本发明属于电力供配电技术领域，具体涉及基于实时在线负荷智能终端及其管理控制系统。
背景技术：
当今，在供电系统运行过程中，不论是工业用电、农业用电还是居民用电，其具体对象实时负荷的状况，如：功率大小、功率因数状况、三相平衡情况、谐波的状况等对管理者而言一般均比较模糊，只有所有负荷集中到变电所之后，运营人员才能观测到对应支线负荷的情况；再向上归集，调度中心方能知晓各变电所的用电情况。
对于管理人员，尤其是某一特定单位的管理人员对本单位具体方面的负荷情况却无法详尽获得，对各负荷的运营状况也无法知晓，这对相关单位的生产调度、装置运行状况的监控等十分不利，影响具体单位管理人员对本单位的生产管理、负荷调整等制定合理的决策与管理方案。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的在于提供基于实时在线负荷智能终端，本发明的另一目的是提供其管理控制系统，让管理人员对本单位各部门、各分支的用电情况有一个全面的掌握，同时监管各分支单元的生产与运行情况，给本单位管理人员的决策与管理提供基础支撑。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
基于实时在线负荷智能终端，作为配电系统的低压侧，在电网连接处，其为一级负荷，该负荷为下联电力母线所有负荷的总和；电力母线之下的负荷视为二级负荷，在二级负荷之下分支母线之后的负荷视为三级负荷；在一级负荷、二级负荷、三级负荷的每一个分支节点处均设置基于实时在线负荷智能终端，基于实时在线负荷智能终端包括监控装置和对应分支负荷输出开关；所述的监控装置内部包括信息检测单元、分析运算单元、状态判断单元、形成报表单元、收发器单元、命令接受单元和命令执行单元；信息检测单元、分析运算单元、形成报表单元和收发器单元顺次相连，在信息检测单元和形成报表单元之间设置状态判断单元，状态判断单元与命令执行单元相连，在命令执行单元和收发器单元之间设置命令接受单元。
所述的监控装置还包括供配电箱温度检测单元，供配电箱温度检测单元由红外温度监测单元构成，其巡回检测开关柜相关位置的温度信息，并将其传送至状态判断单元。
所述的信息检测单元接受来自电流互感器、电压互感器副边来的电压、电流信息，并将其转换成监控装置能够识别的数字信息，传递给分析运算单元的监控装置的处理器；监控装置的处理器根据所获得的负荷对象的电压电流信息，分析计算获得对象负荷的相关参数，通过状态判断单元判断负荷的工作状态，然后通过形成报表单元，将对象负荷信息、状态信息、负荷位置信息形成数据报表，通过收发器单元完成本负荷数据报表的发送，并接受来自管理与控制系统发来的命令信息；其中，命令接受单元将接受来的命令信息进行处理，决定该监控装置需要完成的操作，命令执行单元与监控装置所连接开关的控制电路连接，完成对象负荷所需要的相关操作。
所述的基于实时在线负荷智能终端的管理控制系统，该系统包括实时在线负荷智能终端的监控装置，监控装置的输出端与对应分支负荷输出开关的控制电路相连，监控装置的输入端与电压互感器、电流互感器和温度检测器分别相连。
所述的基于实时在线负荷智能终端的管理控制系统，所述的监控装置获得各分支负荷信息，形成数据报表，通过zegbee网络或者gprs网络发送至信息管理平台展示；同时，管理平台通过gprs网络将数据报表发送至运行管理人员的手机，借助于手机app显示对象负荷情况及其运行状态；同时，实时在线负荷智能终端的监控装置根据所获得的负荷电流、电压信息，判断对象负载是否短路，决定本支路对应分支负荷输出开关是否需要进行分闸操作，以保护短路负载支路的电器设备；若分支负荷出现过载等故障运行状况，有权限的管理人员在管理平台及手机上发送分闸操作指令，让实时在线负荷智能终端完成故障分支的分闸操作，以保护故障分支的供配电设备。
有益效果：与现有技术相比，本发明的基于实时在线负荷智能终端，具备以下优势：
(1)实时检测该分支负荷状况，并进行运算，获得负荷的相关参数，如：负载的功率、该分支的功率因数、谐波状况、该分支三相的平衡状况，并判断分支负荷的运行状况，决定分支负荷是否退出运行；
(2)实时检测配电箱(柜)主要点的运行温度情况。如母线排、开关节点等负载电流聚集点温度状况，决定分支电力装置是否退出运行；
(3)实施相关的控制。实时在线负荷智能终端在接受到运行控制指令之后，将按照要求对该分支负荷开关进行分合控制，以保护该分支的相关设备。
(4)发送与接收相关的信息。实时在线负荷智能终端的运行状况、相关参数在控制器中形成报表，通过无线网络发送出去，送到信息管理平台显示；同时，接受平台发送来的控制命令，供本终端予以执行。
本发明的基于实时在线负荷智能终端的控制系统，管理者通过管理平台、手机app获得单位各分部负荷情况及装置的运行状况，为管理者提供了他们所管辖的各分部的运行信息，对各分部的生产运行状况便有了全面的了解。
附图说明
图1是供电网络构成及实时在线负荷智能终端的配置图；
图2是实时在线负荷智能终端的配置图；
图3是负载功率计算图；
图4是三相负荷示意图；
图5是实时在线负荷智能终端的信息传递示意图；
图6为所在单位总体负荷及运行状态显示图；
图7为展开后该单位各级负荷及运行状态显示图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施实例对本发明做进一步的说明。
图1是电力供电系统的简要网络构成，本发明所提出的实时在线负荷智能终端是设置在每一个分支节点处的监控装置，如图1中的1c、2c1、2c2、2c3、…2cn，3c1、3c2、…3cm所示。
图1中，1f，2f1、2f2、2f3、…2fn，3f1、3f2、…3fm表示各级、各分支的负荷情况，符号
作为配电系统的低压侧，在电网连接处，将其视为一级负荷，该负荷为下联电力母线所有负荷的总和。电力母线之下，所有的负荷视为二级负荷。若在二级负荷之下还有分支母线，其分支母线之后的负荷视为三级负荷，以此类推。
如图2所示，基于实时在线负荷智能终端的管理控制系统，包括实时在线负荷智能终端的监控装置，监控装置在一级负荷、二级负荷、三级负荷支路上均有设置，监控装置的输出端与对应分支负荷输出开关的控制电路相连，监控装置的输入端与电压互感器、电流互感器和温度检测器分别相连；该监控装置内部包括信息的检测单元、分析运算单元、状态判断单元、形成报表单元、收发器单元、命令接受单元、命令执行单元和供配电箱温度检测单元。
监控装置内部包含的各单元环节分别介绍如下：
信息检测单元：该单元接受来自电流互感器、电压互感器副边来的电压、电流信息，并将其转换成监控装置能够识别的数字信息，传递给监控装置的处理器。
分析运算单元：监控装置的处理器根据所获得的负荷对象的电压电流信息，分析计算获得对象负荷的相关参数，如：功率、功率因数、畸变率、不平衡率等。
状态判断单元：监控装置的处理器根据所检测的电压电流信息、供配电箱温度检测单元提供的关键部位的温度信息，判断负荷的工作状态，如：正常、过载、短路等。
报表形成单元：监控装置的处理器根据分析获得的对象负荷信息、状态信息、负荷位置信息形成数据报表。
收发器单元：收发器完成本负荷数据报表的发送，并接受来自管理与控制系统发来的命令信息。
命令接受单元：本单元将接受来的命令信息进行处理，决定该监控装置需要完成的操作。
命令执行单元：本单元与监控装置所连接开关的控制电路链接，完成对象负荷所需要的相关操作。
供配电箱温度检测单元：本单元由红外温度监测单元构成，巡回检测开关柜相关位置的温度信息，并将其传送至状态判断单元。
实时在线负荷智能终端的监控装置获得各分支负荷信息，形成数据报表，通过zegbee网络或者gprs网络发送至信息管理平台展示。同时，管理平台通过gprs网络将数据报表发送至运行管理人员的手机，借助于手机app显示对象负荷情况及其运行状态。
同时，实时在线负荷智能终端的监控装置根据所获得的负荷电流、电压信息，判断对象负载是否短路，决定本支路开关是否需要进行分闸操作，以保护短路负载支路的电器设备。若分支负荷出现过载等故障运行状况，有权限的管理人员可以在管理平台及手机上发送分闸操作指令，让实时在线负荷智能终端完成故障分支的分闸操作，以保护故障分支的供配电设备。
每一个基于实时在线负荷智能终端均由图2所示环节构成，在供电系统运行过程中，基于实时在线负荷智能终端实现四部分功能：
(1)实时检测该分支负荷状况，并进行运算，获得负荷的相关参数，如：负载的功率、该分支的功率因数、谐波状况、该分支三相的平衡状况，并判断分支负荷的运行状况，决定分支负荷是否退出运行；
(2)实时检测配电箱(柜)主要点的运行温度情况。如母线排、开关节点等负载电流聚集点温度状况，决定分支电力装置是否退出运行；
(3)实施相关的控制。实时在线负荷智能终端在接受到运行控制指令之后，将按照要求对该分支负荷开关进行分合控制，以保护该分支的相关设备。
(4)发送与接收相关的信息。实时在线负荷智能终端的运行状况、相关参数在控制器中形成报表，通过无线网络发送出去，送到信息管理平台显示；同时，接受平台发送来的控制命令，供本终端予以执行。
下面，针对实时在线负荷智能终端的相关功能将分别进行说明。
针对第(1)项功能的说明
关于负荷检测与运算，参考图3电压、电流的情况，可以获得负载的功率及功率因数情况。
如负载端口电压表示为
检测电路需要检测出负载电压有效值u、负载电流有效值i及电压、电流之间的夹角
关于负载电流的谐波情况，处理器采用公式(3)实施：
公式(3)中，i表示负载总电流有效值，i1为负载电路中的一次分量，ih为负载电流中的谐波分量。则负载电流谐波畸变率γ可表示为：
如何获得i、i1及ih是公式(4)结果获得的关键，为简化检测电路，对电流的采样信号经过低通滤波电路滤去其中的谐波，由处理器分别获取电流采样信号及经过低通滤波电路之后的电流信号，作为负载电流的总有效值i及其中的一次波分量i1，再按照公式(3)、(4)计算出负载电流谐波畸变率。显然，这种获得方法中，因为低通滤波会对其中的一次波分量产生损失，影响其检测结果的准确性。
实施方法之二，将负载电流检测并经控制器采样，通过快速傅里叶变换(fft)获得其一次波分量i1、谐波分量ih，通过公式(3)求出负载电流谐波畸变率。这种获得方法，因为需要大量运算，需要占用控制器比较多的资源，为保证其实时性，对控制器的要求较高。
对于三相电流之间的平衡问题，考虑到电力负荷大多都以感性负荷为主，各相的负载电流
三相电流平均值iav＝(ia+ib+ic)/3，各相负荷不平衡率可表示为：
η＝(ii-iav)/iav，i∈a、b、c(5)；
η的正负表示该相电流大于或者小于负荷电流平均值，其数值表示各相不平衡的程度。
同时，系统所测量的负荷电流、电压信息也可以用来判断对象负载的运行状况，根据检测点的电压、电流大小及其与正常值之间的差异，以及电压、电流的相对变化关系，决定负载是处于正常运行情况、过载运行情况还是短路运行情况。如果出现严重的短路运行状况，可以直接将该信息应用于本支路开关的分闸操作，以迅速断开故障回路，保护负载支路的电器设备。
针对第(2)项功能的说明
为保证供配电系统的运行安全，需要获知供配电箱(柜)容易形成高温的主要点(如母线排、开关节点等负载电流聚集处，或者电路连接的接触处)的运行温度，给运行管理人员提供装置运行的状态信息。获取的方法有两种，一种方法采用贴片温度传感器置于供配电箱(柜)的主要点，通过直接感知被测点运行温度状况，并将被测点温度信息传送至处理器。第二种方法是采用红外非接触测量设备，巡回扫描供配电箱(柜)的主要点运行温度，并获得的温度信息传送至处理器。
获取的温度信息将决定供配电箱(柜)的运行状况，按照运行的温度范围确定该供配电箱(柜)是处于正常运行状态、异常运行状态、故障运行状态，让运行管理人员决定该供配电箱(柜)是否退出运行，以便进行检修。或者告知值班人员密切关注本支路的运行状况，防止出现故障情况。
针对第(3)项功能的说明
实时在线负荷智能终端在接受到分闸操作控制指令之后，将按照要求对该分支负荷开关进行分闸控制，以保护该分支的相关电气设备，保证设备的正常运行。
实时在线负荷智能终端运行过程中，系统所测量的负荷电流、电压信息可以判断对象负载的运行状况，确定负载为正常、过载、短路运行状态。若出现短路，可直接将该信息应用于本支路开关分闸操作，以迅速断开故障回路，保护负载支路的电器设备。
为实施各分支负荷开关的分闸操作，可以将实时在线负荷智能终端的控制触点接入脱扣器控制回路，一旦有分闸指令送到，实时在线负荷智能终端即将控制触点断开，使脱扣器完成分路操作。需要说明的，实时在线负荷智能终端所安装的供配电箱(柜)，其分支负荷开关的合闸操作是由运行控制人员根据分支负荷的需要进行的合闸操作，除非特殊需要，一般不使用实时在线负荷智能终端来进行负载的合闸送电操作。
针对第(4)项功能的说明
实时在线负荷智能终端发送与接收信息。
实时在线负荷智能终端在获得该分支负荷的运行状况、相关参数之后，将形成数据报表，通过网络发送给信息管理平台、手机终端予以显示，报告该分支负荷的具体参数，包括该电路分支的运行状态，具体分支及分级名号由编码器实现，这些信息也由负荷智能终端处理器一并发出，以便于信息管理平台、手机终端辨识与处理。信息传递途径如图5所示。
如果某分支负荷在运行过程中出现高温、短路等故障，危及该装置的运行安全，信息管理平台、手机终端将根据管理者的权限可以实施该分支负荷的断电操作。设定有运行控制操作权限的管理人员，通过信息管理平台、手机终端发送分闸控制命令。实时在线负荷智能终端在接受到平台发送来的控制命令后，该负荷智能终端即将控制触点断开，完成该分支负荷的分闸操作。
实时在线负荷智能终端管理控制系统
实时在线负荷智能终端获取各级、各分支负荷情况及其运行状态，通过zegbee网络或者gprs网络发送至信息管理平台进行处理、归类，形成树状信息报表，供平台展示，运行管理人员通过平台获得各分支(分部)的生产运行情况、设备的运行状况，为具体的生产过程提供决策信息。同时，管理平台进行处理、归类形成树状信息报表也通过gprs网络发送至运行管理人员的手机，借助于手机app显示对象负荷情况及其运行状态，显示形式如图6-7所示。
对于具体的实时在线负荷智能终端，其分支负荷运行及装置的状态信息内容按照定时方式向网络发送，管理平台接收到数据之后，根据信息报表的位置信息，填入相应的树状信息报表中，完成该分支信息的实时刷新。考虑到管理平台所涉及的系统对象的多少，可以调整实时在线负荷智能终端定时发送数据的时间间隔，以保证监控系统的实时性。关于管理平台所显示的各分类信息的历史状况(如负荷功率、功率因数、谐波畸变率、负荷不平衡率)，可以采用曲线图表的形式展示，展示该参数随时间变化的情况。运行状态的变化、分合操作的具体时间信息也将在平台中记录在案，便于管理人员的查询、追溯。至于各分支功率消耗情况，可以借助于本分支功率曲线根据确定的时间段求和得到，可以作为该分支生产成本核算的基础数据。
其中，图6为所在单位总体负荷及运行状态显示，图7为点击
管理者通过管理平台、手机app获得单位各分部负荷情况及装置的运行状况，为管理者提供了他们所管辖的各分部的运行信息，对各分部的生产运行状况便有了全面的了解。若系统出现故障、短路的运行状况，有管理权限的人员便可以在管理平台、手机发送分闸操作指令，让实时在线负荷智能终端完成故障分支的分闸操作，保护故障分支的供配电设备。
关于分合操作，需要操作者具有操作权限，一个单位会有多人安装并观察本单位的各部分的使用及运行情况，但是能够对分支负荷进行分合操作的人员只是本单位有限的几个人，其他人员可以通过界面观察负荷情况及运行状况，无权操作。
管理平台还可以记录各分支负荷的运行参数，主要是分支负荷消耗的功率及其与时间之间的关系数据，运维人员能够查询并计算出各分支线路阶段性电量的消耗情况，可用于生产经营的成本考核。
使用基于实时在线负荷智能终端及其管理控制系统有益的效果：实时获知本单位各部门、各分支的负荷情况，监控各分支用电设备的运行状况，并实施及时的保护操作，为本单位制定合理的生产管理、负荷调整等决策与管理方案提供基础支撑。
1、在电力供配电系统网络中，本发明所提出的实时在线负荷智能终端为设置在每一个分支节点处的检测监控装置，以及与该检测监控装置下所设的开关装设在一起，构成实时在线负荷智能终端。
2、实时在线负荷智能终端实现四部分功能：
(1)是实时检测该分支负荷状况，进行运算获得负荷的相关参数，如：负载的功率、该分支的功率因数、谐波状况、该分支三相的平衡状况等，并判断分支负荷的运行状态，决定分支负荷是否退出运行；
(2)是实时检测配电箱(柜)主要点的运行温度情况。如母线排、开关节点等负载电流聚集点温度状况，判定分支电力装置运行状况，决定分支电力装置是否退出运行；
(3)是实施相关的控制。实时在线负荷智能终端在接受到运行控制指令之后，将按照要求对该分支负荷开关进行分合控制，以保护该分支的相关设备。
(4)是发送与接收相关的信息。实时在线负荷智能终端的运行状况、相关参数在控制器中形成报表，通过无线网络发送出去，送到信息管理平台显示；同时，接受平台发送来的控制命令，供本终端予以执行。
3、实时在线负荷智能终端获取各级、各分支负荷情况及其运行状态，通过网络发送至信息管理平台进行处理、归类，形成树状信息报表，供平台展示，运行管理人员通过平台获得各分支(分部)的生产运行情况、设备的运行状况，为具体的生产过程提供决策信息。同时，管理平台将树状信息报表通过网络发送至运行管理人员的手机，借助于手机app显示对象负荷情况及其运行状态。终端运行状态的变化、分合操作的具体时间信息也在平台中记录在案，便于管理人员的查询、追溯。信息管理平台同时记录各分支负荷的运行参数，运维人员可以查询并计算各分支线路阶段性电量的消耗情况，用于生产经营的成本考核。