基於臺區集中服務終端的電能採集與運行管理系統及方法

2023-06-29 06:31:36 2

專利名稱：基於臺區集中服務終端的電能採集與運行管理系統及方法
技術領域：
本發明屬於電力自動化技術領域，尤其涉及用於電力系統的配電自動化系統。
二背景技術：
西方發達國家於上70年代末開始，積極地開展配電自動化工作，目的在於為了 降低運營成本，提高供電可靠性和供電質量，爭取更多的用戶。日本在70年代就開 始進行高電壓大容量的配電方式，並著手開發依靠配電設備及繼電保護進行配電網絡 自動化運行的方法，電網供電可靠性得到顯著的提高，日本1997年度平均每戶停電 0.1次，每次平均8分鐘，可靠性居全球之首。美國長島電力公司在1994年採用850 臺FTU和無線數字電臺組成了故障快速隔離和負荷轉移的配電自動化系統，在4年 內避免了59萬個用戶的停電故障。義大利、韓國、臺灣於90年代也完成了局部配電 系統的饋線自動化，並建立了自己配電自動化網絡。
我國配電自動化起步於20世紀90年代，儘管相對於發達國家晚了近20年，但 發展迅速,國家電網公司在城市和農村電網改造建設中投人了大量的資金，有規劃有 步驟地進行了 IOKV配電網的改造實施，提高了電網供電的可靠性，逐步對供電網絡 進行了改造，鋪設了完善的光纖通信網絡，大大提高了配網自動化系統的可靠性、穩 定性及安全性，使得中國的電力電網在近幾年內有了快速的發展，這也為配電自動化 大規模推廣實施奠定了基礎。
作為配電自動化的關鍵設備之一，配電監測終端已從早期的功能單一、通信方式 簡單的結構，朝著智能化、小型化、多功能化的方向發展，並正在探索電力系統自動 化的多種通信方式。目前國外研製的配電監測設備，由於操作方式、技術差異以及高 昂價格，並不能完全適合我國配電網的現狀和電力營銷管理的需求。同時隨著計算機 技術、通信技術以及電力事業的飛速發展，國內許多廠家和研究單位紛紛研製和開發 各種具有一定技術應用價值的配電自動化產品，實現了覆蓋一定區域內的用電現場管 理系統、配變管理系統、集抄系統的一些成功案例，但總的來看，這些早期建設系統 處在明顯的不足單一系統各自為政，信息和數據共享程度低，低水平的重複開發狀 況突出，信息"孤島"現象嚴重，造成了大量的資金重複投資，同時系統過多給基層帶 來應用困難，維護得不到保證。
三
發明內容
本發明目的是根據電力計量及營銷管理的發展和需要，在國內外配電監測終端 研究與發展狀況的基礎上，提出一種融合配電變壓器監測、集中抄表、網絡電能表等 多種功能於一體的智能型臺區集中服務終端，並在此終端基礎上實現配變數據的採 集、處理、多模式的數據傳輸，以及集中抄表等功能，並在此終端基礎上構建統一的
計量銷售側電能信息採集平臺的系統方案，用一種全新的集約化、多元化、實用化的 綜合數位化管理平臺取代以往那種單一系統的模式。
本發明的技術方案基於臺區集中服務終端的電能採集與運行管理系統及方法: 設有主站系統、臺區集中服務終端、電能表採集器、以及電能表(含臺區表、居民表)。 主站系統由資料庫伺服器、前置機、WEB發布伺服器和客戶端計算機組成。主站系 統主要負責數據採集、處理、管理分析和輸出等服務，還可以方便的對系統的運行狀 態進行監控和升級，以保證系統的正常運行；主站系統與臺區集中服務終端之間可以 使用GPRS/CDMA/RS232等多種信道通信。用戶通過對分析報表和曲線監控到現場 配電的運行狀況，對現場出現的異常情況採取相應的措施，為提高系統供電可靠性， 降低線損，合理分配各配電線路的負荷。
主站系統包括資料庫伺服器、前置機、WEB發布伺服器和客戶端計算機。前置 機通過GPRS/CDMA網絡與臺區集中服務終端連接，進行數據傳輸；而資料庫服務 器的後臺管理軟體實現系統的檔案維護、數據的採集以及數據的處理分析；前置機與 資料庫伺服器後臺之間通過TCP/IP協議進行通訊，多臺伺服器或計算機的後臺可同 時與前置機進行通訊；資料庫伺服器後臺管理軟體分為集抄系統管理主站軟體、配變 監測管理主站軟體、配變監測分析軟體、配變監測自動服務軟體及資料庫；集抄系統 管理主站軟體是採集用電戶的實時用電信息，及其數據曲線；配變監測管理主站軟體 完成終端參數的設置與查詢、數據的採集、實時監測、告警等；配變監測分析軟體主 要功能包括數據分析曲線及數據統計報表等功能；配變監測自動服務軟體主要功能是 對自動數據的維護，即當對上報數據、通訊維護數據、告警數據的自動存庫和處理的 功能；資料庫是採集回來數據的存儲場所，為配變監測分析軟體提供原始數據。
臺區集中終端實現了配變監測、用電現場管理、抄表集中器等功能。下行可以 選擇使用RF窄帶無線射頻數傳/電力載波/RS485接口與電能表採集器通訊，下發抄 表任務給電能表採集器，該終端收集各採集器所抄讀的電錶信息，並對所有的電錶信 息進行分析；上行通過GPRS/CDMA信道將所有數據傳送至主站系統。通過RS485 接口，該終端還可以抄讀臺區總表的相關數據，實現臺區用電現場管理。臺區集中服 務終端即配變集中服務終端自帶電能計量功能，可以直接計量低壓配電變壓器的計量 供電量和售電量；
電能表採集器通過RS485接口與居民電能表通信；根據抄表任務要求，將採集的 電能表數據通過窄帶無線射頻數傳或電力載波方式上報臺區集中服務終端分析處理。
另設有可攜式掌抄器可攜式抄收器為一臺裝有專用程序的掌上電腦，可攜式抄 收器通過紅外接口將各自獨立工作的電能數據採集器的耗能數據採集後，集中記錄並 保存起來，再由工作人員攜帶到機房後傳輸給管理中心主站系統。
臺區集中服務終端，由高速32位嵌入式微處理器系統構成的處理模塊、採樣模 塊、GPRS或CDMA通信模塊、窄帶無線射頻數傳及電力載波通信模塊、按鍵處理 模塊、電源模塊、顯示模塊、電力載波模塊、外圍硬體接口構成，採樣模塊專用晶片 連接電力系統二次側電壓、電流、功率、頻率信號輸入端，採樣模塊的AD轉換輸出
連接處理模塊，按鍵處理模塊、電源模塊、顯示模塊亦連接處理模塊相應埠，處理
模塊的輸出接窄帶無線射頻數傳通信模塊、電力載波和GPRS或CDMA通信模塊， 由處理模塊完成分析、運算並存儲起來；處理模塊是核心的部分，採用高速32位嵌 入式微處理器；主站可以遠程通過通信模塊將實時、歷史等數據召回；同時也可以通 過按鍵當地査看終端多項數據顯示的內容。終端針對配電自動化系統多種層次的通信 需要。適應GPRS/CDMA/RS485/窄帶無線射頻數傳及電力載波通信等多種通信模式 的接口電路，滿足了配電自動化系統數據通信的要求。電源模塊連接模塊直流電源輸 入端，並實現交流信號輸入到直流工作模塊的電氣隔離，保證各個模塊的工作安全； 系統終端框圖如圖3所示。
本發明是有益效果是實現綜合實時配電變壓器監測、集中抄表、網絡電能表
以及無功補償等功能於一體的智能型臺區集中服務終端。並能夠實現用電監測、計量 監測、抄表集中器、考核計量、無功補償控制、自動抄表、電能質量分析、電壓合格
率統計、三相負荷平衡度監測於一體功能；從而實現線路、臺區線損率統計分析自動 生成各項管理數據、分析曲線、報表等、實現計量設備異常監測和變壓器異常監測並 遠程報警等功能；
本發明有益效果是對現有的用電管理系統和集抄系統以及相關備提供了兩種接 入方式(1)可支持標準規約的終端對於這部分終端處理相對比較簡單。可以直接 接入到系統前置機，由管理平臺軟體自動接收處理數據。(2)不支持標準規約的終端 這部分終端可以由其廠家獨自組成系統進行數據採集，之後通過接口軟體將數據以某 種特定格式轉存到數位化管理平臺資料庫中。或由該廠家提供數據傳輸規約，由前置 機擴展支持該種規約。(參見圖l系統總體結構)。
四

圖l系統總體結構圖
圖2主站系統軟體結構圖
圖3臺區集中服務終端原理框圖
圖4電能量採集器原理框圖
五具體實施例方式
1)主站系統
主站系統包括資料庫伺服器、前置機、WEB發布伺服器和客戶端計算機所有
的用戶數據最終將在主站系統的管理中心計算機上保存，累計和費用計算，管理中心 計算機除了對用戶的用電信息進行全面的抄收，管理外，還可以方便的對系統的運行
狀態進行監控，以保證系統的正常運行；主站系統與配變集中服務終端之間可以使用 GPRS/CDMA/RS232等多種信道通信。
本發明電力"數位化營銷"電能採集與運行管理平臺主要由計算機信息管理主 站系統、臺區集中服務終端(也稱為配變集中服務終端)、電能表採集器、電能表(含 臺區表、居民表)等組成，還可以根據時間需要增加可攜式掌抄器，系統總體結構組 成如圖1所示。其中，臺區集中服務終端不僅負責採集配變臺區和各用電戶的各類運 行數據，而且通過電能表採集器收集居民用戶的用電數據，然後通過GPRS/CDMA 移動公共數據網絡將各種數據遠程傳輸到主站，並由主站軟體對現場數據進行召測、 監控、分析從而實現對遠程變電站運行數據採集、分析或者對大用戶遠程用電現場監 控、分析等功能，以及居民用戶電能集中抄表功能。
"數位化營銷"管理平臺軟體系統是"數位化營銷"管理平臺的重要組成部分， 軟體系統結構如圖2所示。主要負責數據採集、數據處理、數據管理分析和數據輸出 等服務，畫面顯示、數據監視、報警記錄、曲線顯示、報表列印、數據查詢、統計、 WEB數據瀏覽等。用戶可以通過對分析報表和曲線的瀏覽就可以了解到現場配電的 運行狀況，從而可以快速的實現對現場出現的異常情況採取相應的措施，為提高系統 供電可靠性，降低線損，合理分配各配電線路的負荷等提供了一定的科學依據。
"數位化營銷"管理平臺主站軟體提供良好的人機界面，符合相關標準，包括 三大部分即後臺管理軟體、前置機軟體及Web發布系統(參見圖2)。
前置機相當於一個通訊轉換程序，它直接與通訊設備連接，負責與終端的數據 傳輸；而後臺管理軟體則是負責維護系統的檔案、數據的採集以及數據的處理分析的 應用軟體。各部分之間是相對獨立的，前置機與後臺之間通過TCP/IP協議進行通訊， 多後臺可同時與前置機進行通訊，從而保證了系統的分布式應用特點。
後臺管理軟體又分為集抄系統管理主站、配變監測管理主站、配變監測分析軟體、 配變監測自動服務軟體及資料庫等。集抄系統管理主站主要功能是採集召測個用電戶 的實時用電信息，及其曲線數據等功能；配變監測管理主站主要功能包括通道的管理、 操作員管理、系統檔案和終端檔案的管理、終端參數的設置與查詢、數據的採集、實 時告警等；配變監測分析軟體主要功能包括數據分析曲線及數據統計報表等功能；配 變監測自動服務軟體主要功能是對自動數據的維護，即當對上報數據、通訊維護數據、 告警數據的自動存庫和處理的功能；資料庫是採集回來數據的存儲場所，為配變監測 分析軟體提供原始數據。
2)臺區集中服務終端
臺區集中服務終端即配變集中服務終端每個集中抄表系統都至少設有一臺配 電或配變集中服務終端，該終端的工作任務是下發抄表任務給集中抄表系統的電能表 採集器，該終端收集各採集器所抄讀的電錶信息，並對所有的電錶信息進行分析，再 通過GPRS/CDMA/RS232等信道，將所有數據上報到主站系統。通過RS485接口， 該終端還可以抄讀臺區總表的相關數據，實現臺區用電現場管理。臺區集中服務終端 即配變集中服務終端自帶電能計量功能，可以直接計量低壓配電變壓器的計量供電量
和售電量。這是一種綜合實時配電變壓器監測、集中抄表、網絡電能表以及無功補償 等功能於一體的智能型臺區集中服務終端。能夠實現用電監測、計量監測、抄表集中 器、考核計量、無功補償控制、自動抄表、電能質量分析、電壓合格率統計、三相負 荷平衡度監測於一體功能；從而實現線路、臺區線損率統計分析自動生成各項管理數 據、分析曲線、報表等、實現計量設備異常監測和變壓器異常監測並遠程報警等功能； 臺區集中服務終端採用高速32位嵌入式微處理器，如採用ARM和GPRS的無線數 據傳輸模塊，，通過GPRS模塊利用GPRS網絡進行信息交互。ARM處理器(S3C44B0X) 移植了嵌入式作業系統，模塊化設計；包括採樣模塊、處理模塊、GPRS通信模塊(如 採用M32)、窄帶無線射頻數傳通信模塊、按鍵處理模塊、電源模塊、顯示模塊、電 力載波模塊及一些外圍的硬體接口完成了終端的全部功能，系統原理框圖如圖3所 示。電源模塊給其它所以的模塊提供所需的直流電源，並實現交流信號輸入到直流工 作模塊的電氣隔離，保證各個模塊的工作安全；通過採樣模塊裡專用晶片完成二次側 電壓、電流、功率、頻率的轉換送到處理模塊完成分析、運算並存儲起來；處理模塊 是核心的部分，採用高速32位嵌入式微處理器；主站可以遠程通過通信模塊將實時、
歷史等數據召回；同時也可以通過按鍵當地查看終端多項數據顯示的內容。終端針對 配電自動化系統多種層次的通信需要。提出並設計一種能適應GPRS/CDMA/RS485/ 窄帶無線射頻數傳及電力載波通信等多種通信模式的接口電路，滿足了配電自動化系 統數據通信的要求(參見圖3)。 3)電能表採集器
電能表採集器與配變集中服務終端之間通過RF無線(窄帶無線射頻數傳或稱 小無線)或電力載波方式通信，接收配電服務終端所發的抄表指令，抄讀與採集器 RS485 口相連接的電能表數據，並將抄收所得數據上報配電服務終端，由終端保存、 分析。本發明的電能採集器是用於電能表信息實時採集。可應用於工業三相電能表與 城鄉居民單相用電戶電能表信息實時採集，便利了供電部門進行集中抄表和維護，極 大的減輕了抄表人員的工作量。電能表採集器32位嵌入式微處理器系統，模塊化設 計；包括處理模塊、GPRS通信模塊、窄帶無線射頻數傳通信模塊、紅外接口、 RS485 接口、電源模塊、顯示模塊，並可根據需要適當增加GPRS/CDMA模塊、電力載波 模塊等通信方式。電能錶針對通信接口的靈活設計，可以提供GPRS/CDMA/RS485/ 窄帶無線射頻數傳及電力載波通信等多模通信方式，滿足了配電自動化系統數據通信 的不同層次的需求和靈活組網，系統原理框圖如圖4所示。。
4)另設有可攜式掌抄器可攜式抄收器為一臺裝有專用程序的掌上電腦，便攜 式抄收器設有紅外接口將各自獨立工作的電能數據採集器的耗能數據採集後，集中記 錄並保存起來，再由工作人員攜帶到機房後傳輸給管理中心計算機。它帶有RS485 接口與數據採集器或微機連接，通過操作抄收器上的鍵盤，便可實現與數據採集器或 微機的通訊。可以用於系統出現意外情況時的備用通訊。
權利要求
1、基於臺區集中服務終端的電能採集與運行管理方法，其特徵是設有主站系統、臺區集中服務終端、電能表採集器、以及臺區電能表、居民電能表；主站系統由資料庫伺服器、前置機、WEB發布伺服器和客戶端計算機組成；主站系統負責數據採集、處理、管理分析和輸出等服務，對系統的運行狀態進行監控和升級，以保證系統的正常運行；主站系統與臺區集中服務終端之間使用GPRS或CDMA和RS232兩種信道通信；用戶通過對分析報表和曲線監控到現場配電的運行狀況，對現場出現的異常情況採取相應的措施，為提高系統供電可靠性，降低線損，合理分配各配電線路的負荷；臺區集中終端實現了配變監測、用電現場管理、抄表集中器等功能；下行選擇使用RF窄帶無線射頻數傳/電力載波/RS485接口與電能表採集器通訊，下發抄表任務給電能表採集器，該終端收集各採集器所抄讀的電錶信息，並對所有的電錶信息進行分析；上行通過GPRS/CDMA信道將所有數據傳送至主站系統；通過RS485接口，該終端還抄讀臺區總表的相關數據，實現臺區用電現場管理。臺區集中服務終端即配變集中服務終端自帶電能計量功能，可以直接計量低壓配電變壓器的計量供電量和售電量；電能表採集器通過RS485接口與居民電能表通信；根據抄表任務要求，將採集的電能表數據通過窄帶無線射頻數傳或電力載波方式上報臺區集中服務終端分析處理。
2、 根據權利要求1所述的基於臺區集中服務終端的電能採集與運行管理方法 其特徵是設有可攜式掌抄器可攜式抄收器為一臺裝有專用程序的掌上電腦，可攜式 抄收器設有紅外接口將各自獨立工作的電能數據採集器的耗能數據採集後，集中記錄 並保存起來，再由工作人員攜帶到機房後傳輸給管理中心主站系統。
3、 根據權利要求1所述的基於臺區集中服務終端的數位化電力計量管理方法 其特徵是設有臺區集中服務終端，由高速32位嵌入式微處理器系統構成的處理模塊、 採樣模塊、GPRS或CDMA通信模塊、窄帶無線射頻數傳及電力載波通信模塊、按 鍵處理模塊、電源模塊、顯示模塊、電力載波模塊、外圍硬體接口構成，採樣模塊專 用晶片連接電力系統二次側電壓、電流、功率、頻率信號輸入端，採樣模塊的AD轉 換輸出連接處理模塊，按鍵處理模塊、電源模塊、顯示模塊亦連接處理模塊相應埠， 處理模塊的輸出接窄帶無線射頻數傳通信模塊、電力載波和GPRS或CDMA通信模 塊，由處理模塊完成分析、運算並存儲起來；處理模塊採用高速32位嵌入式微處理 器；主站可以遠程通過通信模塊將實時、歷史等數據召回；同時也可以通過按鍵當地 査看終端多項數據顯示的內容。
4、 根據權利要求3所述的基於臺區集中服務終端的電能採集與運行管理方法 其特徵是終端針對配電自動化系統多種層次的通信需要，提供GPRS/CDMA/RS485/ 窄帶無線射頻數傳及電力載波通信等多種通信模式的接口電路，滿足了配電自動化系 統數據通信的要求。電源模塊連接模塊直流電源輸入端，並實現交流信號輸入到直流 工作模塊的電氣隔離，保證各個模塊的工作安全。
5、根據權利要求1所述的基於臺區集中服務終端的電能採集與運行管理方法 其特徵是資料庫伺服器的後臺管理軟體分為集抄系統管理主站軟體、配變監測管理主 站軟體、配變監測分析軟體、配變監測自動服務軟體及資料庫；集抄系統管理主站軟 件是採集用電戶的實時用電信息，及其數據曲線；配變監測管理主站軟體完成終端參 數的設置與査詢、數據的採集、實時監測、告警等；配變監測分析軟體功能包括數據 分析曲線及數據統計報表等功能；資料庫是採集回來數據的存儲場所，為配變監測分 析軟體提供原始數據；
全文摘要
基於臺區集中服務終端的電能採集與運行管理系統與方法，設有主站系統、臺區集中服務終端、電能表採集器、以及臺區電能表、居民電能表；主站系統負責數據採集、處理、管理分析和輸出等服務，對系統的運行狀態進行監控和升級；主站系統與臺區集中服務終端之間使用GPRS或CDMA和RS232兩種信道通信；臺區集中終端對配變監測、用電現場管理、抄表集中器等功能；下行選擇使用RF窄帶無線射頻數傳/電力載波/RS485接口與電能表採集器通訊，下發抄表任務給電能表採集器，該終端收集各採集器所抄讀的電錶信息，並對所有的電錶信息進行分析；上行通過GPRS/CDMA信道將所有數據傳送至主站系統。
文檔編號G01R31/00GK101354408SQ20081002090
公開日2009年1月28日 申請日期2008年7月31日 優先權日2008年7月31日
發明者劉國鵬, 周一心, 孫益兵, 戰 屈, 李定勝, 健 王 申請人:南京能瑞自動化設備有限公司