CN102981441B - 一种用电负荷监测保护装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用电负荷监测保护装置、系统和方法，所述系统包括：磁场采集装置和用电负荷监测保护装置，它们之间通过无线方式进行通信。本发明采取了上述方案以后，通过磁场采集装置测量专变用户的一次侧输电线路的电磁场，并通过预先设定的磁场-电流转换的标定系数获得电流值并传送给用电负荷监测保护装置，用电负荷监测保护装置通过对比一次侧、二次侧的功率来实现用电负荷监控，解决了现有负荷监控装置的安装复杂、用户接受度不高等缺点。此外，用电负荷监测保护装置还能够利用用户的身份认证信息与电子锁来实现用电设备安全保护，且通过使用唯一的身份证信息来控制电子锁的开启和关闭，达到用电设备安全保护的目的。

Description

一种用电负荷监测保护装置、系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用电负荷监测保护装置、系统及方法，属于电力领域。

背景技术

在现有的通过对比专变一次侧的视在功率和电能表读出的视在功率来实现负荷监测的装置和方法中，通常都需要根据输电线路的负荷及电压等级将装置划分成许多型号，设计和实现起来都比较复杂，且安装方式需要破坏原输电线路，供电部门难免会质疑其实用性和安全性。

而计量箱是为保护电能表等计量装置不被私拆、私换、改造，保证国家财产，保证计量的准确，而加装的装置，在计量箱上加锁则是对计量仪器及计量箱采取的更进一步的保护措施。现有的锁大部分为机械锁，不够智能化，一旦人为破坏后用一个新锁不易被电业部门知道。而采用更坚固如大型铜锁还会造成成本高、资源浪费、不够绿色、甚至造成电力设备没有破坏而只有锁丢失的笑话。

现有的铅封也易被破坏，复原后不易被察觉，并且，现有电子铅封锁具有智能化管理功能，但因其一般为一次性产品，这就造成易耗品、资源浪费，增加用电管理部门成本，且不够绿色，在如今资源紧张的局势下，这些办法都不利于社会长期发展。

发明内容

本发明针对上述缺点，提供了一种用电负荷监测保护装置，其解决了现有负荷监控装置的安装复杂、用户接受度不高，并且，其能够在负荷异常或者设备遭受破坏时进行报警，此外，还公开了相应的用电负荷监测保护系统和方法。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

一种用电负荷监测保护装置，包括：处理器单元和与处理器单元相连接的数据收发单元、485通信单元、存储单元、电子锁单元和身份识别单元；

所述数据收发单元，用于获取专变用户一次侧电流数据；所述485通信单元，用于采集用户侧的计量电表的二次侧视在功率；

所述处理器单元，用于根据所述一次侧电流数据和预设的输电线路电压等级计算得出专变用户的一次侧视在功率，并根据所述一次侧视在功率和所述二次侧视在功率判断是否有用电异常，当发生异常时发送报警信息；

所述身份识别单元，接收外部输入的用户的身份认证信息，所述身份认证信息为用户的二代居民身份证信息；所述存储单元，存储有具有设备开启权限的可信用户的身份认证信息；

所述处理器单元，进一步读取所述身份识别单元接收的用户的身份认证信息，并与所述存储单元中存储的可信用户的身份认证信息进行比较；

当根据所述身份认证信息判断所述用户为具有开启权限的可信用户时，发送开启命令给所述电子锁单元。

一种用电负荷监测保护方法，包括：

获取来自于专变用户一次侧电流数据和通过485通信单元采集的用户侧的计量电表的二次侧视在功率；

根据所述一次侧电流数据和预设的输电线路电压等级计算得出专变用户的一次侧视在功率，并根据所述一次侧视在功率和所述二次侧视在功率，判断是否有用电异常并在有异常时发送报警信息；

通过身份识别单元接收外部输入的用户的身份认证信息，所述身份认证信息为用户的二代居民身份证信息；

读取所述接收的用户的身份认证信息，并与存储器单元预先存储的可信用户的身份认证信息进行比较，当所述用户为具有开启权限的可信用户时，发送开启命令给电子锁单元。

一种用电负荷监测保护系统，包括：

磁场采集装置和上述用电负荷监测保护装置；

所述磁场采集装置用于采集专变用户一次侧的电流数据，并将所述专变用户一次侧的电流数据通过无线方式发送给所述用电负荷监测保护装置的数据收发单元中。

本发明采取了上述方案以后，能够通过测量专变用户的一次侧输电线路的电磁场，并通过本发明的磁场-电流转换方法获得电流值，再通过对比一次侧、二次侧的功率来实现用电负荷监控，解决了现有负荷监控装置的安装复杂、用户接受度不高等缺点，还能够利用用户的身份认证信息与电子锁来实现安全保护，且基于第二代居民身份证信息的唯一性与安全性，通过使用唯一的身份证信息来控制电子锁的开启和关闭，达到安全保护的目的。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

下面结合附图对本发明进行详细的描述，以使得本发明的上述优点更加明确。

图1是本发明所述用电负荷监测保护系统的示意图；

图2是本发明所述用电负荷监测保护系统中磁场采集装置的示意图；

图3是本发明所述用电负荷监测保护系统中磁场采集装置的安装场景示意图；

图4是本发明所述用电负荷监测保护装置的结构示意图；

图5是本发明所述用电负荷监测保护装置的中的身份识别单元的结构示意图；

图6是本发明所述用电负荷监测保护装置的中的电子锁单元的结构示意图；

图7是本发明所述的用电负荷监测保护方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细地说明，如图1所示，是本发明所述的用电负荷监测保护系统的一个实施例的示意图，其包括：磁场采集装置和用电负荷监测保护装置，它们之间通过无线方式进行通信，其中，所述磁场采集装置，用于获取并将专变用户的输电线路的一次侧电流数据传送给用电负荷监测保护装置；

所述用电负荷监测保护装置，主要用于获取来自于的专变用户的输电线路的一次侧电流数据和来自于计量电表的视在功率；并根据所述电流数据信息和预设的电压等级得出所述输电线路的一次侧功率，并在异常时发送报警信息以报告负荷异常。

其中，如图2所示，所述磁场采集装置包括：处理器单元和与所述处理器单元相连接的磁场传感器单元，其中，磁场传感器单元，用于采集所述专变用户的一次侧输电线路的电磁场信息；处理器单元，用于根据预设的被测磁场和电流之间的标定系数，并根据所述标定系数和磁场传感器输出的电压值，计算出所述实际电流数据信息。

其中，一般地，所述磁场采集装置可安装在输电线路上，且无需停电安装，只要保证与输电线路相隔一定距离便可工作，用电负荷监测保护装置可安装在计量箱内或其它需要锁闭的柜体等的电力设备内，可由计量箱220V交流电源供电。

具体来说，所述磁场采集装置采集变压器一次侧的电磁场值；通过采集到的电磁场值计算相对应的一次侧电流值；并将该电流值传送到用电负荷监测保护装置，由所述用电负荷监测保护装置计算得到相对应的一次侧实际功率数据。

其中，所述磁场采集装置设置了电池供电单元，由此，该磁场采集装置可以在不断电情况下，使用绝缘杆安装在电力线上，由于根据交变电流产生交变的电场，交变的电场产生磁场，电力线周围将产生随电流变化的磁场，这样只要磁场传感器装置接近电力线即可测量电力线周围的磁场，且所述处理器单元接收磁场传感器发送的磁场数据，根据磁场-电流转换关系，可计算并输出电力线上的电流值。

其中通过磁场计算电流的方法需要先进行磁场标定，标定方法如下：

1、将磁场传感器放置在可变电流源附近，与其相隔一预定距离处，

2、改变电流源输出，用标准磁场测量仪测量磁场传感器所处位置的磁场大小，并记录磁场传感器输出电压，

3、多次执行步骤2，记录电流-磁场-电压值，

4、用回归分析法分析步骤3中得到的电流-磁场-电压数据，得出被测磁场和电流之间的关系，确定标定系数。

该标定系数预置于处理器单元中，根据标定系数和磁场传感器输出的电压值，即可计算出实际电流值。

其中，如图2所示，磁场采集装置，还包括：数据收发单元，在实施例中，为RF(RadioFrequency，射频)单元，其与所述处理器单元相连接，用于传输所述实际电流数据给用电负荷监测保护装置，与其相对应，所述用电负荷监测保护装置中也设有相应的RF单元，所述磁场采集装置可以在所述用电负荷监测保护装置要求此值时，通过其RF单元将该电流值发送到用电负荷监测保护装置中。

在该实施例中，所述磁场采集装置的处理器单元采用低功耗的单片机MSP430F，此MCU内部具有16位精度的AD，采样精度得以保证，当然，也可以采取其他的芯片或者单片机。

如图3所示，是本发明一个实施例的磁场采集装置和电力线的安装示意图，在该实施例中，所述磁场传感器使用单轴线圈设计，所以磁场采集装置无需套接在电力线上，只要平行设置在电力线下方预定距离即可。

并且，这种安装方式避免了传统的电流互感器测电流需将互感器套接在输电线路上，需断开电力线且安装时需断电，磁通易饱和。而使用单轴线圈的磁场传感器单元不需电力线断电即可安装，磁通不饱和，此时安装时，只需通过绝缘杆将磁场采集单元的顶部卡环卡在电力线上即可。

如图4所示，在一个实施例中，所述用电负荷监测保护装置包括：数据收发单元(在该实施例中为RF单元)、无线通信单元，如图4中的SMS(ShortMessagingService，短消息服务)单元、时钟单元、存储单元、处理器单元、485通信单元、身份识别单元(如图4中的二代身份证识别单元)、电子锁单元。其中，所述用电负荷监测保护装置采用计量箱内AC220V供电。

所述数据收发单元，用于获取专变用户一次侧电流数据；所述485通信单元，用于采集用户侧的计量电表的二次侧视在功率；

所述处理器单元，用于根据所述一次侧电流数据和预设的输电线路电压等级计算得出专变用户的一次侧视在功率，并根据所述一次侧视在功率和所述二次侧视在功率判断是否有用电异常，当发生异常时发送报警信息；

所述身份识别单元，接收外部输入的用户的身份认证信息，所述身份认证信息为用户的二代居民身份证信息；所述存储单元，存储有具有设备开启权限的可信用户的身份认证信息；

所述处理器单元，进一步读取所述身份识别单元接收的用户的身份认证信息，并与所述存储单元中存储的可信用户的身份认证信息进行比较；

当根据所述身份认证信息判断所述用户为具有开启权限的可信用户时，发送开启命令给所述电子锁单元。

具体来说，所述处理器单元，进一步用于当所述一侧视在功率和二侧视在功率之间的差超过一预定值(例如线损值，30％)，且持续一段时间例如15分钟时，则通过所述无线通信单元向监控平台或者用户的手机或者管理者的手机发送报警信息以报告负荷失调。

或者，所述处理器单元接收电子锁单元传来的反馈信号，当根据所述反馈信号判断所述电力设备被外力破坏后，通过所述无线通信单元向监控平台或者用户的手机或者管理者的手机发送报警信息。

其中，用电负荷监测保护装置的处理器单元采用Cortex-M3内核ARM处理器，具有功耗低、速度快、功能丰富的特点，主要完成磁场数据接收，SMS单元控制，数据处理及备份，时钟设定，射频芯片控制等功能。

在一个实施例中，所述处理器单元采用间歇式主动通信方式与磁场采集装置通过RF单元通信，以便获得磁场采集单元传送的电流值等数据。

这种主动间歇方式有效地保证磁场采集单元电池的电量可以使用多年。RF单元采用RF905射频芯片以433M载波进行无线通信，当然也可以采用其它RF射频芯片。

其中，所述处理器单元通过接收到的电流信号和主控单元中预设的电压等级计算出实际用电功率。

如作为示例的以下实施例中，所述总视在功率等于三相视在功率之和，即视在功率等于线电压(即电压等级，例如10kV)乘以各相相电流有效值之和，再除以根号3，如下所示：

P＝V*I/√3

其中：P为实际用电功率；

V为表示电压等级的线电压；

I为各相电流有效值的和。由于上述公式和计算方法为现有技术，在此不对其进行更详细的说明。

由此，所述处理器单元通过485通信单元读取用户侧计量电表的视在功率，并计算所读取的计量电表的视在功率与一次侧的实际用电功率的差值，当差值超出线损值(例如30％)时，即认为负荷失调，出现异常用电事件。

其中，处理器单元立即通过SMS单元将此信息发送到用电管理者的手机中。用电管理者手机号码可通过RF单元、SMS单元、485通信单元、二代身份证识别单元预先设置、保存在存储单元中，并且，用电管理者通过手机或管理平台可随时获取用电负荷数据。

此外，处理器单元通过RF单元每隔一预定时间(例如15分钟)读取一次侧电流和计量电表视在功率，经处理器单元处理后按时间记录负荷数据，包括一次侧电流，一次侧视在功率，所读电表视在功率，及时钟信息，并将它们保存在存储单元。

此外，本实施例中，还包括有：

二代身份证识别单元，即所述用电负荷监测保护装置可以采取图5显示二代身份证识别单元的结构框图。

其中，二代身份证识别单元包括：天线及外围电路、射频芯片。其中，射频芯片采用PHLIPS公司的芯片RC531，也可以选用能够支持ISO14443TypeB标准的PHLIPS公司的RC632、TI公司的RI-6C-001、EM公司的EM4094等射频芯片。二代身份证识别单元用于识别所刷的身份证信息，并将获得的信息发送到处理器单元。

如图6所示，是本发明使用的电子锁的示意图，该电子锁可根据需要定制，在此仅为作为例子进行说明。

如图6所示，所述电子锁单元包括锁本体1，它可接收处理器单元发送的锁控制信号；反馈按钮2，它可发出反馈信号，供处理器单元使用。此外，电子锁单元还包括锁舌3、锁槽4、盾牌5和盾尾6。其中，所述锁本体1为电磁控制锁，但不限于电磁锁，凡是可经电气控制的锁均可使用。其中，上锁时锁舌3撞击盾牌5，盾牌缩进，盾尾伸出撞击反馈按钮2，反馈按钮2闭合，说明锁已上锁。

当刷身份证卡试图开锁并且处理器单元判断所刷身份证信息与预置信息一致时，会检测到此正常开箱事件，会给电子锁单元发送开锁控制信号，锁收到该信号后，锁舌缩进，盾尾缩进，此时反馈按钮2开启，给处理器单元发送锁开启的反馈信号。

当暴力开锁时，处理器未接到刷卡开锁命令，此时锁舌缩进，盾尾缩进，反馈按钮打开。处理器检测到反馈按钮2打开且没有刷卡信息，处理器通过SMS单元向相关人员发出非法开锁信息。

此外，所述电子锁单元与处理器单元连接，接收处理器单元发送的锁控制信号。在遭到破坏时，电子锁向处理器单元发送中断信号，处理器单元在接收到该中断信号之后，立即通过SMS单元发送报警信息。

此外，本装置中，还设有时钟单元，与所述处理器单元相连接；所述处理器单元，进一步用于读取所述时钟单元中的时间信息并根据所述用户的身份认证信息开启或者不开启所述电力设备的事件生成事件日志记录，并保存所述事件日志记录到所述存储器单元中。

本申请的用电负荷监测保护系统不需电力线断电即可安装，施工简便，克服了现有技术中需断开电力线将电流互感器套接在输电线路上测量电流且磁通不易饱和等缺点，并且，此外，本申请的用电负荷监测保护系统还采用世界唯一标识性的二代身份证信息作为电力设备，如计量箱的开启密钥，进一步保护用电设备的安全性。并且，本申请的系统具有迅速及时、安全、绿色化的优点，对智能电网的发展起到了维护作用。

与上述装置相对应，本发明还提供了一种用电负荷监测保护方法，如图7所示，主要包括下列步骤：

步骤101：获取来自于专变用户一次侧电流数据和通过485通信单元采集的用户侧的计量电表的二次侧视在功率；

步骤102：根据所述一次侧电流数据和预设的输电线路电压等级计算得出专变用户的一次侧视在功率；

步骤103：根据所述一次侧视在功率和所述二次侧视在功率，判断是否有用电异常，其中，在有异常时发送报警信息；

步骤104：通过身份识别单元接收外部输入的用户的身份认证信息，所述身份认证信息为用户的二代居民身份证信息；

步骤105：读取所述接收的用户的身份认证信息，并与存储器单元预先存储的可信用户的身份认证信息进行比较；

步骤106：当所述用户为具有开启权限的可信用户时，发送开启命令给电子锁单元以开启设备。

其中，步骤101、102、103和步骤104、105和106的步骤之间无顺序限定。

并且，在实施例，所述步骤102中，所述根据所述一次侧视在功率和所述二次侧视在功率，判断是否有用电异常并在有异常时发送报警信息进一步包括：当所述一次侧视在功率和二次侧视在功率之间的差超过一预定值且持续一段时间，通过所述无线通信单元向监控平台或者用户的手机或者管理者的手机发出报警信息。

其中，在步骤104中，当根据所述身份认证信息判断所述用户为不具有开启权限的不可信用户时，不发送开启命令给所述电子锁单元。

此时，还可以包括：

步骤107：读取时钟单元中的时间信息，根据所述用户的身份认证信息开启或者不开启所述电力设备的事件生成事件日志记录，并将所述事件日志记录到存储器单元中。

此外，为了防止电子锁/电力设备被外力破坏，本发明还进一步包括：

接收所述电子锁单元传送回的反馈信号；

当根据所述反馈信号判断所述电子锁单元被外力破坏后，通过无线通信单元向监控平台或者用户的手机或者管理者的手机发送报警信息。

本发明采取了上述方案以后，能够通过测量专变用户的一次侧输电线路的电磁场，并通过本发明的磁场-电流转换方法获得电流值，再通过对比一次侧、二次侧的功率来实现用电负荷监控，解决了现有负荷监控装置的安装复杂、用户接受度不高等缺点，还能够利用用户的身份认证信息与电子锁来实现安全保护，且基于第二代居民身份证信息的唯一性与安全性，通过使用唯一的身份证信息来控制电子锁的开启和关闭，达到安全保护的目的。

需要说明的是，对于上述方法实施例而言，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。

而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用电负荷监测保护系统，其特征在于，包括：用电负荷监测保护装置和磁场采集装置；

所述用电负荷监测保护装置包括：处理器单元和与处理器单元相连接的数据收发单元、485通信单元、存储单元、电子锁单元和身份识别单元；

所述数据收发单元，用于获取专变用户一次侧电流数据；所述485通信单元，用于采集用户侧的计量电表的二次侧视在功率；

所述处理器单元，用于根据所述一次侧电流数据和预设的输电线路电压等级计算得出专变用户的一次侧视在功率，并根据所述一次侧视在功率和所述二次侧视在功率判断是否有用电异常，当发生异常时发送报警信息；

所述身份识别单元，接收外部输入的用户的身份认证信息，所述身份认证信息为用户的二代居民身份证信息；所述存储单元，存储有具有设备开启权限的可信用户的身份认证信息；

所述处理器单元，进一步读取所述身份识别单元接收的用户的身份认证信息，并与所述存储单元中存储的可信用户的身份认证信息进行比较；

当根据所述身份认证信息判断所述用户为具有开启权限的可信用户时，发送开启命令给所述电子锁单元；

所述用电负荷监测保护装置还包括无线通信单元，其与所述处理器单元相连接；

所述处理器单元，进一步当所述一次侧视在功率和二次侧视在功率之间的差超过一预定值且持续一段时间，通过所述无线通信单元向监控平台或者用户的手机或者管理者的手机发出报警信息；

所述磁场采集装置包括：磁场采集装置处理器单元和与所述磁场采集装置处理器单元相连接的磁场传感器单元；所述磁场传感器单元中的线圈为单轴线圈；所述磁场采集装置用于采集专变用户一次侧的电磁场值，通过采集到的电磁场值获取相对应的电流数据，并将所述专变用户一次侧的电流数据通过无线方式发送给所述用电负荷监测保护装置的数据收发单元中；

所述磁场采集装置平行设置在电力线下方预定距离。

2.根据权利要求1所述的用电负荷监测保护系统，其特征在于，所述处理器单元，进一步当根据所述身份认证信息判断所述用户为不具有开启权限的不可信用户时，不发送开启命令给所述电子锁单元。

3.根据权利要求2所述的用电负荷监测保护系统，其特征在于，还设有时钟单元，其与所述处理器单元相连接；

所述处理器单元，进一步读取所述时钟单元中的时间信息并根据所述用户的身份认证信息开启或者不开启电力设备的事件生成事件日志记录，并将所述事件日志记录到所述存储单元中。

4.根据权利要求1～3任一所述的用电负荷监测保护系统，其特征在于，所述处理器单元进一步接收所述电子锁单元传送回的反馈信号；

当根据所述反馈信号判断所述电子锁单元被外力破坏后，通过所述无线通信单元向监控平台或者用户的手机或者管理者的手机发送报警信息。

5.一种用电负荷监测保护方法，其特征在于，包括：

通过磁场采集装置获取来自于专变用户一次侧电流数据和通过485通信单元采集的用户侧的计量电表的二次侧视在功率；所述磁场采集装置包括：磁场采集装置处理器单元和与所述磁场采集装置处理器单元相连接的磁场传感器单元；所述磁场传感器单元中的线圈为单轴线圈；所述磁场采集装置平行设置在电力线下方预定距离；

根据所述一次侧电流数据和预设的输电线路电压等级计算得出专变用户的一次侧视在功率，并根据所述一次侧视在功率和所述二次侧视在功率，判断是否有用电异常并在有异常时发送报警信息；

通过身份识别单元接收外部输入的用户的身份认证信息，所述身份认证信息为用户的二代居民身份证信息；

读取所述接收的用户的身份认证信息，并与存储单元预先存储的可信用户的身份认证信息进行比较，当所述用户为具有开启权限的可信用户时，发送开启命令给电子锁单元；

其中，所述根据所述一次侧视在功率和所述二次侧视在功率，判断是否有用电异常并在有异常时发送报警信息进一步包括：

当所述一次侧视在功率和二次侧视在功率之间的差超过一预定值且持续一段时间，通过无线通信单元向监控平台或者用户的手机或者管理者的手机发出报警信息。

6.根据权利要求5所述的用电负荷监测保护方法，其特征在于，进一步包括：读取时钟单元中的时间信息；

根据所述用户的身份认证信息开启或者不开启电力设备的事件生成事件日志记录，并将所述事件日志记录到存储单元中。

7.根据权利要求5或6所述的用电负荷监测保护方法，其特征在于，进一步还包括：接收所述电子锁单元传送回的反馈信号；

当根据所述反馈信号判断所述电子锁单元被外力破坏后，通过无线通信单元向监控平台或者用户的手机或者管理者的手机发送报警信息。