一种基于物联网深度融合式断路器及实施方法与流程

1.本发明涉及电力物联网的智能型断路器，特别是一种基于物联网深度融合式断路器。


背景技术：

2.电力系统的中低压变电站中，主要存在三方面的问题：一是，配电台区状态感知存在问题，变压器、断路器、负荷开关、jp柜等缺乏负荷动环境监控手段，存在安全隐患，设备运行状态难以有效监控；二是，配电线路运维效率问题，低压配电网线路故障难以有效排查和定位，缺乏智能化手段，人工巡检工作量大、效能低，且效果有限；三是，用户需求侧的管理问题，分布式能源、充电桩等新业务的大量接入直接造成低压配电网电能质量及稳定性下降，缺乏有效管控手段。因此，针对该问题，提供一种基于物联网深度融合式断路器，对下层所有设备集中监控，并对该下层设备边缘计算，故障研判成为亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种基于物联网深度融合式断路器。该装置是专为智能化电网需求而创新设计的一种融人工互联、人工智能、人工交互、安全管控、状态环境全面感知、通讯功能为一体的万能式断路器，它完全符合智能化电站要求的控制网络化、功能一体化、信息互动化的特征要求。
4.本发明是通过下述技术方案来实现的。
5.本发明提供了一种基于物联网深度融合式断路器，包括：
6.智能云端管理平台，分别连接设备管理单元、容器管理单元、app管理单元和告警管理单元；用于将边缘计算模块传输的关于功能执行单元和通讯管理模块采集的断路器信息进行终端管理；
7.边缘计算模块，包括硬件单元和软件单元，用于将功能执行单元和通讯管理模块采集的断路器信息进行融合网络、计算、存储及应用，并传输至智能云端管理平台；功能执行单元，用于各个功能数据采集单元包括电气量采集单元、机械特性采集单元、状态量采集单元、环境量采集单元、操作传动单元、导电系单元、电气绝缘单元、电弧治理单元相关数据信息的采集处理；
8.通讯管理模块，用于连接多种下层设备终端；
9.智能云端管理平台通过无线公网和无线专网连接边缘计算模块，边缘计算模块分别连接功能执行单元和通讯管理模块，通过对断路器终端的信号采集和管理，实现基础服务响应。
10.对于上述技术方案，本发明还有进一步优选的方案：
11.作为优选，智能云端管理平台包括基础web平台层、数据库层和设备管理app层；
12.基础平台层包括基础管理平台、人工智能平台和物联管理平台；
13.数据库层包括数据中台和iot中台数据同步；
14.设备管理app层包括设备运检、生产管理、配电房智能监测、资产管理、需求响应、故障研判和自动工单管理。
15.作为优选，所述设备管理单元包括设备运检、生产管理、配电智能监测、资产管理、需求侧相应、故障研判和自动工单管理。
16.作为优选，所述容器管理单元是将若干app应用单元集成在一个容器中进行管理，采用docker容器技术，实现业务横向安全隔离、不同业务分离和不同采集数据展示。
17.作为优选，所述app管理单元包括交流采集app、电能表采集app、漏电保护app和无功补偿app，各种app均通过边缘计算模块实现功能。
18.作为优选，所述硬件单元包括核心板、主控板、显示模块、三相电源板、采集模块、上行通讯模块和下行通讯模块；
19.所述核心板与主控板通过双排针连接，所述主控板连接显示模块、三相电源板、采集模块和上下行通讯模块。
20.作为优选，所述软件单元包括低压拓扑动态管理、用电信息采集管理、配电在线监测、精益线损分析、功能补偿分析、无功补偿管理、分布式能源管理、负载监测和停电故障研判。
21.作为优选，所述功能执行单元包括电气量采集单元、机械特性采集单元、状态量采集单元、环境量采集单元、操作传动单元、导电系单元、电气绝缘单元和电弧治理单元，用于各个功能数据采集单元相关状态和数据信息的采集及相关动作执行处理。
22.作为优选，所述通讯管理模块连接多种设备终端，包括智能换相开关、分支开关、谐波治理装置、配变监测装置、环境监测装置、三相不平衡治理装置、无功补偿装置、排风扇和照明设备，用于对该设备下层设备集中管控和计算分析功能。
23.本发明进而提供了一种基于智能物联网深度融合式断路器的实施方法，包括：
24.边缘计算模块分别与下层智能设备和执行单元连接，采集设备本身和相关数据；
25.采用docker容器技术，将数据放入相应的容器，实现业务横向安全隔离；
26.容器内的app对采集数据经过边缘计算进行分析决策，对数据的计算结果就地处理后上传至平台层；
27.平台层经过基础平台存储管理、人机交互和物联网管理，数据处理后在设备应用层实现其运行设备状态信息感知、用电数据抄收、配变监测、通讯组网和本地化分析。
28.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
29.本发明包含感知层、网络层、平台层、应用层四层结构，用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。
30.按全新新一代解决该设备下层设备，具有边缘计算分析下层设备运行状态就地处理和显示的新一代电力物联网的智能型万能式断路器。广泛适用于电力、机械、冶金、石化、纺织、纺织、建筑、船舶等领域。
附图说明
31.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
32.图1为断路器系统框图；
33.图2为万能式断路器功能框图；
34.图3为智能融合终端架构图。
具体实施方式
35.下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
36.本发明实施例提供的基于智能物联网深度融合万能式断路器，包括智能云端管理平台、边缘计算模块和功能执行单元三个部分。
37.智能云端管理平台，分别连接设备管理单元、容器管理单元、app管理单元和告警管理单元；用于将边缘计算模块传输的关于功能执行单元和通讯管理模块采集的断路器信息进行终端管理；提供信息技术服务环境和云计算能力，减少数据传输中的转发和处理时间，确保低时延和高可靠性。
38.其中，设备管理单元主要针对运检业务、生产管理、配电智能监测、资产管理、需求侧相应、故障研判和自动工单的管理。容器管理主要是将若干app应用单元集成在一个容器中进行管理，采用docker容器技术，实现业务横向安全隔离。app管理单元包括交流采集app、电能表采集app、漏电保护app、无功补偿app和其他app等等，业务应用灵活部署，用户可实现定制化应用二次开发。
39.智能云端管理平台通过无线公网4g/5g或无线专网lte
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230向下连接边缘计算模块，该边缘计算模块通过hplc、rs485或hrf向下连接功能执行单元和通讯管理模块。
40.边缘计算模块，包括硬件单元和软件单元，用于将功能执行单元和通讯管理模块采集的断路器信息进行融合网络、计算、存储及应用，并传输至智能云端管理平台。
41.边缘计算模块能够满足营销、配电业务，采用容器、边缘计算技术，具有双安全芯片，是端侧设备与云主站之间的桥梁，边缘计算模块具备ttu和集中器的功能，是配用电的重要边缘计算节点，是构建低压配电物断路器的基础智慧物联体系“云管边端”架构的边缘设备，具备边缘物联、状态感知及数据采集功能，作为配电及新兴领域业务支撑。采用硬件平台化、业务app化、结构模块化。可应用于配电物联网运行设备状态信息感知、用电数据抄收、配变监测、通讯组网、本地化分析决策机制等功能于一体的智能化深度融合断路器设备。边缘计算模块支持hplc采集、485通信、lte通信能力。
42.其中，硬件单元包括核心板、主控板、显示模块、三相电源板、采集模块、上行通讯模块和下行通讯模块。核心板为整个硬件单元的核心处理模块与主控板通过双排针连接，负责整个单元数据采集、计算、分析、处理和通讯；主控板通过自带的连接器连接有显示模块、三相电源板、采集模块和上下行通讯模块，用于对各个模块单元数据状态的控制；显示模块用于显示相关的数据信心，三相电源板用于全电量采集(可测量三相电压，电流，频率，总有功功率，总无功功率，总功率因数，有功电度，无功电度，各相有功功率，总视在功率，各相无功功率，各相功率因数，等参数)；采集模块用于数据信息的采集，下行通讯模块用来对下采集设备进行通讯，上行通讯模块主要用来对上主站进行通讯，实现数据的双向交互和通讯。
43.其中，核心板基于支持linux系统开发环境，具有边缘计算能力，实现数据就地处
理、智能分析，降低云端压力；主控板采用国产工业级芯片cpu；主控性能，内存、flash等硬件资源更丰富。上下行通讯模块营配主站双接入，上行通道支持双4g、支持北斗定位、蓝牙通信，便捷的掌机平板调试。
44.软件单元包括低压拓扑动态管理、用电信息采集管理、配电在线监测、精益线损分析、功能补偿分析、无功补偿管理、分布式能源管理、负载监测和停电故障研判。
45.功能执行单元，包括电气量采集单元、机械特性采集单元、状态量采集单元、环境量采集单元、操作传动单元、导电系单元、电气绝缘单元和电弧治理单元，用于各个功能数据采集单元相关数据信息的采集和动作执行处理。
46.功能执行单元的功能包括液晶显示、电力参数监测、配电房智能监测、全感知自诊断、电流电压保护功能、过频欠频保护功能、过温保护功能、数据加密、故障告警事件记录、电量定时冻结、远程控制、负载监测和能耗监测。
47.通讯管理模块，可连接多种设备终端，用于对下层设备集中管控和计算分析，下层设备包括如智能换相开关、分支开关、谐波整理装置、配变监测装置、环境监测装置、无功补偿装置、三相不平衡治理装置、排风扇，照明设备等等。
48.如图2所示，本发明融合断路器的功能通过各个单元模块实现对下层设备集中管控和计算分析功能，采用采集模块实现电力参数监测、配电房智能监测、全感知自诊断功能、电量定时冻结功能；采用三相电源板模块实现电流电压保护功能、过频欠频保护功能、过温保护功能；采用核心板实现数据加密、故障告警事件记录、负载监测、能耗监测等功能、采用主控板模块实现远程控制功能、采用上下行通讯模块实现通讯集中管理和传输。
49.如图3所示，示出了本实施例基于智能物联网深度融合万能式断路器采用智能融合终端架构方案：
50.整个架构由四部分组成，包括智能云端管理平台、边缘计算模块、功能执行单元和通讯管理模块。
51.边缘计算模块分别与下层智能设备和功能执行单元连接，采集设备本身和相关数据；软件单元依托硬件单元包括漏电保护、线损、交流采集、无功补偿、环境监测、风险预警、开关换相、故障研判等，包括可任由开发者二次开发使用的app。采用docker容器技术，将数据放入相应的容器，实现业务横向安全隔离；容器内的app对采集数据经过边缘计算进行分析决策，对数据的计算结果就地处理后上传至平台层。
52.智能云端管理平台包括基础web平台层、数据库层和设备管理app层。基础平台层包括基础管理平台，人工智能平台和物联管理平台；数据库层包括数据中台和iot中台数据同步；设备管理app层包括设备运检、生产管理、配电房智能监测、资产管理、需求响应、故障研判和自动工单管理等多种应用业务。基础平台层经过基础平台存储管理、人机交互和物联网管理，数据处理后在设备管理app层实现其运行设备状态信息感知、用电数据抄收、配变监测、通讯组网和本地化分析。数据中台包括数据服务中心，数据开发中心、数据资源中心、数据共享中心、数据采集中心等等；iot中台包括app管理、app监控、安全管理、终端管理等等。
53.本发明具体实施方法为，边缘计算模块通过hplc、rs485或hrf的通讯方式通过通讯管理模块与下层智能设备连接，采集相关数据；同时与执行单元连接采集设备本身和就地的相关数据，然后采用docker容器技术，将数据放入相应的容器，实现业务横向安全隔
离；然后容器内的app对采集数据经过边缘计算进行分析决策，对数据的计算结果就地处理，同时将数据通过无线公网4g/5g或无线专网lte
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230将相应数据上传至基础web平台层，基础web平台层首先经过基础平台存储管理、人机交互和物联网管理，然后在数据库层进行数据分析、存储处理和物联网数据管理，最后在设备管理app层实现其运行设备状态信息感知、用电数据抄收、配变监测、通讯组网、本地化分析等功能。
54.本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。