用电管理系统和方法与流程

本发明涉及电力通讯技术领域，具体而言，涉及一种用电管理系统和方法。

背景技术：

在电力系统中，用电管理系统起着举足轻重的作用，现有的用电管理系统主要有RS-485方式抄表、电力线载波方式抄表、微功率无线方式抄表等几种方式。

当前这种用电管理系统受限于通信信道的限制，导致终端在线率相对低，终端抄表成功率相对低，电能量信息不完善，导致系统的软件管理功能大打折扣，不能符合智能电网的发展趋势。

并且，在电力系统中，常会出现窃电现象。目前的防窃电手段主要采用机械封闭式防范，人员巡查，利用监测设备对计量回路电流有无、电流突变等进行监测等方式。但机械封闭式防范容易遭到破坏；人员巡查会耗费大量人力；电流回路的正常与否很难判定。因为负荷的性质千差万别，仅用“有无电流”、“电流突变”等为依据，十分不可靠。由于窃电行为的随机性和手段的复杂性，上述方法和技术均不能及时有效地进行判别和告警，无法有效阻止窃电现象的发生。

综上所述，现有技术中存在用电管理系统功能低和无法阻止窃电现象的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种用电管理系统和方法，能够高速稳定地传输用电数据，同时能够及时对窃电现象进行判别和报警。

第一方面，本发明实施例提供了一种用电管理系统，所述系统包括光纤电能表、光纤用电管理终端和供电所监控中心；所述光纤用电管理终端通过光纤复合电缆与多个所述光纤电能表连接，所述供电所监控中心通过光纤复合电缆与多个所述光纤用电管理终端连接；

所述光纤用电管理终端用于获取所述光纤电能表的用电数据；根据杂凑算法提取获取到的用电数据的摘要，生成相应的抄表报文；将所述获取到的用电数据与上次发送的用电监测数据中的用电数据信息进行比较，抽取出已经变化的用电数据信息；对所述抄表报文和所述已经变化的用电数据信息进行压缩处理，得到本次用电监测数据；发送本次用电监测数据至所述供电所监控中心；所述用电数据包括电压、电流、功率、功率因数和用电量；

所述供电所监控中心包括工控机，所述工控机用于接收所述光纤用电管理终端上传的所述用电监测数据；根据各个电力用户的所述用电监测数据监测各个电力用户的日负荷数据，计算出各个电力用户的负荷特征曲线；根据所述负荷特征曲线，分析各个电力用户的移峰填谷潜力与预设的第一阈值进行比较；对于所述移峰填谷潜力大于所述阈值的电力用户，制订对应的改善电网负荷特性的控制管理手段，实现移峰填谷的管理；

所述光纤用电管理终端包括供电电源、控制模块、分别与所述控制模块连接的上行光纤接口、下行光纤接口、三相不平衡电流采集电路、短路检测模块和报警单元；所述光纤用电管理终端通过上行光纤接口与所述供电所监控中心连接，并通过下行光纤接口与所述光纤电能表连接；

所述下行光纤接口包括光线路终端接口电路；所述光线路终端接口电路与无源光纤分路器连接，通过无源光纤分路器将光线路终端输出分成多路输出信号，分别连接至所述光纤电能表；

所述三相不平衡电流采集电路包括分别与三相交流电的三支线路连接的三路电流监测互感器和零序电流互感器，三路电流监测互感器和零序电流互感器均安装于配电变压器低压侧的输出端，三路电流监测互感器的二次侧通过导线连接到零序电流互感器的一次侧，三路电流监测互感器的二次侧和零序电流互感器的二次侧分别连接到控制模块的电流输入端；

所述控制模块通过三路电流监测互感器采集的三相电流值和零序电流互感器采集的零序电流值，分别得到合成零序电流值和实测零序电流值；计算出所述合成零序电流值与所述实测零序电流值之间的差值，将所述差值与预设的第二阈值相比较，以判断电流回路是否正常，如果否，则发出第一报警信号至报警单元，控制报警单元启动窃电报警；

所述短路检测模块包括检测电路，所述检测电路与所述控制模块连接；所述检测电路包括连接在配电变压器高压侧的三相正负电流端子和连接在配电变压器低压侧的三相正负电流端子，用于检测配电变压器高压侧与配电变压器低压侧之间的阻抗值；

所述控制模块还用于当接收到检测电路检测的所述阻抗值时，判断电路中是否有短路，如果有，则发出第二报警信号至报警单元，控制报警单元启动短路报警。

结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述控制模块包括判断单元，所述判断单元与所述检测电路和报警单元连接，用于将所述检测电路检测到的所述阻抗值与预设的第三阈值进行比较，如果所述阻抗值小于所述第三阈值，则判定电路中存在短路情况；

如果电路中存在短路情况，将所述短路情况记载到电路短路记录中。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例还提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述判断单元还用于根据电路短路记录及设定的反应时间，判断报警单元的报警是否正确及是否在规定的时间内报警。

结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述光纤电能表内设置有电参数采集单元、测量单元、管理单元、传输单元和显示单元；所述测量单元、传输单元和显示单元与所述管理单元连接；

所述电参数采集单元与所述测量单元连接，包括电压信号采集电路和电流信号采集电路；

所述测量单元用于测量所述电压信号采集电路采集的电压值和所述电流信号采集电路采集的电流值，并传送至所述管理单元；

所述管理单元用于控制所述测量单元测量所述电压值和所述电流值，并根据所述电压值和电流值计算用电功率、用电量；根据所述用电量计算电费和剩余电量；

所述传输单元通过所述光纤复合电缆向所述光纤用电管理终端传送所述电压值、电流值、用电功率、用电量、电费及剩余电量；

所述显示单元用于显示所述管理单元计算得到的用电量和剩余电量。

结合第一方面，本发明实施例还提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述无源光纤分路器包括熔融拉锥式分光器或平面光波导功率分光器。

第二方面，本发明实施例还提供一种用电管理方法，应用于光纤用电管理终端，包括：

获取光纤电能表的用电数据；

根据杂凑算法提取获取到的用电数据的摘要，生成相应的抄表报文；

将该获取到的用电数据与上次发送的用电监测数据中的用电数据信息进行比较，抽取出已经变化的用电数据信息；

对所述抄表报文和所述已经变化的用电数据信息进行压缩处理，得到本次用电监测数据；

将所述本次用电监测数据发送给供电所监控中心；所述用电监测数据包括电压、电流、功率、功率因数和用电量。

结合第二方面，本发明实施例还提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述获取光纤电能表的用电数据，包括：

光纤用电管理终端接收到供电所监控中心在预置时间内发出的采集命令，执行所述采集命令获取光纤电能表的用电数据。

结合第二方面，本发明实施例还提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述获取光纤电能表的用电数据，包括：

光纤用电管理终端在预置时间内主动向供电所监控中心发送获取用电数据触发信息，以使所述供电所监控中心触发光纤用电管理终端获取用电数据。

结合第二方面，本发明实施例还提供了第二方面的第三种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：

通过三路电流监测互感器采集的三相电流值和零序电流互感器采集的零序电流值，分别得到合成零序电流值和实测零序电流值；

计算出所述合成零序电流值与所述实测零序电流值之间的差值，将所述差值与预先设置的阈值相比较，以判断电流回路是否正常；

如果否，则发出第一报警信号至报警单元，控制报警单元启动窃电报警。

第三方面，本发明实施例还提供一种用电管理方法，应用于上述系统中的供电所监控中心，包括：

接收所述光纤用电管理终端上传的所述用电监测数据；

监测各个电力用户的日负荷数据，计算出各个电力用户的负荷特征曲线；

根据所述负荷特征曲线，分析不同电力用户的移峰填谷潜力；

将分析得到的所述移峰填谷潜力与预设的第一阈值进行比较；

对于所述移峰填谷潜力大于所述阈值的电力用户，制订对应的改善电网负荷特性的控制管理手段，实现移峰填谷的管理。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的用电管理系统和方法，采用光纤用电管理终端、高性能的光纤接口模块以及光纤复合电缆进行用电数据的采集和传输，能够实现电能量数据的快速处理，大容量存储和电能量数据的高速稳定地传输，有利于提高用电管理能力。

本发明实施例的光纤用电管理终端通过对光纤电能表获取的用电数据进行简化处理，将处理后的用电数据发送给供电所监控中心，采用该方法滤掉了不需要发送的用电数据，减轻了数据传输的压力。

本发明实施例提供的系统和方法，同时能够对窃电现象和电路短路现象进行监测和报警，供电所监控中心能够准确获得电网负荷特性分析结果，针对不同用电特征的用户制定相对应的改善全网负荷特性曲线的方法，提高了配电、用电管理的水平和可靠性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明一实施例所提供的用电管理系统的结构框图；

图2为本发明一实施例所提供的光纤用电管理终端的结构框图；

图3为本发明一实施例所提供的用电管理方法的流程图；

图4为本发明另一实施例所提供的用电管理方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。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。

为了解决现有技术中用电管理系统功能低，无法阻止窃电现象，无法检测电路短路等问题。本发明实施例提供了一种用电管理系统和方法。以下首先对本发明实施例提供的用电管理系统进行详细介绍。

实施例一

图1示出了本实施例所提供的用电管理系统的结构框图；图2示出了本实施例所提供的光纤用电管理终端的结构框图。如图1和图2所示，该用电管理系统包括：光纤电能表300、光纤用电管理终端200和供电所监控中心100。光纤用电管理终端200通过光纤复合电缆与多个光纤电能表300连接，供电所监控中心100通过光纤复合电缆与多个光纤用电管理终端200连接。

本发明实施例的光纤用电管理终端通过对光纤电能表获取的用电数据进行简化处理，将处理后的用电数据发送给供电所监控中心，采用该方法滤掉了不需要发送的用电数据，减轻了数据传输的压力。

光纤用电管理终端200用于获取光纤电能表300的用电数据；根据杂凑算法提取获取到的用电数据的摘要，生成相应的抄表报文；将获取到的用电数据与上次发送的用电监测数据中的用电数据信息进行比较，抽取出已经变化的用电数据信息；对抄表报文和已经变化的用电数据信息进行压缩处理，得到本次用电监测数据；发送本次用电监测数据至供电所监控中心；用电数据包括电压、电流、功率、功率因数和用电量。

杂凑算法采用hash函数(也称杂凑函数)把任意长度的用电数据的输入压缩到某一固定长度的输出，将该输出作为用电数据的摘要。这个过程也可以称为散列，变换成固定长度的输出，该输出就是散列值。散列值的空间远小于输入的空间，不同的输入可能会散列成相同的输出，而不可能从散列值来唯一地确定输入值。用电数据的输入是任意的，输出的长度是固定的，以便抵抗攻击。

供电所监控中心100包括工控机，工控机用于接收光纤用电管理终端200上传的用电监测数据；根据各个电力用户的用电监测数据监测各个电力用户的日负荷数据，计算出各个电力用户的负荷特征曲线；根据负荷特征曲线，分析各个电力用户的移峰填谷潜力与预设的第一阈值进行比较；对于移峰填谷潜力大于阈值的电力用户，制订对应的改善电网负荷特性的控制管理手段，实现移峰填谷的管理。

具体来说，逐一分析各个电力用户的移峰填谷潜力，计算移峰填谷潜力的公式为：全网负荷最高值与全网负荷最低值的差再除以任一电力用户累计负荷曲线上在发生全网负荷最高值的时点对应的累计负荷值与任一电力用户累计负荷曲线上在发生全网负荷最低值的时点对应的累计负荷值的差。如果该值大于预设的第一阈值，表示该类用户具有移峰填谷潜力，如果该值小于等于预设的第一阈值，表示该类用户不具备移峰填谷潜力，该值越大说明该用户移峰填谷潜力越大。所述移峰填谷把用电量从用电高峰“卸载”到用电低谷，使用电量相对达到平衡。

上述过程能够获得合理、准确的电网负荷特性分析结果，并针对不同用电特征的一类用户制定相对应的改善全网负荷特性曲线的方法，做到有的放矢、落实到户，提高电网负荷特性分析的准确性、指导性、可操作性。

光纤用电管理终端200包括供电电源、控制模块204、分别与控制模块204连接的上行光纤接口202、下行光纤接口206、三相不平衡电流采集电路203、短路检测模块205和报警单元201。光纤用电管理终端200通过上行光纤接口202与供电所监控中心100连接，并通过下行光纤接口206与光纤电能表300连接。

下行光纤接口206包括光线路终端接口电路；光线路终端接口电路与无源光纤分路器连接，通过无源光纤分路器将光线路终端输出分成多路输出信号，分别连接至所述光纤电能表。

所述无源光纤分路器是一个从一条光纤中接收光信号，并将光信号同等或不等分配给另外几条光纤的小型简单设备。本发明实施例采用的无源光纤分路器包括熔融拉锥式分光器或平面光波导功率分光器。平面光波导功率分光器是基于光学集成技术的，利用半导体工艺制作光波导分支器件，分路的功能在芯片上完成。

三相不平衡电流采集电路203包括分别与三相交流电的三支线路连接的三路电流监测互感器和零序电流互感器，三路电流监测互感器和零序电流互感器均安装于配电变压器低压侧的输出端，三路电流监测互感器的二次侧通过导线连接到零序电流互感器的一次侧，三路电流监测互感器的二次侧和零序电流互感器的二次侧分别连接到控制模块的电流输入端。

控制模块204通过三路电流监测互感器采集的三相电流值和零序电流互感器采集的零序电流值，分别得到合成零序电流值和实测零序电流值；计算出合成零序电流值与实测零序电流值之间的差值，将差值与预设的第二阈值相比较，以判断电流回路是否正常，如果否，则发出第一报警信号至报警单元，控制报警单元启动窃电报警。控制模块204还用于当接收到检测电路检测的阻抗值时，判断电路中是否有短路，如果有，则发出第二报警信号至报警单元，控制报警单元启动短路报警。

电流互感器是由闭合的铁心和绕组组成。其一次侧绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，二次侧绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，工作时，电流互感器的二次侧回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器的工作状态接近短路。

短路检测模块205包括检测电路，检测电路与控制模块连接；检测电路包括连接在配电变压器高压侧的三相正负电流端子和连接在配电变压器低压侧的三相正负电流端子，用于检测配电变压器高压侧与配电变压器低压侧之间的阻抗值。

控制模块204包括判断单元，判断单元与检测电路和报警单元连接，用于将检测电路检测到的阻抗值与预设的第三阈值进行比较，如果阻抗值小于所述第三阈值，则判定电路中存在短路情况；

如果电路中存在短路情况，将所述短路情况记载到电路短路记录中。

所述判断单元还用于根据电路短路记录及设定的反应时间，判断报警单元的报警是否正确及是否在规定的时间内报警。

上述光纤电能表内设置有电参数采集单元、测量单元、管理单元、传输单元和显示单元；测量单元、传输单元和显示单元与管理单元连接。

电参数采集单元与测量单元连接，包括电压信号采集电路和电流信号采集电路；

测量单元用于测量所述电压信号采集电路采集的电压值和所述电流信号采集电路采集的电流值，并传送至所述管理单元；

管理单元用于控制测量单元测量电压值和电流值，并根据电压值和电流值计算用电功率、用电量；根据用电量计算电费和剩余电量；

传输单元通过光纤复合电缆向光纤用电管理终端传送电压值、电流值、用电功率、用电量、电费及剩余电量；

显示单元用于显示管理单元计算得到的用电量和剩余电量。

本发明实施例提供的用电管理系统，采用光纤用电管理终端、高性能的光纤接口模块以及光纤复合电缆进行用电数据的采集和传输，能够实现电能量数据的快速处理，大容量存储和电能量数据的高速稳定地传输，有利于提高用电管理能力。

本发明实施例提供的系统，同时能够对窃电现象和电路短路现象进行监测和报警，供电所监控中心能够准确获得电网负荷特性分析结果，针对不同用电特征的用户制定相对应的改善全网负荷特性曲线的方法，提高了配电、用电管理的水平和可靠性。

实施例二

该实施例公开了一种用电管理方法。图3示出了该用电管理方法的流程图，如图3所示，该方法应用于光纤用电管理终端，包括：

步骤S301，获取光纤电能表的用电数据；

步骤S302，根据杂凑算法提取获取到的用电数据的摘要，生成相应的抄表报文；

步骤S303，将该获取到的用电数据与上次发送的用电监测数据中的用电数据信息进行比较，抽取出已经变化的用电数据信息；

步骤S304，对抄表报文和所述已经变化的用电数据信息进行压缩处理，得到本次用电监测数据；

步骤S305，将本次用电监测数据发送给供电所监控中心；所述用电监测数据包括电压、电流、功率、功率因数和用电量。

其中，获取光纤电能表的用电数据，可以采用如下的方法实现：光纤用电管理终端接收到供电所监控中心在预置时间内发出的采集命令，执行所述采集命令获取光纤电能表的用电数据；也可以采用如下的方法实现：光纤用电管理终端在预置时间内主动向供电所监控中心发送获取用电数据触发信息，以使所述供电所监控中心触发光纤用电管理终端获取用电数据。

杂凑算法采用hash函数(也称杂凑函数)把任意长度的用电数据的输入压缩到某一固定长度的输出，将该输出作为用电数据的摘要。这个过程也可以称为散列，变换成固定长度的输出，该输出就是散列值。散列值的空间远小于输入的空间，不同的输入可能会散列成相同的输出，而不可能从散列值来唯一地确定输入值。用电数据的输入是任意的，输出的长度是固定的，以便抵抗攻击。

通过对光纤电能表获取的用电数据进行简化处理，将处理后的用电数据发送给供电所监控中心，采用该方法滤掉了不需要发送的用电数据，减轻了数据传输的压力。

为了正确判断并对用户窃电行为进行报警，该方法还包括：

通过三路电流监测互感器采集的三相电流值和零序电流互感器采集的零序电流值，分别得到合成零序电流值和实测零序电流值；

计算出所述合成零序电流值与所述实测零序电流值之间的差值，将所述差值与预先设置的阈值相比较，以判断电流回路是否正常；

如果否，则发出第一报警信号至报警单元，控制报警单元启动窃电报警。

该方法有利于确保用电管理终端的功能完善，性能可靠，避免发生误告警或少报警的现象。

实施例三

该实施例提供了另一种用电管理方法，应用于上述供电所监控中心，如图4所示，包括：

步骤S401，接收光纤用电管理终端上传的用电监测数据；

步骤S402，监测各个电力用户的日负荷数据，计算出各个电力用户的负荷特征曲线；

步骤S403，根据负荷特征曲线，分析不同电力用户的移峰填谷潜力；

步骤S404，将分析得到的移峰填谷潜力与预设的第一阈值进行比较；

步骤S405，对于移峰填谷潜力大于第一阈值的电力用户，制订对应的改善电网负荷特性的控制管理手段，实现移峰填谷的管理。

具体来说，逐一分析各个电力用户的移峰填谷潜力，计算移峰填谷潜力的公式为：全网负荷最高值与全网负荷最低值的差再除以任一电力用户累计负荷曲线上在发生全网负荷最高值的时点对应的累计负荷值与任一电力用户累计负荷曲线上在发生全网负荷最低值的时点对应的累计负荷值的差。如果该值大于预设的第一阈值，表示该类用户具有移峰填谷潜力，如果该值小于等于预设的第一阈值，表示该类用户不具备移峰填谷潜力，该值越大说明该用户移峰填谷潜力越大。所述移峰填谷把用电量从用电高峰“卸载”到用电低谷，使用电量相对达到平衡。

上述过程能够获得合理、准确的电网负荷特性分析结果，并针对不同用电特征的一类用户制定相对应的改善全网负荷特性曲线的方法，做到有的放矢、落实到户，提高电网负荷特性分析的准确性、指导性、可操作性。

本发明实施例提供的用电管理系统和方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

需要说明的是，在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露系统和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。