面向智能电网的可配置信息采集方法与电网信息采集终端的制作方法
【专利摘要】一种面向智能电网的可配置信息采集方法，设置接口协议，定义各个所述接口协议的通道个数并编号，在各个所述通道上设置传感器并编号，定义各个所述传感器的采样字节数并编号，采用硬件描述语言VHDL实现参数配置。一种采用面向智能电网的可配置信息采集方法构建的电网信息采集终端。本发明可依据所连接的传感器特征及应用要求，通过改变参数进行四级可配置从而实现重构，可实现专用接口连接方式和总线共享连接方式。并提供了多种通信方式，支持单一通信方式工作模式和多种通信方式并用工作模式。可以兼顾考虑成本、性能、可靠性等参数要求，具有很强的灵活性，特别适用于智能电网，解决终端数量巨大且异构等特点带来的技术难题。
【专利说明】面向智能电网的可配置信息采集方法与电网信息采集终端
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统设备【技术领域】，更具体地说，特别涉及一种面向智能电网的 可配置信息采集方法与一种电网信息采集终端。
【背景技术】
[0002] 智能电网的传感器网络与传统电网相比具备：数字化程度高，有更多的传感器连 接更多的资产和设备；更加智能化的数据整合体系和采集体系；更具决策分析的能力，依 据采集的数据进行相关分析，实行优化运行和管理等特点。因此，在传统电网中适用的理论 和技术在智能电网中遇到了技术瓶颈。
[0003] 智能电网的智能水平需要大量的信息采集设备支持，而应用多样化又导致了不同 的设备具有异构特征。
[0004] (1)数量方面
[0005] 智能电网中包含大量T节点（从母线到支线）、开关触头、绝缘子等部件，它们的温 度、绝缘水平等参数都关系到电网的正常运行，再加上电气设备的运行状态等都需要进行 实时检测，这就需要数以千万计的传感器安装在输配电线路上，传感器的个数是传统电网 所不能比拟的。
[0006] (2)异构特征方面
[0007] 1、电力设备状态信息采集
[0008] 电力设备主要分为发电设备和供电设备两大类。发电设备主要包括电站锅炉、蒸 汽轮机、燃气轮机、水轮机、发电机、变压器等。供电设备主要包括各种电压等级的输电线 路、互感器、接触器等。
[0009] 2、电力线路环境信息采集
[0010] 在输电线路上安装传感器，监视线路廊附近的树木和植被与电力线路的距离，这 些数据有助于预测可能发生的故障和调度作业人员到可能发生事故的地点。
[0011] 3、用户信息采集终端
[0012] 为了掌握详细的用户负荷情况，需要采集更多的电网实时运行数据。用户计量数 据主要包括：
[0013] ①交流模拟量：包括电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等；
[0014] ②电能质量越限统计数据：包括电压、电流、功率、功率因数、谐波等；
[0015] ③电能量数据：包括总电能示值、各费率电能示值、总电能量、各费率电能量、最大 而里寺；
[0016] ④事件记录数据：包括终端和电能表记录的事件记录数据；
[0017] ⑤工况数据：包括采集终端及计量设备的工况信息；
[0018] ⑥其他数据：包括费控信息等。
[0019] 传统电网中信息采集终端针对不同的应用进行特殊设计，当应用场合的设备变更 或升级时，需要修改硬件电路或通信协议，甚至重新设计，导致灵活性差；智能电网中需要 比传统电网数量更多的信息采集终端实现信息支持，采用定制的信息采集终端点会导致较 高的开发成本以及后期维护成本。
【发明内容】
[0020] 有鉴于此，本发明提供了一种面向智能电网的可配置信息采集方法与一种电网信 息采集终端，以解决上述问题。
[0021] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0022] -种面向智能电网的可配置信息采集方法，
[0023] 设置接口协议，并将所述接口协议的种类个数的取值范围定义为1至NP，NP为自 然数，对各个所述接口协议的协议标准进行编号：PpP2,……，PNP ;
[0024] 定义各个所述接口协议的通道个数的取值范围为1至NI，NI为自然数，对各个所 述接口协议通道下的子接口个数进行编号：Ii，12,……，INI ;
[0025] 在各个所述通道上设置传感器，传感器个数的取值范围为1至NS，NS为自然数，对 所述传感器的个数进行编号：Si，S2,……，sNS;
[0026] 定义各个所述传感器的采样字节数的取值范围为1至NB，NB为自然数，对采样字 节数进行编号……，Bm;
[0027] 米用Pi、1」、Sk、Bm表不所述传感器的属性信息；
[0028] 设定：NP彡 8、NI彡 8、NS彡 8、NB彡 8 ;
[0029] 采用硬件描述语言VHDL建立模型并实现参数配置。
[0030] 优选地，通过配置采集终端的参数，将系统内传感器采用独立接口方式或总线共 享连接方式进行连接。
[0031] 本发明还提供了一种电网信息采集终端，依据所连接的传感器特征及应用需求， 对信息采集终端进行接口协议、位于接口协议下的通道数、连接传感器的个数以及每个传 感器的采样字节数进行独立定义，可实现独立接口连接方式或总线共享连接方式；
[0032] 采用四种通信方式：①无线通信方式；②电力线通信方式；③光纤通信方式；④IP 网络通信方式，支持单一通信方式工作模式和多种通信方式并用工作模式；
[0033] 用VHDL硬件描述语言实现可配置信息采集方法、多通信模式协议及相关控制功 能，完成信息采集终端的FPGA实现，将所需传感器采用独立接口方式或总线共享连接方式 连接至信息采集终端，并应用于智能电网中。
[0034] 本发明提供的信息采集终端可依据所连接的传感器特征及应用要求，通过改变参 数对信息采集终端进行四级可配置从而实现重构，可实现传感器专用接口连接方式和总线 共享连接方式。并提供了多种通信方式，支持单一通信方式工作模式和多种通信方式并用 工作模式，可方便移植到采用不同通信方式的场合。信息采集终端可以兼顾考虑成本、性 能、可靠性等参数要求，具有很强的灵活性，特别适用于智能电网，解决智能电网中终端数 量巨大且异构等特点带来的技术难题。
【专利附图】
【附图说明】
[0035] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 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，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，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。
[0036] 图1为本发明一种实施例中基于面向智能电网的可配置信息采集方法所构建的 信息采集终端的层次结构图。
【具体实施方式】
[0037] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
[0038] 请参考图1，图1为本发明一种实施例中基于面向智能电网的可配置信息采集方 法所构建的信息采集终端的层次结构图。
[0039] 本发明为了解决智能电网信息采集终端数量多、异构特征带来的问题，特别提出 了一种根据具体应用进行配置的可配置传感器网络信息采集终端以及方法，通过该方法提 供的构思，可以实现采用同一种硬件电路，通过修改配置参数，能够方便的实现结构重构， 不需要更改硬件电路实现智能电网信息采集系统的可扩展、可裁减、即插即用的要求，同时 可以在主版上通过采用不同通信扩展板的方式实现不同通信方式的选择。
[0040] 本发明可以实现四级可配置：①接口协议：配置协议标准的种类，可配置为SPI协 议、I2C协议、CAN总线协议；②接口协议的通道数量：配置每种协议标准的通道个数；③通 道的传感器数量：配置每个通道的传感器个数；④传感器的采样字节数：配置每个传感器 的采样字节数。
[0041] 本发明还具备4种通信方式，其中包括：①无线通信方式；②电力线通信方式③光 纤通信方式④IP网络通信方式。
[0042] 本发明支持的多模通信模式组合有：
[0043] (1)单一通信模式，四种通信方式任选其一；可应用需要不同通信方式的场合。
[0044] (2)多种通信并用模式，选择其中的两种或两种以上的通信方式；多种通信模式 的优点是可以通过备用通道实现通信的可靠性。
[0045] 模式组合由通信模式选择控制单元进行控制。该单元就有2层选择功能，首先选 择通信模式，然后根据通信模式，选择通信方式。
[0046] 信息采集终端的主板为4种不同的通信方式设有专用接口，可以根据不同的使用 场合，选择不同的通信扩展板，实现不同的通信方式及通信模式。
[0047] 在面向智能电网的可配置信息采集方法中，首先需要设置接口协议，并将接口协 议的种类个数的取值范围定义为1至NP，NP为自然数，对各个接口协议的协议标准进行编 号：Pi，P 2，……，PNP。然后，定义各个接口协议的通道个数的取值范围为1至NI，NI为自 然数，对各个接口协议通道下的子接口个数进行编号：^，1 2,……，INI;在各个通道上设 置传感器，传感器个数的取值范围为1至NS，NS为自然数，对传感器的个数进行编号：Si， S 2,……，SNS ;定义各个传感器的采样字节数的取值范围为1至NB，NB为自然数，对采样字 节数进行编号也為，……，Bnb ;采用？1、1」、51;、8111表示传感器的属性信息。在上述操作中， 设定：NP < 8、NI < 8、NS < 8、NB < 8 ;采用硬件描述语言VHDL建立模型并实现参数配置。
[0048] 需要特别注意的是：在上述，如果i取值为零，则表示该编号的接口协议未使用。 如果j取值为零，则表示该通道未使用。如果k取值为零，则表示该编号传感器未使用。m 一般不为零，因为k值表示使用该传感器，若m为零，则没有意义。信息采集终端的可配置 参数为即州1，呢，他。信息采集终端可连接的传感器的个数取值范围为（1，即\见\呢）。 某一类接口协议标准可连接的传感器的个数的取值范围为：（1，NIXNS)。信息采集终端的 每个采样周期采样的字节数取值范围为：（1，NP X NI X NS X NB)。
[0049] 如果传感器Si?SNS属于同一接口协议标准，不失一般性，取NP = NS = NB = 1， NI在（1，8)取值范围内依次递增，可采用表1的配置方式。
[0050] 表1相同接口协议不同通信数的专用连接配置
【权利要求】
1. 一种面向智能电网的可配置信息采集方法，其特征在于， 设置接口协议，并将所述接口协议的种类个数的取值范围定义为1至NP,NP为自然数， 对各个所述接口协议的协议标准进行编号=P1, P2,……，Pnp ; 定义各个所述接口协议的通道个数的取值范围为1至NI, NI为自然数，对各个所述接 口协议通道下的子接口个数进行编号=I1, 12,......, Ini; 在各个所述通道上设置传感器，传感器个数的取值范围为1至NS, NS为自然数，对所述 传感器的个数进行编号：S1, S2,......，Sns ; 定义各个所述传感器的采样字节数的取值范围为1至NB, NB为自然数，对采样字节数 进行编号：B1, B2,......，Bnb ; 米用Pi、Ij、Sk、Bm表不所述传感器的属性信息； 设定：NP彡8、NI彡8、NS彡8、NB彡8 ; 采用硬件描述语言VHDL建立模型并实现参数配置。
2. 根据权利要求1所述的面向智能电网的可配置信息采集方法，其特征在于， 通过配置采集终端的参数，将系统内传感器采用独立接口方式或总线共享连接方式进 行连接。
3. -种电网信息采集终端，其特征在于， 依据所连接的传感器特征及应用需求，对信息采集终端进行接口协议、位于接口协议 下的通道数、连接传感器的个数以及每个传感器的采样字节数进行独立定义，可实现独立 接口连接方式或总线共享连接方式； 采用四种通信方式：①无线通信方式；②电力线通信方式；③光纤通信方式；④IP网 络通信方式，支持单一通信方式工作模式和多种通信方式并用工作模式； 用VHDL硬件描述语言实现可配置信息采集方法、多通信模式协议及相关控制功能，完 成信息采集终端的FPGA实现，将所需传感器采用独立接口方式或总线共享连接方式连接 至信息采集终端，并应用于智能电网中。
【文档编号】H04L29/08GK104320462SQ201410582146
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月27日 优先权日:2014年10月27日
【发明者】胡正伟, 张宁, 谢志远 申请人:华北电力大学（保定）