CN105938346A - 防窃电电力计量用智能采集终端系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防窃电电力计量用智能采集终端系统，包括低压采集终端、负荷控制终端和高压采集终端，低压采集终端、负荷控制终端和高压采集终端分别通过无线通讯网络信号连接至远程监控模块和用电监管终端，电力计量采集终端包括电流电压互感器组和电源互感器，电流电压互感器组的电力输出端电连接有输入电路、电能采集模块、光电隔离模块和计算及控制模块，电源互感器的输出端连接有高效宽限电源供给模块；对配电网和变压器实时监测，实现远程计量监察以及防窃电功能，并对用户负荷进行监控，通过计算机联网及软件接口实现用电营销系统、SCADA系统及MIS等系统的接口，实现数据共享，为配电网优化提供真实运行数据及准确的研判依据。

Description

防窃电电力计量用智能采集终端系统

技术领域

本发明涉及一种电力计量设备技术领域，尤其涉及一种防窃电电力计量用智能采集终端系统。

背景技术

在电能输送和分配过程中，很大一部分线损(电网中有功功率和电能的损失)是由于窃电和计量故障等丢失电量引起的。目前的远程自动化抄表作为提高现代化电网供用电管理水平起到了重要的作用，尽管电力部门已经采用了封闭式计量箱等方法进行了加大管控，但电量损失仍十分严重。另外，窃电还诱发了多种社会不安定因素，破坏了经济秩序，危害电网的安全运行。目前各电力部门开发的各种电力自动化系统线损分析方案，不是纯粹意义上的针对窃电因素导致的线损在线监测，因此无法独自完成整个系统的综合线损分析，特别是无法有效的防止漏电现象的发生。传统的防窃电稽查主要是依靠人工营业普查，这种方法时效性差、普查不到位，难以实时掌握配电网的运行状况，无法准确提供窃电行为发生的时间、地点以及相关数据，尤其是当电网存在畸变波形时，更加难以保证电力计量的准确度。

因此，必须从源头采取防窃电措施，即从电源侧管理防窃电，从系统分析防窃电和查处窃电，对配电网和变压器出线总表进行全方位的实时监测，从提出解决数据的安全性和网络性的问题，对新型高压智能采集、有效地防窃电以及电力系统通讯方式进行研究，如何有效的进行防窃电、为配电网优化提供真实运行数据，成为主要的研究内容。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种防窃电电力计量用智能采集终端系统，对变电站、馈线、支路、变压器和计量装置进行监测和对负荷进行控制，从而形成一个多级的、网格化的、高低压参数互补、独立采集和远程抄表相结合的防窃电监测系统以及负荷管理控制系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：防窃电电力计量用智能采集终端系统，包括低压采集终端、负荷控制终端和高压采集终端，所述低压采集终端、所述负荷控制终端和所述高压采集终端分别通过无线通讯网络信号连接至远程监控模块，所述远程监控模块连接有用电监管终端，所述无线通讯网络还连接有电力计量采集终端，所述电力计量采集终端包括连接在高压母线上的电流电压互感器组和电源互感器，所述电流电压互感器组的电力输出端电连接有输入电路，所述输入电路连接有电能采集模块，所述电能采集模块的输出端设有光电隔离模块，所述光电隔离模块连接有计算及控制模块，所述电源互感器的输出端连接有高效宽限电源供给模块。

作为优选的技术方案，所述计算及控制模块包括控制计算机，所述控制计算机连接有存储模块、上电复位与看门狗模块、通讯接口模块、信息显示模块和控制脉冲输出模块。

作为优选的技术方案，所述高效宽限电源供给模块包括连接在所述电源互感器电力输出端的整流电路，所述整流电路并联连接有过压控制电路，所述整流电路的输出端依次连接有滤波电路和DC-DC变换器和电源逆变器。

作为优选的技术方案，所述高压采集终端包括高压互感器，所述高压互感器的输出端连接有高压数据采集模块，所述高压数据采集模块的输出端连接有高压数据处理模块，所述高压数据处理模块的输出端连接有第一通讯模块，所述高压互感器的输出端还连接有第一电源模块，所述第一电源模块分别电连接至所述第一通讯模块、所述高压数据处理模块、所述高压数据采集模块。

作为优选的技术方案，所述低压采集终端包括低压数据采集模块，所述低压数据采集模块的输出端连接有低压数据处理模块，所述低压数据处理模块上设有协议抄表接口，所述低压数据处理模块的输出端连接有第二通讯模块，所述低压数据采集模块的输出端还连接有第二电源模块，所述第二电源模块分别电连接至所述第二通讯模块、所述低压数据处理模块、所述低压数据采集模块。

作为优选的技术方案，所述述低压数据采集模块的输入端连接有低压互感器。

作为优选的技术方案，所述第一通讯模块和所述第二通讯模块设置为GPRS无线网络、CDMA无线网络、GSM无线网络或有线通讯接口。

作为优选的技术方案，所述负荷控制终端包括32位的嵌入式ARM处理器，所述嵌入式ARM处理器连接有数字信号处理器DSP。

作为对上述技术方案的改进，所述远程监控模块包括监控计算机，所述监控计算机连接有数据库服务器。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：从电源侧管理入手，对配电网和变压器总表进行全方位实时监测，实现远程计量监察以及防窃电功能，并对用户负荷进行监控，通过计算机联网及软件接口实现用电营销系统、SCADA系统及MIS等系统的接口，实现数据共享，为配电网优化提供真实运行数据及准确的研判依据。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的结构框图；

图2是本发明实施例电力计量采集终端的结构框图；

图3是本发明实施例高效宽限电源供给模块的电路原理图；

图4是本发明实施例高压采集终端的结构框图；

图5是本发明实施例低压采集终端的结构框图；

图6是本发明实施例带低压互感器的低压采集终端结构框图；

图7是本发明实施例带低压互感器的低压采集终端的主程序流程图；

图8是本发明实施例不带低压互感器的低压采集终端的主程序流程图；

图9是本发明实施例带低压互感器的低压采集终端的通讯处理程序流程图；

图10是本发明实施例不带低压互感器的低压采集终端的通讯处理程序流程图；

图11是本发明实施例远程监控模块的结构及内部各线程之间的关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1和图2所示，防窃电电力计量用智能采集终端系统，包括低压采集终端、负荷控制终端和高压采集终端，所述低压采集终端上设有协议抄表接口，所述低压采集终端、所述负荷控制终端和所述高压采集终端分别通过无线通讯网络信号连接至远程监控模块，所述远程监控模块连接有用电监管终端，所述无线通讯网络还连接有电力计量采集终端，所述电力计量采集终端包括连接在高压母线上的电流电压互感器组和电源互感器，所述电流电压互感器组的电力输出端电连接有输入电路，所述输入电路连接有电能采集模块，所述电能采集模块的输出端设有光电隔离模块，所述光电隔离模块连接有计算及控制模块，所述电源互感器的输出端连接有高效宽限电源供给模块。所述负荷控制终端包括32位的嵌入式ARM处理器，所述嵌入式ARM处理器连接有数字信号处理器DSP。所述远程监控模块包括监控计算机，所述监控计算机连接有数据库服务器。

如图1所示，所述计算及控制模块包括控制计算机，所述控制计算机连接有存储模块、上电复位与看门狗模块、通讯接口模块、信息显示模块和控制脉冲输出模块。如图3所示，所述高效宽限电源供给模块包括连接在所述电源互感器电力输出端的整流电路，所述整流电路并联连接有过压控制电路，所述整流电路的输出端依次连接有滤波电路和DC-DC变换器和电源逆变器。

所述高效宽限电源供给模块形成的电源能量完全出自高压母线电流感应产生电能，采用电磁感应原理，通过一个铁磁式变压器即所述电源互感器，从母线上的电流感应得到一个交流电压，然后通过全波形整流转换为稳定的直流电压，再根据需要利用所述DC-DC变换器和所述电源逆变器提供各级电压，另外，为了补充造成不稳定的变换器输入端阻抗，可以在所述DC-DC变换器的输入端增加了一个大容量的电解电容。

本实施例采用了模块化的设计方法，为实现全方位的防窃电功能，系统设计了所述高压采集终端进行高压端电压采集、所述电力计量采集终端和所述电流电压互感器组进行数据采集控制，并利用所述电力计量采集终端进行信号变换并经所述输入电路调整和匹配后进行采集，得到电能相关参数，可通过现场总线或无线通讯网络等输送至所述计算及控制模块进行保存和处理。各采集模块可以完成数据的初步分析，获得装置的工作状态。此外，各采集模块上的单片机还可以完成数据的初步分析，获得装置的工作状态，如电压互感器失压或缺相，电流互感器短路、相不平衡等。计算及控制模块对计量数据进行分析后，可分为四路：一是送至所述存储模块即E²PROM；二是送至所述信息显示模块进行显示，所述信息显示模块设置为多功能液晶显示模块；三是通过所述控制脉冲输出接口输出；还可以通过所述通讯接口模块扩展远程控制、数据上传功能。其中存储模块还包括非挥发存储模块，用来保存各种定值及设定的参数。所述上电复位与看门狗模块用于对整个系统的供电系统的电源进行连续监测，当供电发生异常时，将通知所述计算及控制模块保存数据及状态并复位，所述光电隔离模块可以完成数据的控制信号的双向传输，并保证所述电能采集模块与后续处理模块的高压隔离，所述高效宽限电源供给模块提供各级电压，含模块电路用电源、控制器数字电路用电源以及全隔离的数字电路电源等。

通过上述结构，本实施例可以实现远程抄表、计量监察、防窃电，还可以对电力用户的负荷进行监控。具体的为：通过具有协议抄表接口的所述低压采集终端采集监测点原有的计量装置的计量参数，采用所述高压采集终端以及带所述低压互感器或不带所述低压互感器的所述低压采集终端，实时采集配电网变电站关口、线路、用电负荷端的高压侧、低压侧的二次电流、运行电压、功率因数、有功功率、无功功率等数据，并经无所述无线通讯网络上传到所述远程监控模块。

如图4所示，所述高压采集终端包括高压互感器，所述高压互感器的输出端连接有高压数据采集模块，所述高压数据采集模块的输出端连接有高压数据处理模块，所述高压数据处理模块的输出端连接有第一通讯模块，所述高压互感器的输出端还连接有第一电源模块，所述第一电源模块分别电连接至所述第一通讯模块、所述高压数据处理模块、所述高压数据采集模块，所述高压数据采集模块和所述高压数据处理模块可以设置为单片机。

如图5、图8和图10所示，所述低压采集终端包括低压数据采集模块，所述低压数据采集模块的输出端连接有低压数据处理模块，所述低压数据处理模块上设有协议抄表接口，所述低压数据处理模块的输出端连接有第二通讯模块，所述低压数据采集模块的输出端还连接有第二电源模块，所述第二电源模块分别电连接至所述第二通讯模块、所述低压数据处理模块、所述低压数据采集模块，所述低压数据采集模块和所述低压数据处理模块也可以设置为单片机。使用时将它装在计量互感器的二次出口侧，即互感器与计量装置(智能电表)之间，完成对用户电报的各参数的协议抄表。

如图6、图7和图9所示，所述述低压数据采集模块的输入端连接有低压互感器，适用于监测点的计量装置为机械式或者其它不带数据接口的情况，采用带组合互感器的采集终端，自主完成各参数的采集。此类所述低压采集终端设有三个单相低压电流互感器，可以对变压器的运行参数进行采集或者集成多个用户的表计信息，完成对用户各种表计数据的收集。本实施例中的所述第一通讯模块和所述第二通讯模块设置为GPRS无线网络、CDMA无线网络、GSM无线网络或有线通讯接口。

如图9和图10所示，所述低压采集终端的通讯处理程序适用于实现所述低压数据采集模块与所述低压数据处理模块之间的数据通讯，串行终端服务程序接受串口数据到缓冲区内，通讯处理程序实时监测串口接收缓冲区，如果为一帧有效的数据则处理。通讯处理程序实现了各相电压、有功功率的标定、向系统数据处理模块发送各电参数数据、模块配置的读写回抄等功能。

如图11所示，所述远程监控模块的监控程序采用前台人机界面，后台数据接收、计算分析以及历史统计线程的方式进行。需要一个本地的数据库，将接受的实时数据及其分析结果存入本地数据中。为了提高计算效率和平均计算消耗的分布，将数据的接收和存储、防窃电计算分析和电能作为三个独立的线程进行实现。主界面用于显示和查询，数据接收存储线程为与基本域接收转发程序的接口线程，接收转发程序的实时采集数据、发送设置命令到接受转发程序、存储新数据和报警信息到本地数据库。计算分析线程对接收到的原始数据进行计算分析，将分析结果送给接收存储线程以存入数据库。电能统计线程对数据库中的历史数据进行统计分析，以便在空闲时完成历史数据的统计计算并将计算结果发送到数据接收存储线程存入本地数据库。

本发明采用了模块化的设计模式，通过系统集成和实际应用进一步增加了防窃电功能，解决了电源供给过程中DC-DC变换器的输入不稳定问题，可以实现多级、网络化的采集终端对实时监测到的高低压侧用电信息数据以及原有计量装置数据进行多向比对，所述监控计算机将数据存入数据库，对数据进行分类的统计分析，自动计算并绘制出各监测点负荷曲线、电量曲线、高低压电量对比分析和用电异常等，形象的分析出实际运行过程中的负荷状态。

本发明从电源侧管理入手，对配电网和变压器总表进行全方位实时监测，实现远程计量监察以及防窃电功能，并对用户负荷进行监控，通过计算机联网及软件接口实现用电营销系统、SCADA系统及MIS等系统的接口，实现数据共享，为配电网优化提供真实运行数据及准确的研判依据。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.防窃电电力计量用智能采集终端系统，包括低压采集终端、负荷控制终端和高压采集终端，所述低压采集终端、所述负荷控制终端和所述高压采集终端分别通过无线通讯网络信号连接至远程监控模块，所述远程监控模块连接有用电监管终端，其特征在于：所述无线通讯网络还连接有电力计量采集终端，所述电力计量采集终端包括连接在高压母线上的电流电压互感器组和电源互感器，所述电流电压互感器组的电力输出端电连接有输入电路，所述输入电路连接有电能采集模块，所述电能采集模块的输出端设有光电隔离模块，所述光电隔离模块连接有计算及控制模块，所述电源互感器的输出端连接有高效宽限电源供给模块。

2.如权利要求1所述的防窃电电力计量用智能采集终端系统，其特征在于：所述计算及控制模块包括控制计算机，所述控制计算机连接有存储模块、上电复位与看门狗模块、通讯接口模块、信息显示模块和控制脉冲输出模块。

3.如权利要求1所述的防窃电电力计量用智能采集终端系统，其特征在于：所述高效宽限电源供给模块包括连接在所述电源互感器电力输出端的整流电路，所述整流电路并联连接有过压控制电路，所述整流电路的输出端依次连接有滤波电路和DC-DC变换器和电源逆变器。

4.如权利要求1所述的防窃电电力计量用智能采集终端系统，其特征在于：所述高压采集终端包括高压互感器，所述高压互感器的输出端连接有高压数据采集模块，所述高压数据采集模块的输出端连接有高压数据处理模块，所述高压数据处理模块的输出端连接有第一通讯模块，所述高压互感器的输出端还连接有第一电源模块，所述第一电源模块分别电连接至所述第一通讯模块、所述高压数据处理模块、所述高压数据采集模块。

5.如权利要求4所述的防窃电电力计量用智能采集终端系统，其特征在于：所述低压采集终端包括低压数据采集模块，所述低压数据采集模块的输出端连接有低压数据处理模块，所述低压数据处理模块上设有协议抄表接口，所述低压数据处理模块的输出端连接有第二通讯模块，所述低压数据采集模块的输出端还连接有第二电源模块，所述第二电源模块分别电连接至所述第二通讯模块、所述低压数据处理模块、所述低压数据采集模块。

6.如权利要求5所述的防窃电电力计量用智能采集终端系统，其特征在于：所述述低压数据采集模块的输入端连接有低压互感器。

7.如权利要求6所述的防窃电电力计量用智能采集终端系统，其特征在于：所述第一通讯模块和所述第二通讯模块设置为GPRS无线网络、CDMA无线网络、GSM无线网络或有线通讯接口。

8.如权利要求1至7任一权利要求所述的防窃电电力计量用智能采集终端系统，其特征在于：所述负荷控制终端包括32位的嵌入式ARM处理器，所述嵌入式ARM处理器连接有数字信号处理器DSP。

9.如权利要求8所述的防窃电电力计量用智能采集终端系统，其特征在于：所述远程监控模块包括监控计算机，所述监控计算机连接有数据库服务器。