CN102097862A - 配变箱数据传输装置及其数据传输方法 - Google Patents

Abstract

一种配变箱数据传输装置，包括有配变计量箱箱体；传感设备；动作执行机构及后台监控系统；其特征在于：所述的配变箱数据传输装置还包括有能实现数据存储和处理的配变数据转发器，该配变数据转发器的输入端和所述传感设备的第二输出端连接，该配变数据转发器的输出端通过无线网络和所述通信服务器的输入端连接。与现有技术相比，本发明在配变箱中增加配变数据转发器，引入了大容量存储，实现数据存储、处理和转发功能，增大数据存储能力，并与前端传感设备、通信连路和后台监控中心无缝链接，保证了电力数据能可靠地送到后台，从而大大提高了系统的实用件。

Description

配变箱数据传输装置及其数据传输方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统配电设备，特别是一种配变计量箱(简称配变箱)数据传输装置及其数据传输方法。

背景技术

配变计量箱(简称配变箱)主要与小区变电站、杆上变电站或箱式变电站配套安装，一般安装在居民小区配电房的动力柜内、户外杆上变电站的下方等，另外，在变电站的后台监控中心还配有后台数据管理服务器，后台数据管理服务器通过无线通讯方式和配变箱之间形成数据传输系统，主要负责对来自配变箱的实时数据进行统一管理。

通常，配变箱主要由以下几个部分组成：箱体、补偿电容器等动作执行装置、测控装置(用来测量电力数据并控制电容的投切)和通讯装置。其中，测控装置是系统核心控制部件，用来采集线路运行状态，然后进行数据处理，最后控制电容器投切执行装置执行相应动作；通讯装置负责测控装置和后台监控中心的无线通讯，安装有天线(柜内或柜外)。

在现有技术中，配变箱数据传输系统通过测控装置采集到数据后，一般直接通过标准的GPRS无线通讯模块进行转发，由于标准GPRS模块只有透明转发功能，配变箱中数据的存储、处理等过程完全依靠无功补偿测控仪等前端传感设备实现，而由于无功补偿测控仪等前端传感设备的功能限制，系统往往采用后台召测-终端响应的被动工作模式(即后台主动发送召测命令，终端响应后台命令后，再开始进行数据采集和发送的工作)，这样使得系统的整体数据存储和处理功能受到了很大限制，往往出现数据转发能力低下、传输可靠性无法保证的问题。由于配变箱的现场电力数据经常无法可靠地传输到后台服务器中，这样用户就不能及时看到实时电力数据，用户为了获取电力参数，仍然需要到现场的配变箱中本地采集数据，不仅参数的读取成本高、操作不方便，而且数据实时性滞后，配变箱数据输系统的作用就大打折扣。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种能有效提高数据传输的实时性和可靠性，并且使得数据处理和转发能力更高的配变箱传输装置。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种应用有上述配变箱数据传输装置的数据传输方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：该配变箱数据传输装置，包括有

配变计量箱箱体；

传感设备，设置于所述配变计量箱箱体内，该传感设备用于采集变电站线路的运行状态，该传感设备包括有第一输出端和第二输出端；

动作执行机构，设置于所述配变计量箱箱体内，该动作执行机构的控制输入端和所述的传感设备的第一输出端连接，并且，所述的传感设备控制所述动作执行机构执行相应的动作；以及

后台监控系统，包括有通信服务器、多个客户端、数据服务器和应用服务器，其中，所述的通信服务器、数据服务器、应用服务器分别通过通信网络和所述的客户端连接并实现数据通信；

其特征在于：所述的配变箱数据传输装置还包括有能实现数据存储和处理的配变数据转发器，该配变数据转发器的输入端和所述传感设备的第二输出端连接，该配变数据转发器的输出端通过无线网络和所述通信服务器的输入端连接。

为了更好地实现配变数据转发器的数据处理和存储，作为优选，所述的配变数据转发器包括有一中央处理器，所述的中央处理器连接有电源模块、数据采集模块、数据存储模块、无线网络传输模块、信号显示模块和定时模块。上述功能模块中，数据采集模块能够接收来自自传感设备的数据；数据存储模块能够实现数据的本地存储，从而保证所有采集数据的安全性，防止出现不必要的数据丢失；无线网络传输模块实现和后台监控系统的无线网络通信；信号显示模块能够显示配变数据转发器的工作状态，提高装置的工作可靠性；定时模块能够根据当前时钟值和预设的触发策略自动触发其他功能模块进行工作。

作为优选，所述的中央处理器为基于ARM7架构的LPC2378芯片。

作为进一步优选，所述的数据存储模块为大容量工业级SD卡。

作为优选，所述的通信网络为基于TCP/IP协议的电力局域网。

作为再一个优选，所述的无线网络为GPRS通讯网络。

作为优选，所述的传感设备为无功补偿测控仪，相应地，所述的执行机构为无功补偿电容投切装置，并且，为了实现点对点通信和联网功能，所述的无功补偿测控仪和所述的配变箱数据传输装置之间采用RS232/RS485通信方式实现数据传输。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种配变箱数据传输装置的数据传输方法，其特征在于，该数据传输方法包括有如下步骤：

步骤一：所述配变数据转发器作为数据采集终端定时采集由所述传感设备检测到的电力线路实时数据；

步骤二：所述配变数据转发器将采集到的实时数据进行规约转换；

步骤三：所述配变数据转发器将经所述步骤二规约转换后的实时数据发送至所述后台监控系统，该配变数据转发器并同时启动计时；

步骤四：所述后台监控系统的客户端确认是否收到所述的实时数据，如果是，则该后台监控系统处理该实时数据，然后继续下一步骤；如果否，则转到步骤六；

步骤五：所述后台监控系统处理所述的实时数据，并向所述配变数据转发器发送确认包；

步骤六；所述配变数据转发器在计时结束前确认是否收到所述后台监控系统发送的确认包，如果是，则配电箱本次实时数据传输成功，结束本次传输任务；如果否，则继续下一步骤；

步骤七：所述配变数据转发器判断本次实时数据的重发次数是否超过设定值，如果否，则返回重新执行所述步骤三；如果是，则继续下一步骤；

步骤八：所述配变数据转发器确认正在发送的实时数据是否已经存储在本地，如果是，则转到步骤十；如果否，则继续下一步骤；

步骤九：所述配变数据转发器将发送失败的所述实时数据存储在本地，并且建立相应的数据补发任务进行长时间保存；

步骤十：所述的配变数据转发器定时触发所述的数据补发任务，并且返回重复执行所述步骤三。

作为优选，所述的实时数据可以包括有即时数据、整点数据、日统计数据和月统计数据等。

与现有技术相比，本发明的优点在于：首先，在配变箱中增加配变数据转发器，该配变数据转发器引入了大容量存储，可以实现数据存储、处理和转发功能，增大数据存储能力，并且与前端传感设备、通信连路和后台监控中心无缝链接，保证了电力数据能可靠地送到后台，从而大大提高了系统的实用性；

其次，增加配变数据转发器不仅有利于提高用户的工作效率和保障电力设备的运行安全，而且，还使得测控设备可以专注于自身领域的功能和性能提升，通信设备可以专注于稳定通信的保障，从而有利于问题的分类处理，系统整体结构的层次更加明确。

再者，配变数据转发器实现了现场终端主动发送模式，可以省去后台监控中心的召测步骤，还引入了失败重发机制，进一步提高了数据传输的完整性和可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例的数据传输装置连接结构示意图。

图2为图1所示配变数据转发器的功能模块结构示意图。

图3为本发明实施例的中央处理器接口电路原理示意图。

图4为本发明实施例的配变箱数据装置的工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本实施例的配变箱数据传输装置主要应用于浙江省电力公司，如图1～图4所示，该配变箱数据传输装置包括有

配变计量箱箱体1；

设置于配变计量箱箱体1内的传感设备2，该传感设备2用于采集变电站线路的运行状态，该传感设备2包括有第一输出端21和第二输出端22；

设置于配变计量箱箱体1内的动作执行机构3，该动作执行机构3的控制输入端和传感设备2的第一输出端21连接，传感设备2控制动作执行机构3执行相应的动作；

配变数据转发器4，该配变数据转发器4的输入端41和传感设备2的第二输出端22连接，其中，配变数据转发器4包括有一中央处理器41，该中央处理器41连接有电源模块411、数据采集模块412、数据存储模块413、无线网络传输模块414、信号显示模块415和定时模块416；

其中，数据采集模块412能够接收来自各传感设备2的实时数据，目前可以采集的实时数据包括即时数据、整点数据、日统计数据和月统计数据等；数据存储模块413能够实现实时数据的本地存储，从而保证所有采集数据的安全性，防止出现不必要的数据丢失；无线网络传输模块414实现和后台监控系统的无线网络通信；信号显示模块415能够显示配变数据转发器4的工作状态，提高装置的工作可靠性；定时模块416能够根据当前时钟值和预设的触发策略自动触发其他功能模块进行工作，定时模块416主要定时触发数据采集模块，另外还触发自动校时模块、自动检测恢复模块和心跳维持模块；

后台监控系统，包括有通信服务器5、多个客户端6、数据服务器7和应用服务器8，其中，通信服务器5、数据服务器7、应用服务器8分别通过基于TCP/IP协议的电力局域网和客户端6连接并实现数据通信。后台通信服务器5的输入端和配变数据转发器4的输出端通过GPRS无线网络连接。

本实施例的传感设备2可以为现有技术的各种电力数据采集设备，优选为无功补偿测控仪，而动作执行机构3也相应地为无功补偿电容投切装置，并且，无功补偿测控仪和配变数据转发器4之间采用RS232/RS485通信方式实现数据传输。

本实施例的配变数据转发器基于嵌入式技术开发，配变数据转发器4的中央处理器(CPU)41为基于ARM7架构的LPC2378芯片，如图3所示，该中央处理器设置有三个常规的外围电路，即电源电路、复位电路和时钟电路，本电源电路采用开关电源和直流电压转换芯片，完成从交流220V到直流5V/3.3V芯片工作电压的转换；中央处理器内部集成一个标准GPRS传输模块，该模块与中央处理器内部串口连接，模块内部集成TCP/IP协议栈，CPU主程序通过AT命令直接控制GPRS模块执行相应动作；中央处理器还外扩多个接口：串行接口、SD卡接口、内部JTAG接口和指示灯连接接口。

其中，串行接口设置有2个，用于接入无功补偿测控仪等前端传感设备，可以通过跳线设置为RS232电平或RS485电平；设置1个SD卡接口作为数据存储模块，该SD卡接口设置有SD卡座，可以插入大容量工业级SD卡实现数据存储；设置有7个连接在指示灯连接接口上的指示灯，用于指示系统不同的工作状态；另外，还设置有1个专用调试串口，用于本地查询系统工作状态；设置一个复位按钮，用于系统重新启动。

一、本实施例的配变数据转发器的软件功能如下：

1、本配变数据转发器是兼具数据采集、存储、转发、GPRS通信功能于一体的智能化设备。

2、本配变数据转发器具有实时数据采集功能(从其他前端传感设备采集)、本地数据存储功能、数据主动发送功能、数据被动召测功能以及问答、自检等功能。其中，配变数据转发器与前端传感设备采用RS232/RS485通信方式，配变数据转发器与后台监控中心采用GPRS通信方式。

3、本配变数据转发器能够通过串口实时采集无功补偿仪中的数据，并将这些实时数据存储到本设备中；至少支持一分钟一次的数据采集密度(采集密度可调)，支持数据长时间存储；存储空间用完后，新数据自动覆盖最老的数据。软件设计满足可以扩展采集其他类型设备的数据而不用对现有程序框架进行调整。

4、能够将数据通过GPRS模块实时发送到后台监控中心。本配变数据转发器能够支持2种发送方式：实时数据主动发送和数据被动召测。其中，实时数据主动发送模式下，设备每从前端模块取到一组数据后就立刻主动进行实时存储和实时转发，采集和转发时间间隔可以根据需要进行本地或远程设置；在数据被动召测模式下，设备能被动接收后台监控中心的召测命令，并根据命令执行数据采集和发送的工作。

5、如果向后台发送数据失败(后台没有收到数据)，则本配变数据转发器根据网络情况隔一段时间后重新发送未发出的数据。

6、支持本地调测、软件升级功能。本配变数据转发器能够通过外接计算机设备进行本地参数设置、调测以及本地软件升级功能。

7、支持远程参数设置功能，包括远程校时、通信参数设置、外接的测控设备的管理参数设置、采集和存储相关参数设置。

8、具备信道保持相关功能，包括心跳包、断线重连等功能。

二、本实施例的配变数据转发器的硬件功能如下：

1、设备采用金属外壳，主控板、GPRS模块和电源模块集成安装在本配变数据转发器的内部。

2、GPRS通信部分采用标准的GPRS通信模块。

3、采用独立式开关型电源转换模块，集成安装在配变数据转发器的内部。输入基准为220V交流电，支持宽电压输入，保证装置输入电压在180-250V之间时能正常工作。

4、中央处理器采用ARM7系列芯片。

5、数据存储器为大容量工业级SD卡。

6、体积小巧，外壳尺寸为175mm(长)×125mm(宽)×55mm(高)。

7、安装方式为壁挂式，安装在配变计量箱箱体内部的绝缘板壁上。

8、支持2个设备串口(RS232/485，通过硬跳线配置或软件配置)，专用于数据采集。另外包含1个RS232串口用于本地调测。

9、设置7个指示灯指示以下指标：电源工作状态、系统工作状态、拨号状态、登录状态、GPRS通信状态、串口一数据收发状态指示和串口二数据收发状态指示。

10、设备正常工作环境：温度：-20℃～70℃；湿度：小于90％。

11、支持上电自动开机，设置系统复位按钮实现装置本地重启。

三、本实施例的配变数据转发器的主要特点：

1、能够长时间、大容量存储电力参数

一般地，前端传感设备(如无功补偿测控仪)的存储空间较小，无法对所有电力数据进行本地存储，特别的对于采集频率较高的实时数据不能实现本地存储。本配变数据转发器能够支持最大5分钟采集频率的无功补偿实时数据本地存储3个月以上，从而保证所有采集数据的安全性，防止出现不必要的数据丢失。

2、实现现场终端主动发送模式，引入失败重发机制

本配变数据转发器实现了终端设备主动发送数据至后台，可以省去召测步骤，同时还支持心跳命令和校时请求命令的主动发送。另外本设备还引入了数据失败重发机制，这些都有利于提高数据传输的可靠性。

3、支持多串口和多协议

本配变数据转发器可同时外接2个外部数据采集设备，突破了一般GPRS模块智能接1路设备的局限，从而起到了设备集中器的作用。另外，本配变数据转发器具备通用协议转换框架，无需更换程序就能支持多种不同类型的规约的设备的接入。

4、具备系统自诊断功能

本配变数据转发器具有很强的自恢复功能，能够实时检测自身的运行状态，发现异常后进行相应的处理。恢复手段包括重新启动设备、重新启动GPRS模块、重新拨号、重新登录网关等。

5、支持远程更新程序

本配变数据转发器支持LAP功能，能够利用GPRS信道远程更新程序，从而使得运维过程更加方便，升级产品更加容易。

6、本配变数据转发器能够与浙江省电力公司的内网无线通道匹配，适应电力系统内外网隔离的特殊安全要求。按照浙江省电力公司的要求，本装置与后台的连接需要通过浙江省电力公司电力内网无线通道实现，因此本装置支持通过符合浙江省电力公司用电现场服务与管理系统通信规约的通信协议进行数据传输。

传统的配变箱数据采集系统中，数据传输基本采用后台召测-终端响应的被动工作模式：后台主动发送召测命令，终端响应后台命令后再开始进行数据采集和发送的工作。本配变箱数据传输装置不仅能够实现采用后台召测-终端响应的被动工作模式，更加能够实现后台数据采集由终端自身触发的数据主动采集模式，该主动数据采集模式的工作流程如图4所示：

步骤一：配变数据转发器4作为数据采集终端定时采集由传感设备2检测到的电力线路实时数据；

步骤二：配变数据转发器4将采集到的实时数据进行规约转换，规约转换负责解析采集到的数据，并将这些数据封装封装成符合后台发送要求的标准规约格式；

步骤三：配变数据转发器4将经所述步骤二规约转换后的实时数据发送至后台监控系统，该配变数据转发器4并同时启动计时；

步骤四：后台监控系统的客户端6确认是否收到实时数据，如果是，则该后台监控系统处理该实时数据，然后继续下一步骤；如果否，则转到步骤六；

步骤五：后台监控系统处理所述的实时数据，并向配变数据转发器发送确认包；

步骤六；配变数据转发器4在计时结束前确认是否收到后台监控系统发送的确认包，如果是，则配电箱本次实时数据传输成功，结束本次传输任务；如果否，则继续下一步骤；

步骤七：配变数据转发器4判断本次实时数据的重发次数是否超过设定值，如果否，则返回重新执行步骤三；如果是，则继续下一步骤；

步骤八：配变数据转发器4确认正在发送的实时数据是否已经存储在本地，如果是，则转到步骤十；如果否，则继续下一步骤；

步骤九：配变数据转发器4将发送失败的实时数据存储在本地，并且建立相应的数据补发任务进行长时间保存；

步骤十：配变数据转发器4定时触发数据补发任务，并返回重复执行步骤三。

因此，当本实施例的配变箱数据传输装置正常工作时，配变数据转发器通过串口从其他前端传感设备中采集数据，然后将数据存入SD卡中，同时主动将采集到的数据实时或按照预设值的固定时间通过GPRS模块发送到后台监控中心。如果发送失败，则会重新发送，配变数据转发器也可以被动接受后台发送过来的命令，然后执行相应的操作。

本实施例的的配变箱数据传输装置主要着眼于改造传统配变箱数据采集系统的工作流程，首先，实现了配变箱终端主动采集数据发送给后台的模式，有利于简化通信过程，并使数据采集和数据传输相互独立、互不干扰；其次，后台监控中心收到数据后向配变箱终端发送确认包，这样能使配变箱终端了解数据发送情况，从而使配变箱终端能够判断是否应该重新发送数据以及是否应该存储数据；另外，增加数据存储功能和历史数据发送功能，如果实时数据发送连续失败多次，则将数据作为历史数据存储到本地存储器(SD卡)中，每隔一段时间后重新发送这些历史数据，直到发送成功为止，这样就能最大限度地保证数据传输过程的可靠，特别能适应传输环节恶劣的应用场合。

Claims (9)

1.一种配变箱数据传输装置，包括有

配变计量箱箱体；

传感设备，设置于所述配变计量箱箱体内，该传感设备用于采集变电站线路的运行状态，该传感设备包括有第一输出端和第二输出端；

动作执行机构，设置于所述配变计量箱箱体内，该动作执行机构的控制输入端和所述的传感设备的第一输出端连接，并且，所述的传感设备控制所述动作执行机构执行相应的动作；以及

后台监控系统，包括有通信服务器、多个客户端、数据服务器和应用服务器，其中，所述的通信服务器、数据服务器、应用服务器分别通过通信网络和所述的客户端连接并实现数据通信；

其特征在于：所述的配变箱数据传输装置还包括有能实现数据存储和处理的配变数据转发器，该配变数据转发器的输入端和所述传感设备的第二输出端连接，该配变数据转发器的输出端通过无线网络和所述通信服务器的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的配变箱数据传输装置，其特征在于：所述的配变数据转发器包括有一中央处理器，所述的中央处理器连接有电源模块、数据采集模块、数据存储模块、无线网络传输模块、信号显示模块和定时模块。

3.根据权利要求2所述的配变箱数据传输装置，其特征在于：所述的中央处理器为基于ARM7架构的LPC2378芯片。

4.根据权利要求2所述的配变箱数据传输装置，其特征在于：所述的数据存储模块为大容量工业级SD卡。

5.根据权利要求1所述的配变箱数据传输装置，其特征在于：所述的通信网络为基于TCP/IP协议的电力局域网。

6.根据权利要求1所述的配变箱数据传输装置，其特征在于：所述的无线网络为GPRS通讯网络。

7.根据权利要求1～6中任一权利要求所述的配变箱数据传输装置，其特征在于：所述的传感设备为无功补偿测控仪，相应地，所述的执行机构为无功补偿电容投切装置，并且，所述的无功补偿测控仪和所述的配变箱数据传输装置之间采用RS232/RS485通信方式实现数据传输。

8.一种采用如权利要求7所述装置的数据传输方法，其特征在于，所述的数据传输方法包括有如下步骤：

步骤一：所述配变数据转发器作为数据采集终端定时采集由所述传感设备检测到的电力线路实时数据；

步骤二：所述配变数据转发器将采集到的实时数据进行规约转换；

步骤三：所述配变数据转发器将经所述步骤二规约转换后的实时数据发送至所述后台监控系统，该配变数据转发器并同时启动计时；

步骤四：所述后台监控系统的客户端确认是否收到所述的实时数据，如果是，则该后台监控系统处理该实时数据，然后继续下一步骤；如果否，则转到步骤六；

步骤五：所述后台监控系统处理所述的实时数据，并向所述配变数据转发器发送确认包；

步骤六；所述配变数据转发器在计时结束前确认是否收到所述后台监控系统发送的确认包，如果是，则配电箱本次实时数据传输成功，结束本次传输任务；如果否，则继续下一步骤；

步骤七：所述配变数据转发器判断本次实时数据的重发次数是否超过设定值，如果否，则返回重新执行所述步骤三；如果是，则继续下一步骤；

步骤八：所述配变数据转发器确认正在发送的实时数据是否已经存储在本地，如果是，则转到步骤十；如果否，则继续下一步骤；

步骤九：所述配变数据转发器将发送失败的所述实时数据存储在本地，并且建立相应的数据补发任务进行长时间保存；

步骤十：所述的配变数据转发器定时触发所述的数据补发任务，并且返回重复执行所述步骤三。

9.根据权利要求8所述的数据传输方法，其特征在于：所述的实时数据包括有即时数据、整点数据、日统计数据和月统计数据。

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