基於td-scdma遠程電力負荷控制系統及實現方法
2023-12-11 08:55:42 1
基於td-scdma遠程電力負荷控制系統及實現方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於TD-SCDMA遠程電力負荷控制系統及實現方法，該系統包括負控終端和控制中心，負控終端和控制中心之間通過TD-SCDMA網絡進行通信。基於ARM的負控終端對電力終端設備進行電力信息的採集，通過集成在負控終端上的TD-SCDMA模塊發數據至控制中心，控制中心的通信前置機採用固定IP接入公網；控制中心進行對數據採集的後期整理、遠程控制命令的下發和對結果的確認、用戶權限管理、運行情況監視以及生成報表等。該系統能夠應用於電力公司，以便於對電力負荷問題較突出的地區進行遠程的電力負荷控制，將能降低供電系統的損耗，優化電力負荷，並且節約人力成本，產生很好的經濟和社會效益。
【專利說明】基於TD-SCDMA遠程電力負荷控制系統及實現方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於TD-SCDMA的遠程電力負荷控制系統，以及該系統的軟硬體實現，兩者有機結合構成智能電網架構下基於TD-SCDMA的遠程電力負荷控制系統，屬於電氣自動化和無線通信的交叉領域。
【背景技術】
[0002]當前，節能減排、綠色能源、可持續發展成為各國關注的焦點。人類能源發展面臨的第一挑戰，是以可再生能源逐步替代化石能源，建造能源使用的創新體系，以信息技術徹底改造現有的能源利用體系，最大限度地開發電網體系的能源效率。因此期望通過一個數位化信息網絡系統將能源資源開發、輸送、存儲、轉換(發電)、輸電、配電、供電、售電、服務以及蓄能與能源終端用戶的各種電氣設備和其它用能設施連接在一起，通過智能化控制實現精確供能、對應供能、互助供能和互補供能，將能源利用效率和能源供應安全提高到全新的水平，將汙染與溫室氣體排放降低到環境可以接受的程度，使用戶成本和投資效益達到一種合理的狀態。這就是智能電網的思想。智能電網是經濟和技術發展的必然結果，具體是指利用先進的技術提高電力系統在能源轉換效率、電能利用率、供電質量和可靠性等方面的性能。智能電網的基礎是分布式數據傳輸、計算和控制技術，以及多個供電單元之間數據和控制命令的有效傳輸技術。
[0003]智能電網就是通過傳感器把各種設備、資產連接到一起，形成一個客戶服務總線，從而對信息進行整合分析，以此來降低成本，提高效率，提高整個電網的可靠性，使運行和管理達到最優化。智能電網的特點如下:
I)自愈和自適應。實時掌控電網運行狀態，及時發現、快速診斷和消除故障隱患；在儘量少的人工幹預下，快速隔離故障、自我恢復，避免大面積停電的發生。
[0004]2)安全可靠。更好地對人為或自然發生的擾動做出辨識與反應。在自然災害、夕卜力破壞和計算機攻擊等不同情況下保證人身、設備和電網的安全。
[0005]3)經濟高效。優化資源配置，提高設備傳輸容量和利用率；在不同區域間進行及時調度，平衡電力供應缺口 ；支持電力市場競爭的要求，實行動態的浮動電價制度，實現整個電力系統優化運行。
[0006]4)兼容。既能適應大電源的集中接入，也支持分布式發電方式友好接入以及可再生能源的大規模應用，滿足電力與自然環境、社會經濟和諧發展的要求。
[0007]5)與用戶友好互動。實現與客戶的智能互動，以最佳的電能質量和供電可靠性滿足客戶需求。系統運行與批發、零售電力市場實現無縫銜接，同時通過市場交易更好地激勵電力市場主體參與電網安全管理，從而提升電力系統的安全運行水平。
[0008]TD-SCDMA第三代移動通信標準是信息產業部電信科學技術研究院(現大唐移動通信設備有限公司)在國家主管部門的支持下，根據多年的研究而提出的具有一定特色的3G通信標準。TD - SCDMA系統全面滿足MT-2000的基本要求。採用不需配對頻率的TDD(時分雙工)工作方式，以及FDMA/TDMA/CDMA相結合的多址接入方式。同時使用1.28Mcps的低碼片速率，擴頻帶寬為1.6MHzO
[0009]TD-SCDMA系統還採用了智能天線、聯合檢測、同步CDMA、接力切換及自適應功率控制等諸多先進技術，與其它3G系統相比具有較為明顯的優勢，主要體現在:
(O頻譜靈活性和支持蜂窩網的能力
(2)高頻譜利用率
(3)適用於多種使用環境
(4)設備成本低
TD-SCDMA標準公開之後，在國際上引起強烈的反響。2000年5月世界無線電行政大會正式接納TD-SCDMA為第三代移動通信國際標準。使得TD-SCDMA與歐洲、日本提出的WCDMA、美國提出的cdma2000並列為三大主流標準之一。這是百年來中國電信史上的重大突破，標誌著我國在移動通信技術方面進入世界先進行列。
[0010]傳統電力系統管理方式下，居民用電抄表效率低下，成本較高，電網負荷控制複雜導致電力企業難以管理。
【發明內容】
[0011]本發明的目的是針對傳統電力系統管理方式下，居民用電抄表效率低下，成本較高，電網負荷控制複雜導致電力企業難以管理等缺點，提出一種新型的遠程電力負荷控制系統及其實現方法，該系統主要分為控制中心和負控終端兩大部分構成。整個系統實現了用戶用電數據採集、遠程抄表、用戶用電數據統計分析、系統運行狀況監測以及系統報表等功能。本發明在智能電網環境下，通過智能電網和無線通信的結合，實現了智能電網架構下基於TD-SCDMA的遠程電力負荷控制。
[0012]本發明的技術方案是:
基於TD-SCDMA的遠程電力負荷控制系統，包括負控終端和控制中心，負控終端和控制中心之間通過TD-SCDMA網絡進行通信；
所述負控終端集成有TD-SCDMA模塊，主板與TD-SCDMA模塊通過串口通信，選用基於ARM內核的片上系統作為核心處理器，TD-SCDMA模塊作為系統外設通過通信接口與片上系統連接；負控終端用於對電力終端設備進行電力信息的採集，採集的數據包括負荷數據、電量數據、電能質量數據、工況數據以及電錶數據，同時用於調用TD-SCDMA模塊，將數據傳送至控制中心，採用基於動態IP的PS域進行傳輸；負控終端還用於根據各種控制策略或主站下達的指令對用戶開關進行直接控制或閉環控制，對用戶計量裝置進行防竊電監控；
所述控制中心包括數據處理主機、用於通信的前置機、資料庫伺服器；控制中心用於收集負控終端上發的數據後實現資料庫管理、前置機通訊、數據分析、遠程控制、報表伺服、線損分析、權限管理、負荷預測功能，所述前置機採用固定IP接入公網以便於同負控終端進行持續通信。
[0013]進一步，所述遠程電力負荷控制系統的基本構架自下而上分別是物理層、系統軟體層、數據處理層、查詢應用層。
[0014]進一步，所述負控終端選用嵌入式Linux作業系統作為嵌入式系統。
[0015]基於TD-SCDMA的遠程電力負荷控制系統的實現方法，具體包括如下步驟:
(I)規劃負控終端所需完成的總體功能:用戶用電數據的採集，採集的信號有電流、電壓、脈衝信號；與用戶的多功能電錶進行通信獲得電錶的數據，實現遠程抄表；用戶用電數據的統計分析、歷史數據的存儲和上傳功能；用戶開關位置信號的採集；根據各種控制策略或主站下達的指令對用戶開關進行直接控制或閉環控制；對用戶計量裝置進行監控，實現防竊電功能；本地顯示，列印功能；本地語音和聲光告警功能；
(2)負控終端的硬體設計與實現:負控終端集成有TD-SCDMA模塊，選用基於ARM內核的片上系統作為核心處理器，TD-SCDMA模塊作為系統外設通過適當的通信接口與片上系統連接；
(3)進行電力負荷控制系統的基本構架設計:基於TD-SCDMA的遠程電力負荷控制系統基本構架由四個層面組成，自下而上分別是:物理層、系統軟體層、數據處理層、查詢應用層；
(4)負控終端的平臺軟體設計與實現:為實現負控終端所需的功能，，採用嵌入式Linux作業系統，各系統外設的驅動程序由設備廠家提供或自己編寫；
(5)負控終端的應用程式設計:應用程式應實現的功能包括:實現步驟(I)中各項功能，並能調用TD-SCDMA模塊，通過基於動態IP的PS域將數據傳送至管理終端主機；
(6)控制中心的軟體設計:控制中心的作用是完成數據採集的後期整理、遠程控制命令的下發和對結果的確認、用戶權限管理、運行情況監視以及生成報表，它主要包括資料庫管理模塊、前置機通訊模塊、數據分析模塊、遠程控制模塊、報表伺服模塊、線損分析模塊、權限管理模塊、負荷預測模塊。
[0016]本發明的有益效果是:
本發明提出的基於TD-SCDMA的遠程電力負荷控制系統有如下幾大優勢:
(I)本發明負荷控制能削峰填谷，有利於協助解決調峰問題。提高了負荷率，使最大負荷下降，將能降低供電系統的損耗，從而提高發電與供電的經濟效益。
[0017](2)本發明通過與TD-SCDMA網絡的結合，實現了對電力負荷的遠程監控。電力負荷信息通過TD-SCDMA網絡傳輸至控制中心，可對電力負荷進行實時分析，並存入資料庫伺服器中，提高了電力負荷控制的管理效率。
[0018](3)本發明的遠程電力負荷控制系統可用於防止拉閘限電。全面實行負荷控制後，高峰負荷時，通過事先安排削減峰荷，一般停用的是可中斷的供電負荷，用戶的主要生產用電將得到保證，不超用將不會限制，便於安排生產。
[0019](4)本發明的遠程電力負荷控制系統可以按需量控制和實現分時電價，用戶受益。實行分時電價，可以刺激用戶削峰填谷，將使用戶支付的電費下降，對用戶來說也是有利的，尤其是對電費佔成本份額較高的企業用戶，產生很高的社會效益。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是TD-SCDMA遠程電力負荷控制系統的體系結構圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0022]本發明所提出的一種基於TD-SCDMA的遠程電力負荷控制系統如圖1所示，由基於ARM的負控終端對電力終端設備進行電力信息的採集，包括負荷數據、電量數據、電能質量數據、工況數據以及電錶數據。信息採集完成之後，通過TD-SCDMA網絡傳送到控制中心，對負荷進行控制，並進行計算以及統計分析。控制中心的系統可以對終端及用戶進行管理，並可以監測運行狀況及生成系統報表。整個系統的電力信息採集、數據分析等一系列機製得以實現。
[0023]本發明的系統包含了負控終端、控制中心、負控終端軟體和控制中心軟體四部分:
1、負控終端集成TD-SCDMA模塊，主板與TD-SCDMA模塊通過串口通信。負控終端主要安裝在需要採集和返回用電數據並對用戶的開關實施控制的用戶配、變電站或箱式變壓器下。TD-SCDMA模塊的功能是高效的將採集的信息發送到控制中心，實現了電力信息的採集以及數據的實時傳輸。
[0024]2、控制中心主要包括一臺數據處理主機、一臺負責通信的前置機以及資料庫伺服器。其中通信前置主機以固定IP接入公網，負責與負控終端的通信。
[0025]3、負控終端軟體實現電力信息的採集並調用TD-SCDMA模塊，將數據傳送至控制中心。採用基於動態IP的PS域進行傳輸,可直接與控制中心中以固定IP接入Internet的通信前置主機通信，避免了在通信前置主機上安裝TD-SCDMA模塊的不便。
[0026]4、控制中心軟體主站實現了數據採集的後期整理、遠程控制命令的下發和對結果的確認、用戶權限管理、運行情況監視以及生成報表等功能。它主要包括資料庫管理模塊、前置機通訊模塊、數據分析模塊、遠程控制模塊、報表伺服模塊、線損分析模塊、權限管理模塊、負荷預測模塊等。
[0027]本發明的實現步驟如下:
步驟I)設計一種基於TD-SCDMA的遠程電力負荷控制系統的體系結構。本系統的體系結構圖如圖1所示。
[0028]步驟2)規劃負控終端所需完成的總體功能:用戶用電數據的採集，採集的信號有電流、電壓、脈衝信號等；與用戶的多功能電錶進行通信獲得電錶的數據，實現遠程抄表；用戶用電數據的統計分析、歷史數據的存儲和上傳功能；用戶開關位置信號的採集；根據各種控制策略或主站下達的指令對用戶開關進行直接控制或閉環控制等；對用戶計量裝置進行監控，實現防竊電功能；本地顯示，列印功能；本地語音和聲光告警功能等。
[0029]步驟3)負控終端的硬體設計與實現:負控終端集成有TD-SCDMA模塊等，選用基於ARM內核的片上系統作為核心處理器。TD-SCDMA模塊作為系統外設通過適當的通信接口與片上系統連接。
[0030]步驟4)進行電力負荷控制系統的基本構架設計:基於TD-SCDMA的遠程電力負荷控制系統基本構架由四個層面組成，自下而上分別是:物理層、系統軟體層、數據處理層、查詢應用層；
步驟5)負控終端的平臺軟體設計與實現:為實現負控終端所需的功能，需採用恰當的嵌入式系統。常見的通用嵌入式系統有Linux、VxWorks、WindowsCE等,考慮到本系統的複雜度等問題，選用嵌入式Linux作業系統。各系統外設的驅動程序由設備廠家提供或自己編寫。
[0031]步驟6)負控終端的應用程式設計:應用程式應實現的功能包括:實現步驟2)中各項功能，並能調用TD-SCDMA模塊，通過基於動態IP的PS域將數據傳送至管理終端主機。[0032]步驟7)控制中心的軟體設計:控制中心的作用是完成數據採集的後期整理、遠程控制命令的下發和對結果的確認、用戶權限管理、運行情況監視以及生成報表等。它主要包括資料庫管理模塊、前置機通訊模塊、數據分析模塊、遠程控制模塊、報表伺服模塊、線損分析模塊、權限管理模塊、負荷預測模塊等。
[0033]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.基於TD-SCDMA遠程電力負荷控制系統，其特徵在於:包括負控終端和控制中心，負控終端和控制中心之間通過TD-SCDMA網絡進行通信； 所述負控終端集成有TD-SCDMA模塊，主板與TD-SCDMA模塊通過串口通信，選用基於ARM內核的片上系統作為核心處理器，TD-SCDMA模塊作為系統外設通過通信接口與片上系統連接；負控終端用於對電力終端設備進行電力信息的採集，採集的數據包括負荷數據、電量數據、電能質量數據、工況數據以及電錶數據，同時用於調用TD-SCDMA模塊，將數據傳送至控制中心，採用基於動態IP的PS域進行傳輸；負控終端還用於根據各種控制策略或主站下達的指令對用戶開關進行直接控制或閉環控制，對用戶計量裝置進行防竊電監控； 所述控制中心包括數據處理主機、用於通信的前置機、資料庫伺服器；控制中心用於收集負控終端上發的數據後實現資料庫管理、前置機通訊、數據分析、遠程控制、報表伺服、線損分析、權限管理、負荷預測功能，所述前置機採用固定IP接入公網以便於同負控終端進行持續通信。
2.根據權利要求1所述的基於TD-SCDMA遠程電力負荷控制系統，其特徵在於:所述遠程電力負荷控制系統的基本構架自下而上分別是物理層、系統軟體層、數據處理層、查詢應用層。
3.根據權利要求1或2所述的基於TD-SCDMA遠程電力負荷控制系統，其特徵在於:所述負控終端選用嵌入式Linux作業系統作為嵌入式系統。
4.基於TD-SCDMA遠程電力負荷控制系統的實現方法，具體包括如下步驟: (1)規劃負控終端所需完成的總體功能:用戶用電數據的採集，採集的信號有電流、電壓、脈衝信號；與用戶的多功能電錶進行通信獲得電錶的數據，實現遠程抄表；用戶用電數據的統計分析、歷史數據的存儲和上傳功能；用戶開關位置信號的採集；根據各種控制策略或主站下達的指令對用戶開關進行直接控制或閉環控制；對用戶計量裝置進行監控，實現防竊電功能；本地顯示，列印功能；本地語音和聲光告警功能； (2)負控終端的硬體設計與實現:負控終端集成有TD-SCDMA模塊，選用基於ARM內核的片上系統作為核心處理器，TD-SCDMA模塊作為系統外設通過適當的通信接口與片上系統連接； (3)進行電力負荷控制系統的基本構架設計:基於TD-SCDMA的遠程電力負荷控制系統基本構架由四個層面組成，自下而上分別是:物理層、系統軟體層、數據處理層、查詢應用層； (4)負控終端的平臺軟體設計與實現:為實現負控終端所需的功能，，採用嵌入式Linux作業系統，各系統外設的驅動程序由設備廠家提供或自己編寫； (5)負控終端的應用程式設計:應用程式應實現的功能包括:實現步驟(I)中各項功能，並能調用TD-SCDMA模塊，通過基於動態IP的PS域將數據傳送至管理終端主機； (6)控制中心的軟體設計:控制中心的作用是完成數據採集的後期整理、遠程控制命令的下發和對結果的確認、用戶權限管理、運行情況監視以及生成報表，它主要包括資料庫管理模塊、前置機通訊模塊、數據分析模塊、遠程控制模塊、報表伺服模塊、線損分析模塊、權限管理模塊、負荷預測模塊。
【文檔編號】H02J13/00GK103944258SQ201310545072
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年11月7日 優先權日:2013年11月7日
【發明者】陶霞, 季勝鵬, 李賢慧, 王志強, 裴旭斌, 韓智偉, 池偉, 陶敏, 周升, 金文德, 王彬栩, 樓平 申請人:國家電網公司, 國網電力科學研究院, 江蘇瑞中數據股份有限公司, 國網浙江省電力公司, 國網浙江省電力公司電力科學研究院, 國網浙江省電力公司信息通信分公司