CN101430357A - 一种用电数据采集方法及系统和用电管理终端 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电力和通信技术领域，提供了一种用电数据采集方法及系统和用电管理终端，其中所述电数据采集方法包括：用电管理终端获取用电数据；对用电数据进行过滤；将过滤后的用电数据信息发送给用电管理系统中心。本发明采用优化算法和通讯方法，可接受数量极大的终端同时接入，对大量用电客户进行用电监控和负荷控制，从而使同时监控大量用电客户成为可能，并可有效的降低监控系统的建设成本。

Description

一种用电数据采集方法及系统和用电管理终端

技术领域

本发明属于电力和通信技术领域，尤其涉及一种用电管理终端的通信方法及其实现系统和用电管理终端。

背景技术

在电力系统中，电力从电厂出来后，通过输电网络进入普通家庭和企业用户。随着电力体制改革和电力企业向服务型企业的转型，电力企业越来越关心对用电客户的供电质量。为了实现对用电客户，特别是企业用户的用电管理，需要有一套用电管理系统，包括中心服务器和用电管理终端。其中服务器和终端之间的通讯，一般采用中国移动提供的GPRS(General Packet Radio Service，通用无线分组业务)或是中国连通提供的WCDMA(宽带码分多址)。

同时，由于用电客户的数量十分庞大，相应的用电管理终端的数量也很大。在同一时间，有大量的用电管理终端需要与中心服务器通讯。因此，需要有一种方法和优化算法，解决中心服务器同时接入大量终端，进行并发通讯的问题。

如图1所示，在最新发展的现有技术中，利用GPRS联合网或WCDMA网的数据收发功能，在相应的用电客户旁装设用电管理终端，用电管理终端监测用户的用电状况，并通过GPRS联合网或WCDMA网，将所读取的数据传送到相应的电力专网，再由系统中心服务器对这些数据进行相应的分析和处理。

GPRS是欧洲电信协会GSM系统中有关分组数据的标准，它可以提供高达115Kbps的空中接口传输速率，让若干移动用户能够同时共享一个无线信道，一个移动用户也可以使用多个无线信道。其中，实际不发送或接收数据包的用户仅占很小一部分网络资源。有了GPRS，用户的呼叫建立时间大为缩短，几乎可以做到＂永远在线＂(always online)。由于上述特点，GPRS网可为移动数据用户提供突发性数据业务，能快速建立连接，且无连接时延。特别适用于频繁传送小数据量的应用和非频繁传送大量数据的应用。是目前最理想的用电管理的通讯手段。

中国联通推出的CDMA 2000 1x也有同样的特点，它与GPRS都是介于第二代和第三代移动通信技术之间的一种技术，通常称为2.5G，因为它是一个混合体，其中采用TDMA(时分多址)方式传输语音，并采用分组的方式传输数据。

通过图1中所示的系统和现有的用电管理终端监控方法，可实现远程终端监控，并实现运行状态显示、异常信息报警、电能质量检测、线损分析、负荷管理、远程抄表、线路电量平衡分析、客户服务等功能。但是，现有技术中没有对如何接入大量用电管理终端采取任何手段和方法，从图1中可以看出，常规的GPRS组网方案利用TCP/IP的Socket通信手段，没有考虑如何保证大量终端接入同一中心服务器，给系统的使用增加了不少成本。

另一方面，现有技术的远程用电管理方法中，未充分解决如何保证大量终端的可靠接入和高效通讯的瓶颈问题。而这些问题都是系统真正投入实用化运行所必需面临和解决的。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种用电管理终端用电数据的获取方法，旨在解决现有技术中存在的不能同时接入大量终端，且不能稳定通讯带来的瓶颈问题。

本发明实施例的另一目的在于提供一种用电管理终端用电数据的处理方法。

本发明实施例的又一目的在于提供一种远程监控用电管理终端系统。

本发明实施例的再一目的在于提供一种用电管理终端。

本发明实施例是这样实现的，一种用电数据采集方法，包括：

用电管理终端获取用电数据；

对用电数据进行过滤；

将过滤后的用电数据信息发送给用电管理系统中心。

其中，所述用电数据可为电能量、电压、电流、功率、功率因数、电能质量。

其中，所述对用电数据进行过滤包括：

根据杂凑算法对获取到的用电数据进行摘要，生成相应的信息摘要；

将该获取到的用电数据与上次已经成功发送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；

对已经变化的用电数据信息进行压缩处理。

其中，所述用电管理终端获取用电数据包括：

用电管理系统中心服务器在预置时间内向与需要监控的用电管理终端发出采集命令；

用电管理终端接收到所述采集命令后，执行获取用电数据。

其中，所述用电管理终端获取用电数据包括：

用电管理终端在预置时间内主动向系统中心服务器发送获取用电数据触发信息，用电管理系统中心触发用电管理终端获取用电数据。

本发明实施例所述用电数据采集方法，还包括：

用电管理系统中心根据标准规约，对接收到的用电数据信息提取应用数据，并根据预先设定的处理规则，解码出真实的现场用电数据信息。

本发明实施例还提供了一种用电数据采集系统，包括：

用电管理终端，用于获取用电数据，对获取到的用电数据进行过滤；

用电管理系统中心，用于接收并处理用电管理终端发送过来的用电数据信息。

其中，所述用电管理终端包括：

获取模块，用于获取用电数据；

预处理模块，用于根据杂凑算法对获取到的用电数据进行摘要，生成相应的信息摘要，并将该获取到的用电数据与上次已经成功发送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；

通信模块，用于发送用电数据。

本发明实施例所述用电数据采集系统，还包括：压缩模块，用于对所述已经变化的用电数据信息压缩处理。

本发明实施例还提供了一种用电管理终端，包括：

获取模块，用于获取用电数据；

预处理模块，用于根据杂凑算法对获取到的用电数据进行摘要，生成相应的信息摘要，并将该获取到的用电数据与上次已经成功发送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；

通信模块，用于发送用电数据。

在本发明实施例中，通过对用电管理终端获取的用电数据进行过滤，将过滤后所需的用电数据发送给中心服务器，采用该方法过滤掉了不需要发送的用电数据，从而使本发明防止了大量用电管理终端的数据并发传输带来的瓶颈问题，且通过对用电数据的预处理，从而降低了通讯费用和运营成本。

附图说明

图1是现有技术提供的远程用电管理系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的用电管理终端用电数据的获取方法的实现流程示意图；

图3是本发明实施例提供的用电管理终端用电数据的处理方法的实现流程示意图；

图4是本发明实施例提供的远程用电管理终端系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的用电管理终端的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的远程用电管理终端系统构架示意图；

图7是本发明实施例提供的组网方案示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例中，通过对用电管理终端获取的用电数据进行过滤，将过滤后所需的用电数据发送给中心服务器，采用该方法过滤掉了不需要发送的用电数据，从而使本发明防止了大量用电管理终端的用电数据并发传输带来的瓶颈问题，且通过对用电数据的预处理，从而降低了通讯费用和运营成本。

图2示出了本发明实施例提供的用电管理终端用电数据的获取方法的实现流程，详述如下：

在步骤S101中，用电管理终端获取用电数据；

用电管理终端根据现场交流采样和直流模拟量的采样，获取用电用户的电能量、电压、电流、功率、功率因数、电能质量等数据。

在步骤S102中，用电管理终端对获取到的用电数据进行过滤；

在本发明实施例中，将获取到的用电数据发送给用电管理终端中的预处理模块，预处理模块采用杂凑算法对获取到的用电数据进行摘要，生成相应的信息摘要；并将该获取到的用电数据与上次已经成功发送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，并且对该已经变化的用电数据信息进行压缩处理。然而，对于没有变化的用电数据，或者变化范围较小的用电数据(在预先设置的范围之内)，则不需要发送，只需要有一位做标志。

在步骤S103中，将过滤后所需的用电数据发送给系统中心服务器。

预处理模块将上述已经变化的用电数据发送至通讯模块，通讯模块根据国家电网公司或南方电网公司的标准规约组织数据，打包后发送给系统中心服务器。

图3示出了本发明实施例提供的用电管理终端用电数据的处理方法的实现流程，详述如下：

在步骤S201中，系统中心服务器接收用电管理终端发送过来的用电数据，提取应用数据；

系统中心服务器接收到用电管理终端发送过来的完整的用电数据包后，根据国家电网公司或南方电网公司的标准规约，对数据的链路层和应用层进行解包处理，提取出应用数据。本发明所述的系统中心服务器采用J2EE+WEBSERVICE+WEBLOGIC构成，可承受2～5万个用电管理终端的并发数据传送。

在步骤S202中，解析并还原所述的用电数据。

在本发明实施例中，采用杂凑算法对用电数据进行处理，生成信息摘要，然后根据预先设定的处理规则，解码出真实的现场用电数据信息。其中预处理的规则在系统中心服务器和用电管理终端内部分别保存一份。如果规则修改后，可以通过GPRS网络同步到用电管理终端。

作为本发明一优选实施例，用电管理终端传输用电数据方式有管理中心召唤式和主动发送式两种，当采用前一种方式时，所述系统中心服务器按预定条件向与需要监控的用电管理终端对应的通讯模块发出采集命令，相应的通讯模块收到所述采集命令后，才执行所述步骤S101和S102；当采用后一种方式时，与需要监控的用电管理终端对应的通讯模块按预定条件主动向系统中心服务器发送用电数据，当满足所述预定条件时，该通讯模块主动执行所述步骤S101和S102；其中所述预定条件可为预定的时间间隔，其大小可为1分钟-720小时。

图4示出了本发明实施例提供的远程用电管理终端系统的结构，该系统主要包括用电管理终端及系统中心服务器。

用电管理终端根据现场交流采样和直流模拟量的采样，获取用电客户的电能量、电压、电流、功率、功率因数、电能质量等用电数据；并将获取到的用电数据发送给用电管理终端中的预处理模块，预处理模块采用杂凑算法对获取到的用电数据进行摘要，并将该获取到的用电数据与上次已经成功发送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，并且对该已经变化的用电数据信息进行压缩处理。然而，对于没有变化的用电数据，或者变化范围较小的用电数据(在预先设置的范围之内)，则不需要发送，只需要有一位做标志。预处理模块将上述已经变化的用电数据发送至通讯模块，通讯模块根据国家电网公司或南方电网公司的标准规约组织数据，打包后发送给系统中心服务器。系统中心服务器接收到用电管理终端发送过来的完整的用电数据包后，根据国家电网公司或南方电网公司的标准规约，对数据的链路层和应用层进行解包处理，提取出应用数据。采用杂凑算法对用电数据进行处理，生成信息摘要，然后根据预先设定的处理规则，解码出真实的现场用电数据信息。其中预处理的规则在系统中心服务器和用电管理终端内部分别保存一份。如果规则修改后，可以通过GPRS网络同步到用电管理终端。

图5示出了本发明实施例提供的用电管理终端的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

获取模块10根据现场交流采样和直流模拟量的采样，获取用电用户的电能量、电压、电流、功率、功率因数、电能质量等用电数据；获取模块10将获取到的用电数据发送给预处理模块20，预处理模块20采用杂凑算法对获取到的用电数据进行摘要，并将该获取到的用电数据与上次已经成功发送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，压缩模块30对该已经变化的用电数据信息进行压缩处理。然而，对于没有变化的用电数据，或者变化范围较小的用电数据(在预先设置的范围之内)，则不需要发送，只需要有一位做标志。预处理模块20将上述已经变化的用电数据发送至通讯模块40，通讯模块40根据国家电网公司或南方电网公司的标准规约组织数据，打包后发送给系统中心服务器。

下面详细描述本发明。

本发明远程用电管理终端利用先进的通讯技术、计算机及网络技术，为电力企业解决远程监控、设备异常信息报警、线损分析、停电检修、电能质量检测、负荷管理、线路电量平衡分析、负荷预测、考核、巡检、稽查等问题，以较高的信息化技术和管理手段对抗各种可能的高线损问题，并及时发现计量回路故障和用电异常行为。

本发明旨在为供电企业提供一种高效、客观、稳定、准实时的线损监测、分析、管理、考核的现代化、信息化的监测平台和管理手段，提高配电、用电环节的线损管理的自动化水平和可靠性。并为重点解决大用户输电线路高线损问题，缓解农电网的高线损问题提供技术支撑平台。实现全网各采集、计量、考核点的总、峰、平、谷、尖电度等电能数值，及电流、电压、有功、无功、最大需量、断相断流、功率因数等瞬时数据的自动、完整、准确、安全、及时、可靠、灵活、完善的采集、传输、存储、统计、计算、计费、分析、审核、确认、管理、备份、应用、报表、打印、发布；系统可对换表、满度、CT/PT修改等业务变更和旁路代供情况进行自动、人工处理，对关口电量、线损率、平衡率等进行准实时的计算、考核、监察。本发明的应用对象主要为各级电力公司。

如图6所示，具体实施时，本发明的系统采用从中国移动的地区分公司或中国联通的地区分公司铺设VPN(Virtual Private Network，虚拟私有网络)专线的方式，将电力公司的电力专网与GPRS网或WCDMA网连接起来。同时利用Internet宽带公网作为辅助的备用通道。

本发明在系统构架(采用J2EE数据服务技术)与网络组织方式(采用无线GPRS、CDMA2000 1x、或WCDMA)上具有一定的前瞻性，通讯手段上采取技术，以保证系统的先进性和投资的有效性。本发明的系统设计体系不仅兼容目前的GPRS，而且兼容以后的3G通讯。

本发明中，用电数据的传输方式有中心服务器召唤式和主动发送式两种，当采用前一种方式时，电力专网管理中心按预定条件向与需要监控的用电管理终端对应的通讯模块发出采集命令，相应的通讯模块收到所述采集命令后，才发送其当前用电数据；当采用后一种方式时，与需要采集的用电管理终端对应的通讯模块按预定条件主动向系统中心服务器发送电能量数据，也就是说，当满足预定条件时，该通讯模块主动发送用电管理终端的当前用电数据；其中的预定条件可为预定的时间间隔，其大小可为1分钟-720小时。

在整个数据通讯过程中采用TCP/IP通讯协议，可屏蔽各种中间层协议，从采集用电管理终端到系统中心服务器的通讯可以视为在广域网中数据的传输。由于采用基于J2EE构架的数据WEB服务方式，可避免直接利用底层的Socket通讯，符合HTTP1.1和DATA Service的相关国际标准，传输的数据能有效通过广域网中的各种安全设备，同时数据经过数字签名，本身的安全性和完整性也得到了保证。

数据并发传输解决方案：数据的并发传输是一般的远方采集系统的一大瓶颈，由于在实际应用中一个大的系统有数目巨大的采集用电管理终端(几万或者几十万)，保证高采通率的前提是解决并发传输的通讯阻塞。本发明平台采用J2EE+Web服务构成，即企业级的基于J2EE构架基础的数据采集和数据服务发布软件构架，该系统能支持高强度的数据并发传输和数据服务，支持海量数据查询，具有极高的实用性。

如图7所示，其中包含有四大核心技术：

1、J2EE连接体系：J2EE连接体系提供了J2EE应用和企业内存在的EIS系统集成的标准框架。

2、JMS(Java信息服务)：Java信息服务是一个支持企业通信系统的标准编程接口，目的在于提供一个跨越不同类型通信系统的公共接口。Java应用程序利用JMS API和企业的通信系统连接后，应用程序就能利用通信系统提供的功能创建和发送消息，达到和其它应用系统异步通信的目的。

3、JDBC API：它是和关系型数据库系统集成的标准接口。应用程序用这个接口获得数据库连接、查询数据和执行其它的数据库功能。

4、Web Services：允许EIS提供一些服务访问点，新的应用通过这些点可以获取数据，也可以提交数据。

降低通讯费用的解决方案：目前市面上虽然有一些能通过GPRS或CDMA2000 1x进行数据通讯的终端设备，例如封装TCP/IP协议的GPRS或CDMA2000 1x的双向透明数据传输终端(其具有标准RS232/RS485接口)，但在数据传输如何降低通讯费用方面没有作任何特殊措施，使得通讯费用非常高，给使用方带来很大的成本负担。

本发明采用传输用电数据前进行对用电数据预处理，从用电管理终端中读取了用电数据之后，先利用杂凑算法(Hash function)对需要发送的用电数据进行处理，生成相应的信息摘要，由于杂凑算法具有单向不可逆运算的特性，即仅能由交易数据推算出信息摘要，而无法由信息摘要反向推算出交易数据的内容，因此交易数据与信息摘要的内容具有关联性，且不同交易数据内容不会运算出相同的信息摘要，我们可以将信息摘要视为精简版的交易数据特征。

然后利用分配给该通讯模块或由该通讯模块产生的唯一私人密钥(简称私钥)，对生成的信息摘要进行乱码化运算，生成相应的电子任意。乱码化运算是一个相当复杂的运算过程，由于其破解难度非常高，以目前计算机速度需数万年以上，只要私钥不被外泄，他人就无法伪造与交易数据对应的电子签章，因此，所生成的电子签章可达到传统印章的身分识别功能。

由上述可知，本发明基于GPRS、CDMA2000 1x、或WCDMA通讯方式来传递数据；并基于J2EE构架的数据服务，解决并发采集瓶颈问题，提供强大的基于J2EE的Web Data Service的企业级的数据服务和数据验证，可承受2～5万个用电管理终端的并发数据传送。采用本发明，可使远程用电管理终端系统的运营成本极大的降低，使系统真正具有实用性，提高各级电力公司的管理自动化水平，促进供电、配电、用电各方的有序发展。

综上所述，本发明解决了现有技术中所存在的既要全面监控用电管理终端、又要节省系统建设投资的矛盾问题，同时解决当用电管理终端数量较多时易引起网络阻塞的问题。对每个用电管理终端，在通过GPRS或CDMA网络发送用电数据前，先对用电数据进行逻辑分析，将用电数据信息进行重新组织，过滤掉冗余的用电数据信息，从而充分利用有限的网络资源，避免网络阻塞，同时充分利用GPRS按流量计费的特点，减少通讯费用，节约成本。其中，主站系统采用J2EE+WebService的方法，用Weblogic中间件系统，可同时监控2～5万个用电管理终端，适应国内所有的地市级电力公司。采用本发明，可在保证信息完整的前提下，大幅度减少用电管理系统的使用成本，并使系统更加可靠、安全。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种用电数据采集方法，其特征在于，包括：

用电管理终端获取用电数据；

对用电数据进行过滤；

将过滤后的用电数据信息发送给用电管理系统中心。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用电数据可为电能量、电压、电流、功率、功率因数、电能质量。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对用电数据进行过滤包括：

根据杂凑算法对获取到的用电数据进行摘要，生成相应的信息摘要；

将该获取到的用电数据与上次已经成功发送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；

对已经变化的用电数据信息进行压缩处理。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用电管理终端获取用电数据包括：

用电管理系统中心服务器在预置时间内向与需要监控的用电管理终端发出采集命令；

用电管理终端接收到所述采集命令后，执行获取用电数据。

5、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用电管理终端获取用电数据包括：

用电管理终端在预置时间内主动向系统中心服务器发送获取用电数据触发信息，用电管理系统中心触发用电管理终端获取用电数据。

6、如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

用电管理系统中心根据标准规约，对接收到的用电数据信息提取应用数据，并根据预先设定的处理规则，解码出真实的现场用电数据信息。

7、一种用电数据采集系统，其特征在于，包括：

用电管理终端，用于获取用电数据，对获取到的用电数据进行过滤；

用电管理系统中心，用于接收并处理用电管理终端发送过来的用电数据信息。

8、如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述用电管理终端包括：

获取模块，用于获取用电数据；

预处理模块，用于根据杂凑算法对获取到的用电数据进行摘要，生成相应的信息摘要，并将该获取到的用电数据与上次已经成功发送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；

通信模块，用于发送用电数据。

9、如权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：压缩模块，用于对所述已经变化的用电数据信息压缩处理。

10、一种用电管理终端，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取用电数据；

预处理模块，用于根据杂凑算法对获取到的用电数据进行摘要，生成相应的信息摘要，并将该获取到的用电数据与上次已经成功发送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；

通信模块，用于发送用电数据。

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