送到主站或其他的智能装置，提供配电系统运行控制及管理所需的数据。

本发明采用先进嵌入式操作系统开发,硬件采用dsp+arm的双核模式，巧妙的将两者优点有机结合起来,通信信道采用高速全双工的工业级gprs/cdma模块；终端内置tcp/ip协议,支持各种有无线网络通信方式,支持网络在线升级，支持安全加密。低压配变免停电快捷监测系统采用无线数据通讯方式,以物联网为载体,辅助以现场rs485总线、红外线等通讯方式,将配电箱内的断路器、剩余电流漏电动作断路器、无功补偿投切状态、配电变压器工况、计量电能表等为主要控制管理对象,对相关的用电信息进行监测,实现供用电监测、控制和管理,具有远程抄表、用电异常信息报警、负荷管理与控制等多种功能。具备边缘计算能力实现在本地部署应用，分层决策，降低业务平台处理压力、提升智慧调度平台运营效率。

一种低压配变免停电快捷监测系统，其中，包括数据采集模块、控制输出模块、通信模块、中央控制单元；

数据采集模块：数据采集模块监测并记录配电变压器运行工况；

控制输出模块：控制输出模块负责执行中央控制单元下发的控制命令；

通信模块：通信接口通过电力线接收来自主站的命令信息，经过滤波放大后，命令经过解调送到控制器，然后控制器通过串口将主站命令发送给数据采集模块；

中央控制单元：中央控制单元对数据采集模块的数据进行运算，中央控制单元下发控制命令给控制输出模块。

进一步的，所述的中央控制单元包括dsp芯片和arm芯片。

进一步的，所述的dsp芯片包括负责采集数据以及对采集数据分析。

进一步的，所述的arm芯片包括负责数据储存、与主站的数据通讯以及现场设备的数据采集。

进一步的，所述的数据采集模块根据低压侧三相电压、电流采样值,每隔k分钟计算一次电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能等运行参数,记录并保存一段时间和典型日的整点值,电压、电流的最大值、最小值及其出现时间,供电中断时间及恢复时间,记录数据保存在装置的不挥发内存中,在装置断电时记录内容不丢失。

进一步的，所述的k分钟为1-2分钟。

进一步的，所述的控制输出模块与配电子站或主站进行通信，将系统采集的实时信息上报，同时接收子站/主站下达的各种控制命令，与附近的低压配变免停电快捷监测系统或其他智能设备进行通信。

进一步的，所述的通信模块采用配网加密方式与主站通讯，具备rs485、无线、以太网的方式通信采集站房内数据。

进一步的，所述的采集站房内数据包括配变电气量、低压电气量、低压开关柜。

进一步的，首先利用历史数据对配电网运行状态进行历史数据建模，并将建模结果输入作为虚拟量测输入状态估计器中，以期获得精度较高的配电网实时运行状态，并采用配电网电压稳定指标、低电压指标与支路功率失稳临近度进行分析和预判，以便调度人员更好地了解配电网的运行状态与趋势。

与现有技术相比，有益效果是：本发明低压配变免停电快捷监测系统能够满足客户在配电数据采集、远程抄表、故障定位、状态实时上报、配变电站远程监控、业务统计、物资管理调度等多方面的业务需求，且设置了标准接口、串口的无线模组和数据接入单元，可以实现与配网电设备、智能电表、主站系统的无缝对接，更好的做到电力与物联网的融合，感知设备免停电、无扰动、快捷安装方式，大幅减少施工工作量，缩短实施周期，方便后期维护。

附图说明

图1是本发明系统框架示意图。

图2是本发明系统网络架构示意图。

图3是本发明基于历史数据挖掘的配电网运行状态感知方法流程图。

图4是本发明基于spark内存计算框架的深度学习方法整体流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

如图1所示，一种低压配变免停电快捷监测系统，其特征在于，包括数据采集模块、控制输出模块、通信模块、中央控制单元；

中央控制单元：采用采用dsp+arm的双核模式，其中arm芯片具备功能强大，功率小等特征，用于外围电路的接口扩展。dsp芯片具有强大的数据分析和处理能力，在数据处理过程中将大大提高运算速度。这样双系统分工明确，将两者的优势发挥出来。dsp负责采集数据采集和分析，arm负责数据储存、与主站的数据通讯以及现场其他设备的数据采集。

数据采集模块：低压配变免停电快捷监测系统监测并记录配电变压器运行工况。根据低压侧三相电压、电流采样值,每隔1～2分钟计算一次电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、有功电能、无功电能等运行参数,记录并保存一段时间(一周或一个月)和典型日的整点值,电压、电流的最大值、最小值及其出现时间,供电中断时间及恢复时间,记录数据保存在装置的不挥发内存中,在装置断电时记录内容不丢失。配网主站通过通信系统定时读取低压配变免停电快捷监测系统测量值及历史记录,及时发现变压器过负荷及停电等运行问题,根据记录数据,统计分析电压合格率、供电可靠性以及负荷特性,并为负荷预测、配电网规划及事故分析提供基础数据。如不具备通信条件,使用掌上电脑每隔一周或一个月到现场读取记录,事后转存到配网主站或其它分析系统。

控制输出模块：控制输出模块负责执行中央控制单元下发的控制命令，控制命令包括无功补偿控制、剩余电流漏电动作断路器等。

根据配电自动化系统的要求，低压配变免停电快捷监测系统对上能与配电子站或主站进行通信，将系统采集的实时信息上报，同时接收子站/主站下达的各种控制命令，对下要求可与附近的低压配变免停电快捷监测系统或其他智能设备进行通信。

通信模块：低压配变免停电快捷监测系统具备光缆接入能力。采用配网加密方式与主站通讯，具备rs485、无线、以太网等方式通信采集站房内数据，包括配变电气量、低压电气量、低压开关柜等数据。遵循标准化iec104规约与配网主站通信，将各类配电智慧运维数据上送配网主站，无线通信终端为电网全环节海量终端与运营中心搭建高速、稳定的传输通道，实现数据的7*24小时实时传输。

在通信上，通信接口通过电力线接收来自主站的命令信息，经过滤波放大后，命令经过解调送到控制器，然后控制器通过串口将主站命令发送给数据采集与处理模块。数据采集与处理模块根据接收到的主站命令对配电变压器的数据进行采集，经过分析处理后，将数据信息通过串口发送给通信模块的控制器，再经过调制，最后经由接口发送到电力线上，等待主站接收。因此，对系统通信功能的要求比较严格，无论通信方式、通信协议、通信接口需满足配网自动化系统的要求。

本发明采用免停电非侵入式配电数据快速感知，如图2。感知设备免停电、无扰动、快捷安装方式，大幅减少施工工作量，缩短实施周期，方便后期维护；同时，数据采集装置无需对原有设备进行改造，极大降低了施工成本和难度。

免停电非侵入式安装方式：

磁吸固定安装，内置磁铁，外部配置防滑垫，实现紧固安装；

开口ct测量电流，使用开口式电流互感器；

磁钢吸附测量电压，磁钢吸附，获取电压值一一对应吸附在开关母排上。

鉴于传统配电网状态估计量测不足的现状以及配电网中存在大量历史数据的现状。本发明使用了一种基于历史数据挖掘的配电网运行状态感知方法，如图3。该方法首先利用历史数据对配电网运行状态进行历史数据建模，并将建模结果输入作为虚拟量测输入状态估计器中，以期获得精度较高的配电网实时运行状态，并采用配电网电压稳定指标、低电压指标与支路功率失稳临近度进行分析和预判，以便调度人员更好地了解配电网的运行状态与趋势。该方法不仅为配电网的主动管理提供了全面、准确地实时数据库，更丰富了配电网的态势信息，从而为配电网安全、可靠、经济运行提供了基础和保障。

本发明使用基于spark内存计算框架的深度学习方法来进行配变管理终端的监测，如图4。该方法充分选取更多维更广泛的特征，最大程度上利用了上一次数据经过基于历史数据挖掘的配电网态势感知算法处理得到的结果，能更精确、快速地预测短期态势趋势。考虑到用电态势本身周期性和规律性的特征，首先基于历史数据建模的配网态势感知算法得出态势感知情况，寻找海量态势数据中的共性，再通过基于dbn的态势分类器对待预测日的态势曲线类别进行分类，并最终将对应的典型态势曲线作为一个特征应用到基于sae的态势预测器提取典型态势曲线的高阶特征态势曲线。

另外，本发明中，spark内存计算框架可以由flink内存计算框架替代。

本系统具备磁力吸附，安装便捷，集数字化、网络化、智能化于一身，大幅减少施工工作量，缩短实施周期，方便后期维护。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。