一种基于电能计量技术的低压用电设备故障定位系统的制作方法

本发明涉及低压用户故障信息采集领域，具体涉及居民、学校、公共实施的各类用电设备和用电电器，针对不同负荷和功能要求的用电电器存在着各种用电习惯和用电隐患，快速定位故障位置以及故障设备，减少人为的排查难度和减少用电隐患，特别合适于对用电电器管理限制的场所。

背景技术：

近年来在国家电网公司牵头倡导和大力推动下，泛在电力物联网建设正在全面快速开展。泛在物联网在电力行业的具体表现形式和应用，旨在将电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备、以及人和物连接起来，产生共享数据，为用户、电网、发电、供应商和政府社会提供服务，以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，为全行业和更多市场主体发展创造更大机遇，创造价值服务。直接面向低压用户的智能用电领域一直是近年来智能电网建设的热点和难点，但随着相关技术和装备的发展完善，能够实现电力流与信息流综合高效智能利用的家庭能源信息服务系统也必将成为泛在电力物联网建设的焦点和亮点。

目前的家庭智能用电系统与传统用电网络相比，绝大多数利用了窄带低压电力线载波(n-plc)技术，重点解决了各类终端用电设备的信息接入与上传，以及远程控制信号的传递等问题，部分系统还基于宽带低压电力线载波(b-plc)或低压光纤复合电缆(oplc)技术，提供了终端用电设备与网络设备的宽带接入，并在此基础上开展了用户双向互动等多样化业务，取得较好的体验。但受思路、技术与标准方面的局限，仍然存在一些不足之处，例如，不具备故障定位能力。随家用电器的增加，电器发生故障短路的概率增加，因此当故障发生时，需要及时定位故障位置，而通过对故障电器进行快速识别则可以减少故障带来的损害。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有生产中这些缺点，提供一种结构合理的面向低压用户的故障定位系统。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于电能计量技术的低压用电设备故障定位系统，包括定位装置，所述定位装置包括mcu、特征数据采集模块、特征数据库、触摸显示屏、通信模块以及电源模块；特征数据采集模块的输入端分别连接每个房间的数字变送器、电能表的计量模块，特征数据采集模块的输出端、特征数据库、显示屏以及通信模块均连接mcu，通信模块连接用户软件系统，其中，

智能电能表的计量模块，实时采样全屋电器设备的电流、电压波形数据，计量模块将数据发送至特征数据采集模块；

数字变送器，将房间的用电数据发送至特征数据采集模块；

特征数据采集模块，将计量模块、数字变送器发送来的数据预处理，滤出异常数据，将所有数据发送至mcu；

mcu，对计量模块采集的数据进行处理，通过小波分析算法提取电器设备的故障信号特征量，所述故障信号特征量包括负荷稳态功率参数、负荷开断暂态功率参数、负荷故障暂态功率参数、房间的稳态电流幅值、短路故障电流幅值；从数字变送器采集的数据中，提取出暂态特征功率参数、暂态电流幅值；将暂态电流幅值与特征数据库中对应房间的稳态电流幅值进行比较，当比较结果基本匹配时，则判断无故障；当比较结果不匹配时，将暂态电流幅值与短路故障电流幅值进行比较，若比较结果也不匹配时，将暂态特征功率参数与特征数据库中对应房间的负荷开断暂态功率参数进行比较，得到电器开断识别结果；当暂态电流幅值与短路故障电流幅值的比较结果匹配时，则判断该房间发生短路故障，并进行电器故障识别；将暂态特征功率参数与特征数据库中对应房间的负荷故障暂态功率参数进行数据比较，当比较结果基本匹配时，实现故障电器识别；

特征数据库，存储故障信号特征量；

电源模块，为显示屏、mcu以及通信模块供电；

通信模块，将对应的房间位置信息和故障电器识别信息发送至用户软件系统；

显示屏，将故障电器识别信息和对应的房间位置信息进行显示。

优选的，每个房间的总电路上均设置总空气开关，总空气开关通过数字变送器连接电路末端的负载；负载和数字变送器之间设有末端空气开关。

优选的，定位装置中还设有ups电源，电源模块为ups电源供电，当电源模块无法正常输出时，ups电源为触摸显示屏、mcu以及通信模块供电。

优选的，通信模块为gprs通信模块。

优选的，所述显示屏为触摸显示屏。

本发明的有益效果如下：

本发明通过设置定位装置，建立特征数据库、实时采集用电数据、提取暂态特征功率和暂态电流幅值，通过数据对比，不仅可以实现对故障发生的房间位置进行识别，同时可以识别房间内的故障电器，快速实现故障定位，同时将信息传递给用户；提高故障查找效率；

本发明通过设置ups电源，当停电时或者电源模块无输出时，ups电源可以为触摸显示屏、mcu以及通信模块供电，及时将故障位置信息进行显示、发送给用户，以便用户和维修人员尽快排除故障问题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。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。

如图1所示，本发明所述的一种基于电能计量技术的低压用电设备故障定位系统，包括定位装置，所述定位装置包括mcu、特征数据采集模块、特征数据库、触摸显示屏、通信模块以及电源模块；每个房间的电路上均设置一个总空气开关，总空气开关通过数字变送器连接电路末端的插座或照明设备，插座连接负载；电路末端还设有末端空气开关；每个房间的数字变送器、智能电能表的计量模块均连接特征数据采集模块的输入端，特征数据采集模块的输出端、特征数据库、触摸显示屏以及通信模块均连接mcu，通信模块连接用户软件系统，电源模块为触摸显示屏、mcu以及通信模块供电。定位装置中还设有ups电源，电源模块为ups电源供电，当电源模块无法正常输出时，ups电源为触摸显示屏、mcu以及通信模块供电。

本发明具体包括以下步骤：

(1)建立特征数据库：智能电能表的计量模块实时采样全屋电器设备的电流、电压波形数据，计量模块将数据发送至特征数据采集模块，特征数据采集模块将数据预处理，滤出异常数据，将数据发送至mcu；mcu对数据进行处理，通过小波分析算法提取电器设备的故障信号特征量，所述故障信号特征量包括负荷稳态功率参数、负荷开断暂态功率参数、负荷故障暂态功率参数、房间的稳态电流幅值、短路故障电流幅值；mcu将故障信号特征量存储入特征数据库；

(2)用电数据采集：将每个房间的数字变送器进行编号，轮流将房间的用电数据发送至特征数据采集模块，特征数据采集模块将数据进行预处理，发送至mcu；mcu从数据中提取出暂态特征功率参数、暂态电流幅值；

(3)数据比较：mcu将暂态电流幅值与特征数据库中对应房间的稳态电流幅值进行比较，当比较结果基本匹配时，则判断无故障，重复步骤2；当比较结果不匹配时，将暂态电流幅值与短路故障电流幅值进行比较，若比较结果也不匹配时，mcu将暂态特征功率参数与特征数据库中对应房间的负荷开断暂态功率参数进行比较，当比较结果基本匹配时，得到电器开断识别结果，重复步骤2；当暂态电流幅值与短路故障电流幅值的比较结果匹配时，mcu判断该房间发生短路故障，并进行电器故障识别；

(4)电器故障识别：mcu将暂态特征功率参数与特征数据库中对应房间的负荷故障暂态功率参数进行数据比较，当比较结果基本匹配时，实现故障电器识别，mcu将对应的房间位置信息和故障电器识别信息发送至触摸显示屏进行显示，同时通过通信模块发送至用户软件系统。

所述数字变送器，采集房间的用电数据发送至特征数据采集模块，所述用电数据包括电压、电流、频率、功率、功率因数、谐波等等参数。

所述通信模块为gprs通信模块。

所述mcu通过通信模块与internet上的主机的数据中心连接，通过在设置数据中心的ip(或域名)和端口后，所述定位装置利用无线网络拨号连上internet，随后发起对所配的ip和端口(即mserver的监听端口)的连接。定位装置将对应的房间位置信息和故障电器识别信息等数据发送给internet上的主机。用户软件系统则通过串口等接口连接到mserver，进而实现了从用户设备到用户软件系统之间的无线、双向数据通信，用户软件系统包括家用电器监控软件。家用电器监控软件通过虚拟串口等接口连接到mserver，并映射到本模块对应的rs232通道(或者rs485通道)号的终端，进而实现了从用户串口设备到家用电器监控软件之间的无线、双向数据通信。

据此就得到了一种基于电能计量技术的低压用电设备故障定位系统。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。