CN102832705A - 一种电能质量远程监控的方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种电能质量远程监控的方法，包括如下步骤：（1）电能质量监测终端根据瞬时采样，获得监测点的电能质量数据，并将这些电能质量数据发送给信息摘要模块；（2）信息摘要模块对电能质量数据进行预处理，提取出摘要信息；（3）信息摘要模块将上述提取出的摘要信息分配给通讯模块，然后发送给电能质量监控的主站系统；（4）主站系统收到摘要信息后，提取出应用数据；（5）主站系统对提取出的应用数据进行预处理，判断是否需要采集完整的数据。实现上述方法的系统包括电能质量监测终端、信息摘要模块、通讯模块、主站系统。用该远程监控的方法和系统，能减少数据量的传输，减低成本，且不易造成数据传输的堵塞，保证主站系统的及时响应。

Description

一种电能质量远程监控的方法及系统

技术领域

本发明涉及电能质量远程监控的方法和系统。

背景技术

在工企业中，电能从输电线路进入企业，在经过关口表之后就变成企业的资产。对于企业内部的电能，包括各用电设备直接使用的电能的质量，供电企业并不关注，也不对此负责。同时，电能质量的好坏直接关系到设备的运行效率，关系到设备的使用寿命和相关产品的质量。因此，工业企业需要对各设备点的电能质量进行监控，以及时发现和调整电能质量异常情况，提高企业的经济效益。

但同时，因为用电设备分布非常分散，没有常规的有线通讯通道，因此一般采用GPRS或CDMA网络进行通讯。而使用这种方式，需要交付数额不小的通讯费用，因而怎样在保证满足监控需要的前提下，降低通讯流量，从而降低通讯费用，是各个工业企业特别关心的问题。

如图1所示，在最新发展的现有技术中，利用GPRS网或CDMA网的数据收发功能，在相应的用电设备上安装电能质量监测终端，实时收集每个位置的电能质量，并通过GPRS网或CDMA网，将所读取的数据传送到相应的电力专网，再由电能质量远程监控系统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"。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，是目前最理想的电能质量远程监控的通讯手段。

中国联通推出的CDMA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电能质量远程监控方法，可实现用电设备的电能质量监控，并实现运行状态显示、异常信息报警、用电曲线监测、停电事件记录、电量控制等功能。但是，现有技术中没有对如何降低数据传输产生的通讯费用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，没有考虑如何降低通讯费用，给系统的使用增加了不少成本。

另一方面，现有技术的电能质量远程监控方法中，未充分解决电能质量实时监控与无线通道的非实时性之间的矛盾，易造成信息传输的堵塞，无法保证电能质量远程监控的及时响应。

发明内容

本发明的目的是提供一种电能质量远程监控的方法和系统，利用该远程监控的方法和系统，能减少数据量的传输，减低成本，且不易造成数据传输的堵塞，保证主站系统的及时响应。

为达到上述目的，一种电能质量远程监控的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）电能质量监测终端根据瞬时采样，获得监测点的电能质量数据，并将这些电能质量数据发送给信息摘要模块；

（2）信息摘要模块对电能质量数据进行预处理，提取出摘要信息；

（3）信息摘要模块将上述提取出的摘要信息分配给通讯模块，通讯模块根据主站系统需要的格式组织数据并进行压缩，然后发送给电能质量监控的主站系统；

（4）主站系统收到摘要信息后，根据指定的格式，主站系统对数据的链路层和应用层进行解包处理，提取出应用数据；

（5）主站系统对提取出的应用数据进行预处理，判断是否需要采集完整的数据，如果不需要，则在主站系统中做出修改时间标志，表示该监测点没有取得完整数据；如果需要取得完整数据，则生成采集完整数据的指令，并通过通讯模块下发给电能质量监测终端；电能质量监测终端收到指令后，即向主站系统发送完整的数据。

实现电能质量远程监控的方法的系统包括：

电能质量监测终端，用于获得监测点的电能质量数据，并将这些电能质量数据发送给信息摘要模块；

信息摘要模块，用于对电能质量数据进行预处理，提取出摘要信息；

通讯模块，用于根据主站系统需要的格式组织数据并进行压缩，然后发送给电能质量监控的主站系统；

主站系统，用于根据指定的格式对数据的链路层和应用层进行解包处理，提取出应用数据，并对提取出的应用数据进行预处理，判断是否需要采集完整的数据，如果不需要，则在主站系统中做出修改时间标志，表示该监测点没有取得完整数据；如果需要取得完整数据，则生成采集完整数据的指令，并通过通讯模块下发给电能质量监测终端；电能质量监测终端收到指令后，即向主站系统发送完整的数据。

本发明的有益效果是：由于通过信息摘要模块对数据进行了摘要信息的提取，在传输过程中，大部分数据以摘要信息的形式传送，大大减少了通讯的数据量，从而降低了成本，也不易造成数据堵塞；另外，通过对数据进行信息摘要，保证紧急数据的优先传送，提高系统的实时性。从而使得主站系统及时得到响应，可靠性更高，数据更完整，能达到更实用的地步。

附图说明

图1是现有电能质量远程监控系统的结构示意图。

图2是使用本发明方法的电能质量远程监控系统构架示意图。

图3是本发明中系统结构和组网方案示意图。

具体实施方式

本发明的电能质量远程监控的方法利用先进的通讯技术、计算机及网络技术，为工业企业解决用电设备的电能质量监控、功率因数统计、电力负荷监测设备异常信息报警、停电检修、线路功率三相平衡分析等问题，以较高的信息化技术和管理手段对抗各种可能的电能质量不稳定问题，并及时发现电能质量异常、三相不平衡率偏高等问题。

本发明的方法旨在为工业企业提供一种高效、客观、稳定、实时的电能质量远程监控的方法和系统，并为重点解决建材、钢铁、化工等耗电量大、用电设备分布分散的企业提供电能质量远程监控的方法和系统。实现所有用电设备的电压、电流、功率、功率因数、三相不平衡率、频率、谐波等电能质量数值，及需量、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、统计、分析、管理、应用。本发明的应用对象为各类工业企业，尤其是高耗能企业。

在本实施例中，电能质量远程监控的方法步骤是：

（1）电能质量监测终端根据瞬时采样，获得监测点的电能质量数据，并将这些电能质量数据发送给信息摘要模块。所述的电能质量数据包括功率、电压、电流和谐波。

（2）信息摘要模块对电能质量数据进行预处理，提取出摘要信息。其预处理方法的依据是PKCS(Public-Key Cryptography Standards),PKCS标准是由RSA实验室(RSA Security Inc.的研究中心)制定的，RSA公司是由RSA通讯系统的发明者创造的。

（3）信息摘要模块将上述提取出的摘要信息分配给通讯模块，通讯模块根据主站系统需要的格式组织数据并进行压缩，然后发送给电能质量监控的主站系统。

（4）主站系统收到摘要信息后，根据指定的格式，主站系统对数据的链路层和应用层进行解包处理，提取出应用数据。

（5）主站系统对提取出的应用数据进行预处理，判断是否需要采集完整的数据，如果不需要，则在主站系统中做出修改时间标志，表示该监测点没有取得完整数据；如果需要取得完整数据，则生成采集完整数据的指令，并通过通讯模块下发给电能质量监测终端；电能质量监测终端收到指令后，即向主站系统发送完整的数据。

实现上述方法的系统包括电能质量监测终端、信息摘要模块、通讯模块、主站系统。

如图3所示，在本实施例中，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，将企业的电力专网与GPRS网或CDMA网连接起来。同时利用Internet宽带公网作为辅助的备用通道，实现通讯模块和主站系统之间的数据传输。

本发明的方法在系统构架(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3G通讯。

本发明中，电能质量数据的传输方式有主站系统召唤式和电能质量监测终端主动发送式两种，当采用前一种方式时，所述主站系统按第二预定条件向与需要监控的电能质量监控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(1)和(2)；当采用后一种方式时，与需要监控的电能质量监控终端对应的通讯模块按第三预定条件主动向主站系统发送状态数据，当满足所述第三预定条件时，该通讯模块主动执行所述步骤(1)和(2)；其中的第二、第三预定条件可为预定的时间间隔，其大小为15秒钟-60分钟。

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，从电能质量监控终端到主站系统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。

一、提高数据传输实时性的解决方案

对于工业企业的用电设备，电能质量是一个非常关键的运行参数，一旦电能质量异常，很有可能导致设备运行不正常，甚至损坏设备。因此，快速的监测电能质量异常情况，对电能质量远程监控系统是非常重要的。本方法对每个电能质量监视点，在通过GPRS网络发送前，先对数据进行预处理，提取出信息摘要，把摘要先发送到主站；主站在分析摘要信息后，判断是否需要上传完整的信息，从而在带宽有限的情况下，实现电能质量的实时监测。

本发明的方法平台采用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。解决了这一难题。如图2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。

二、降低数据流量的解决方案

目前大多数通过GPRS或CDMA进行数据通讯的电能质量监测设备，例如封装TCP/IP协议的GPRS或CDMA的双向透明数据传输终端，但在数据传输如何降低数据流量方面没有作特殊措施，使得系统的数据流量非常高，给系统使用方带来很大的成本负担。

本发明的方法中采用传输前进行数据摘要的方法传输数据，其中处理方法的依据是PKCS(Public-Key Cryptography Standards),PKCS标准是由RSA实验室(RSA Security Inc.的研究中心)制定的，RSA公司是由RSA通讯系统的发明者创造的。

信息预处理和过滤的过程，从某一终端中读取了数据之后，先利用杂凑算法(Hash function)对需要发送的数据进行处理，生成相应的信息摘要，由于杂凑算法具有单向不可逆运算之特性，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之内容，因此交易数据与信息摘要之内容具有关联性，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，生成相应的电子密码。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，本发明的方法基于GPRS、CDMA或3G通讯方式来传递数据；并基于J2EE构架的数据服务，解决数据传输实时性问题，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2000个电能质量监测终端的并发数据传送。

采用本发明的方法，可使电能质量远程监控系统的数据流量极大的降低，使系统真正具有实用性，提高工业企业用电设备自动化水平，提高设备运行的稳定性，延长设备使用寿命。

Claims (9)

1.一种电能质量远程监控的方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）电能质量监测终端根据瞬时采样，获得监测点的电能质量数据，并将这些电能质量数据发送给信息摘要模块；

（2）信息摘要模块对电能质量数据进行预处理，提取出摘要信息；

（3）信息摘要模块将上述提取出的摘要信息分配给通讯模块，通讯模块根据主站系统需要的格式组织数据并进行压缩，然后发送给电能质量监控的主站系统；

（4）主站系统收到摘要信息后，根据指定的格式，主站系统对数据的链路层和应用层进行解包处理，提取出应用数据；

（5）主站系统对提取出的应用数据进行预处理，判断是否需要采集完整的数据，如果不需要，则在主站系统中做出修改时间标志，表示该监测点没有取得完整数据；如果需要取得完整数据，则生成采集完整数据的指令，并通过通讯模块下发给电能质量监测终端；电能质量监测终端收到指令后，即向主站系统发送完整的数据。

2.根据权利要求1所述的电能质量远程监控的方法，其特征在于：所述的电能质量数据包括功率、电压、电流和谐波。

3.根据权利要求2所述的电能质量远程监控的方法，其特征在于：根据预定的谐波范围，对符合预定谐波大小的则提取出摘要信息。

4.根据权利要求1所述的电能质量远程监控的方法，其特征在于：当需要向主站系统发送摘要信息时，由通讯模块主动执行步骤（1）和步骤（2）。

5.根据权利要求1所述的电能质量远程监控的方法，其特征在于：当主站系统需要采集完成的数据时，在主站系统向电能质量监测终端发送指令后才执行步骤（1）和步骤（2）。

6.根据权利要求1所述的电能质量远程监控的方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，采用TCP/IP通讯协议完成所述通讯模块与主站系统之间的数据传输。

7.根据权利要求1所述的电能质量远程监控的方法，其特征在于：在所述步骤(2)中，所述通讯模块通过VPN专网向主站系统传送数据。

8.根据权利要求1所述的电能质量远程监控的方法，其特征在于：所述通讯模块通过备用通道向主站系统传送数据。

9.一种电能质量远程监控的系统，其特征在于包括：

电能质量监测终端，用于获得监测点的电能质量数据，并将这些电能质量数据发送给信息摘要模块；

信息摘要模块，用于对电能质量数据进行预处理，提取出摘要信息；

通讯模块，用于根据主站系统需要的格式组织数据并进行压缩，然后发送给电能质量监控的主站系统；

主站系统，用于根据指定的格式对数据的链路层和应用层进行解包处理，提取出应用数据，并对提取出的应用数据进行预处理，判断是否需要采集完整的数据，如果不需要，则在主站系统中做出修改时间标志，表示该监测点没有取得完整数据；如果需要取得完整数据，则生成采集完整数据的指令，并通过通讯模块下发给电能质量监测终端；电能质量监测终端收到指令后，即向主站系统发送完整的数据。

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