CN105656030A - 基于移动互联网的低电压网络的广域测量系统和方法 - Google Patents

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Abstract

基于移动互联网的低电压网络的广域测量系统的硬件包括智能充电器、智能手机、数据库、服务器、通信基站和GPS卫星。它主要应用于低电压配电网系统。本发明利用专门设计的手机充电器测量和分析低压电网运行的电压幅值、谐波含量等能够反映电压异常、谐波污染等问题的电气参数。智能手机充电时，将数据通过USB上传至手机APP。同时，利用全球定位系统GPS统一全网的测量设备时钟，对低压电网各测点的电压参数进行实时测量、上传。利用手机APP将实时数据上传到服务器，可在服务器中作进一步的分析和研究。

Description

基于移动互联网的低电压网络的广域测量系统和方法
技术领域
本发明涉及一种基于移动互联网的低电压网络的广域测量系统和方法。
背景技术
广域测量系统主要源自电力系统时间上同步和空间上广域的要求，利用全球定位系统GPS时钟同步进行广域电力系统状态测量。根据电力系统的以上两个发展要求，出现了相量测量单元PMU和广域测量系统WAMS。基于GPS的PMU装置的研制不少,但欧美国家的大多数PMU装置只是测量电气相角而非功角；我国研制的部分PMU装置能够直接测量发电机功角，但是其安装使用不灵活，且成本较高。
随着近几年互联网的蓬勃发展，智能手机在各个地区的普及以及3G/4G/无线网络的覆盖，移动终端及手机APP获取数据的形式受到了广泛的关注和应用，充分地利用碎片化的时间随时、随地获取低压配电网络的海量信息数据，低电压配电网络需要大量的移动的实时的数据来反映当前低压电网运行的状态，用于感知系统故障的影响和指导低压电网运行方方面面的工作，是低压电网动态实时监测的一种有效的方法。因此，设计一种利用手机实现低压电网动态实时监测的系统具有广阔的应用前景。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的缺点，本发明的目的在于提供一种基于移动互联网的低电压网络的广域测量系统和方法，它利用智能充电器将监测点的电气参数进行测量，通过智能手机发送到数据库，能够随时随地获取相关信息，且安装使用方便，成本低，能为各系统提供大数据分析所需的原始数据。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种基于移动互联网的低电压网络的广域测量系统，其特征在于：它包括
智能充电器，包括220V交流插头、降压模块、整流稳压模块、USB接口模块和MCU微控制单元，所述220V交流插头的末端连接所述降压模块，所述MCU微控制单元和整流稳压模块分别与降压模块的输出端连接，所述USB接口模块分别与MCU微控制单元和整流稳压模块连接；MCU微控制单元用于测量电气参数并形成数据包；
智能手机，通过USB数据线与智能充电器的USB接口模块连接，接收MCU微控制单元的数据包；智能手机包括GPS模块，利用GPS信号对内部时钟进行精确的校对；一个智能手机对应一个智能充电器；
手机APP，获取定位和时间信息，并将电气参数打包发送到所述服务器；
数据库，用于存储手机APP发送的数据包，为各系统分析提供数据支持；
服务器，通过无线通讯与所述智能手机连接，并将手机APP发送的数据包发送到所述数据库。
进一步的，所述MCU微控制单元包括采样器、数字滤波器、电气参数测量单元和数据包生成单元，所述采样器在所述降压模块的输出端采样，采样器的输出端连接数字滤波器，数字滤波器的输出端连接电气参数测量单元，数据包生成单元将电气参数测量单元的数据生成数据包后发送给所述USB接口模块。
一种基于移动互联网的低电压网络的广域测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、在各个监测点安装智能充电器和智能手机，智能充电器和智能手机通过USB数据线连接；
b、智能充电器对其监测点的电气参数进行测量，形成数据包，并发送给智能手机；
c、智能手机通过手机APP将步骤b中形成的数据包发送给服务器；
d、服务器将数据包发送给数据库后为各系统分析提供数据支持。
进一步的，在步骤c中，手机APP执行以下步骤：
c1、判断智能手机是否在充电，若是，则获取定位和时间信息；若否，则结束；
c2、判断USB接口模块是否收到数据，若是，则将数据打包；若否，则返回步骤c1；
c3、将步骤c2中的数据包发送至预设网络地址；
c4、返回到步骤c2。
本发明的有益效果是：
1、利用智能手机的GPS定位系统可以确定广域测量系统的信息数据的具体来源；还可以利用GPS信号对内部时钟进行精确的校对，以保证不同地点上传数据的实时性。
2、可随时、随地获取信息，形成数据库，对低压配电网相关参数进行分析。
3、海量智能手机提供的大量信息互相冗余，可以提供大数据分析所需的原始数据，可以进一步进行数据挖掘。
4、通过本发明在低压系统侧获得各低压电网电压幅值等参数的动态变化值后，各系统可以对低压电网的运行状态进行分析。能够敏感的获知系统事故的影响。对预测和防范低电压网络故障及其影响有重要的意义。在低电压系统状态估计与动态监视、稳定预测与控制、模型验证、继电保护、故障定位等方面具有广泛的应用前景。
5、整个系统结构简单，成本低，安装使用方便。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：
图1为本发明的系统原理图；
图2为本发明的智能充电器原理图；
图3为本发明的手机APP流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构及原理做详细说明：
如图1和图2所示，基于移动互联网的低电压网络的广域测量系统的硬件包括智能充电器、智能手机、数据库、服务器、通信基站和GPS卫星。
基于移动互联网的低电压网络的广域测量系统主要应用于低电压配电网系统。广域测量系统主要源自电力系统时间上同步和空间上广域的要求，利用全球定位系统GPS时钟同步进行广域电力系统状态的测量。基于移动互联网的广域测量系统利用专门设计的手机充电器测量和分析低压电网运行的电压幅值、谐波含量等能够反映电压异常、谐波污染等问题的电气参数。智能手机充电时，将数据通过USB上传至手机APP。同时，利用全球定位系统GPS统一全网的测量设备时钟，对低压电网各测点的电压参数进行实时测量、上传。利用手机APP将实时数据上传到服务器，可在服务器中作进一步的分析和研究。
如图2所示，智能充电器包括220V交流插头、降压模块、整流稳压模块、USB接口模块和MCU微控制单元，所述220V交流插头的末端连接所述降压模块，所述MCU微控制单元和整流稳压模块分别与降压模块的输出端连接，所述USB接口模块分别与MCU微控制单元和整流稳压模块连接；MCU微控制单元用于测量电气参数并形成数据包。所述MCU微控制单元包括采样器、数字滤波器、电气参数测量单元和数据包生成单元，所述采样器在所述降压模块的输出端采样，采样器的输出端连接数字滤波器，数字滤波器的输出端连接电气参数测量单元，数据包生成单元将电气参数测量单元的数据生成数据包后发送给所述USB接口模块。电气参数测量单元可以直接采用目前电力系统中使用的电参数测量模块，如电参数测量仪等设备中的电参数测量模块。
智能充电器不但能够在其USB端口提供符合USB要求的电压，同时具有测量功能，能够对220V交流端口的电压幅值、频率、谐波含量等参数进行测量分析，并可以生成数据包，通过USB接口向智能手机的APP提供数据。
智能手机通过USB数据线与智能充电器的USB接口模块连接，接收MCU微控制单元的数据包。智能手机包括GPS模块，利用GPS信号对内部时钟进行精确的校对，以保证不同地点上传数据的实时性。一个智能手机对应一个智能充电器。智能手机中包括手机APP，获取定位和时间信息，并将电气参数打包发送到所述服务器。智能手机将接收到的数据包压缩后，通过WLAN、GPRS等通讯方式上传至服务器。上传至服务器的数据信息分为两大类分别进入不同的数据库用作不同的用途。其中，频率信息可以进入PMU数据库，利用各低压电网的频率波动情况，分析电网的运行工况；电压幅值和谐波含量等信息，可以进入低压配电系统数据库，用于分析低压配电系统的电压分布情况。通过对数据的分析，可以及时察觉电压异常、短路故障、谐波污染等问题。
数据库，用于存储手机APP发送的数据包，为各系统分析提供数据支持。
服务器，通过无线通讯与所述智能手机连接，并将手机APP发送的数据包发送到所述数据库。
一种基于移动互联网的低电压网络的广域测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、在各个监测点安装智能充电器和智能手机，智能充电器和智能手机通过USB数据线连接；
b、智能充电器对其监测点的电气参数进行测量，形成数据包，并发送给智能手机；
c、智能手机通过手机APP将步骤b中形成的数据包发送给服务器；
d、服务器将数据包发送给数据库后为各系统分析提供数据支持。
如图3的流程图所示，在步骤c中，手机APP执行以下步骤：
第一步，判断智能手机是否在充电，若是，则进入第二步，获取定位和时间信息；若否，则结束。
第三步，判断USB接口模块是否收到数据，若是，则进入第四步，将数据打包；若否，则返回步骤c1。
第五步，将第四步中的数据包发送至预设网络地址后返回到第三步。
本发明中使用专门设计的智能充电器测量和分析交流电压的相关参数，智能手机充电时，将数据通过USB上传至手机APP。同时，利用全球定位系统GPS统一全网的测量设备时钟，对各测点的电压幅值、谐波含量等电气参数进行实时测量、上传。在系统侧获得各地低压电网频率的动态变化值后，可以对低压电网的运行状态进行分析。能够敏感的获知系统事故的影响。

Claims (4)

1.一种基于移动互联网的低电压网络的广域测量系统，其特征在于：它包括
智能充电器，包括220V交流插头、降压模块、整流稳压模块、USB接口模块和MCU微控制单元，所述220V交流插头的末端连接所述降压模块，所述MCU微控制单元和整流稳压模块分别与降压模块的输出端连接，所述USB接口模块分别与MCU微控制单元和整流稳压模块连接；MCU微控制单元用于测量电气参数并形成数据包；
智能手机，通过USB数据线与智能充电器的USB接口模块连接，接收MCU微控制单元的数据包；智能手机包括GPS模块，利用GPS信号对内部时钟进行精确的校对；一个智能手机对应一个智能充电器；
手机APP，获取定位和时间信息，并将电气参数打包发送到所述服务器；
数据库，用于存储手机APP发送的数据包，为各系统分析提供数据支持；
服务器，通过无线通讯与所述智能手机连接，并将手机APP发送的数据包发送到所述数据库。
2.根据权利要求1所述的基于移动互联网的低电压网络的广域测量系统，其特征在于：所述MCU微控制单元包括采样器、数字滤波器、电气参数测量单元和数据包生成单元，所述采样器在所述降压模块的输出端采样，采样器的输出端连接数字滤波器，数字滤波器的输出端连接电气参数测量单元，数据包生成单元将电气参数测量单元的数据生成数据包后发送给所述USB接口模块。
3.基于移动互联网的低电压网络的广域测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、在各个监测点安装智能充电器和智能手机，智能充电器和智能手机通过USB数据线连接；
b、智能充电器对其监测点的电气参数进行测量，形成数据包，并发送给智能手机；
c、智能手机通过手机APP将步骤b中形成的数据包发送给服务器；
d、服务器将数据包发送给数据库后为各系统分析提供数据支持。
4.根据权利要求3所述的基于移动互联网的低电压网络的广域测量方法，其特征在于，步骤c中，手机APP执行以下步骤：
c1、判断智能手机是否在充电，若是，则获取定位和时间信息；若否，则结束；
c2、判断USB接口模块是否收到数据，若是，则将数据打包；若否，则返回步骤c1；
c3、将步骤c2中的数据包发送至预设网络地址；
c4、返回到步骤c2。
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朱杰斌 等: "基于GPRS的低压配电实时监测系统", 《电测与仪表》 *

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