CN108269202A - 电力设备数据信息管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了电力设备数据信息管理系统，包括设置在电力设备上的数据采集端以及分别与所述数据采集端连接的管理系统、处理系统，所述数据采集端包括设置于电力设备上的设备参数采集终端、视频信息采集终端；所述管理系统包括控制主机以及与所述控制主机连接的数据集中器、数据交换器；所述处理系统为多层处理结构，包括设备层、网络层、调度层及传输层，各层分别设置相互独立的信息预处理单元。本发明能够满足电力设备对信息集成的发展需求，可以使原本互相无法数据直联及数据统一通信的设备终端实现数据自主调用和通信功能，实现了电力系统设备通信和可扩展的数据采集设计的级联化，值得广泛推广与使用。

Description

电力设备数据信息管理系统

技术领域

本发明涉及电力设备信息处理技术领域，尤其涉及电力设备数据信息管理系统。

背景技术

电力设备全面数据采集体系是建立在电力设备自动化的基础上，设备自动化终端为电力设备提供部分数据采集信息。设备自动化终端用于中压电力设备中的视频、柱上分段开关、环网柜、设备变压器、重合器、线路状态调压器、无功补偿电容器的监视与控制，与设备自动化主站通信，提供电力设备处理控制及管理所需的数据，执行主站给出的对设备设备进行调节控制的指令。经过对现有的设备自动化数据采集终端分析发现：现有数据采集终端种类较为繁杂，不同数据采集终端适用不同的应用场景，例如TTU装设在设备变压器、箱变等变压器设备旁，采集并处理设备变压器低压侧的各种电量等参数，FTU装设在10KV断路器、负荷开关的开关采集装置，采集各开关所在线路状态的电气参数。由此导致现有数据采集终端设备的开放性和通用性较差，造成了资源浪费。这些数据采集终端不但功能固定，对实际应用中需求变化的应变能力更弱，难以应对电力设备全面数据采集的需求变化。

专利号为201310569412.2的专利涉及电力终端领域，具体为设备终端运维管理系统，用现有的设备通信单元，实现设备终端的运维管理，利用设备终端管理协议，收集设备终端设备处理状态信息及相关的模拟量信息，按照事先制定的处理规则，对不同类别的设备处理状态进行处理，生成相应的设备状态报表，供设备运维人员对设备状态进行评估，以决定检修策略；同时，对于设备改造、扩容、修改设备终端定值等，利用本发明，运维人员可远方对设备终端进行定值设定，免去现场维护，非常节省时间，也可以提高设备自动化系统的实用性。

专利号为201110372437.4的专利公开了设备站管理系统，涉及电力设备自动化系统，包括系统主站、通信单元和远端现场设备，系统主站包括通信单元、服务主系统、数据库平台、远程抄表单元、采集单元、管理中心和客服中心，远端现场设备包括设备采集终端、智能剩余电流动作保护器、无功功率补偿控制器和智能电能表。本发明能够对线路状态与设备安全进行智能化采集、保护，对故障自动隔离、快速恢复，提供了供电区层全覆盖的通信保障，对线路状态设备巡视和服务的精确定位与导航，融合了各种功能，实现了小容量、密布点、短半径、绝缘化、智能化的低压远程抄表和管理功能。

然而，电力设备的数据采集信息除了电力设备本身数据采集之外，还需考虑随着分布式储能、发电等新的用电发电设备引入电力设备之后所带来的数据采集信息，这样由于信息和通讯系统方面的建设较为落后，突出体现在数据采集不足、通信单元及方法不满足连通性、带宽和实时性需求以及缺乏大数据量处理能力等方面，难以满足全面数据采集系统对信息获取、传输和处理的要求。为此，需要建设电力设备全面数据信息管理系统。

发明内容

本发明目的在于提供电力设备数据信息管理系统，着重于信息管理系统方面的建设，一方面，对信息进行分类并进行进一步的系统完善，另一方面，通过对通信方法的改进，来实现通信的实时性和自主连通性，从而满足电力数据采集系统对信息获取、传输和处理的要求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：电力设备数据信息管理系统，包括设置在电力设备上的数据采集端以及分别与所述数据采集端连接的管理系统、处理系统，所述数据采集端包括设置于电力设备上的设备参数采集终端、视频信息采集终端；所述管理系统包括控制主机以及与所述控制主机连接的数据集中器、数据交换器；所述处理系统为多层处理结构，包括设备层、网络层、调度层及传输层，各层分别设置相互独立的信息预处理单元，各信息预处理单元分别与所述管理系统连接。

进一步地，所述视频信息采集终端包括可见光摄像机和基于光谱图像处理的多光谱传感器组；所述多光谱传感器组包括红外热像传感器、紫外成像传感器、电弧检测传感器、X射线数字传感器。

进一步地，所述设备参数采集终端包括扫描仪以及与所述扫描仪连接的读写模块；所述扫描仪包括二维码标签扫描仪，所述二维码扫描采用红外射频技术，扫描电力设备上的铭牌标签并送入所述读写模块进行识别。

进一步地，所述设备层包括设备层信息集中单元、设备层管理单元、设备层连接单元，用来进行电力设备中设备信息分类环节、传输环节以及分布式能源接入环节；所述设备层信息集中单元位于设备中控管理站内，对设备层的信息进行采集分析处理存储，并向上一级调度中心按需发送数据。

进一步地，所述设备层管理单元包括设备中控管理站管理单元、所述分布式能源/储能管理单元以及与设备层信息预处理单元进行通信以获取监视和控制所需数据采集信息的设备层通信单元。

进一步地，所述设备层连接单元包括用于对中控管理站内设备数据采集点进行数据釆集的中控管理站内部局域单元、用于设备线路状态数据采集点以及设备层现场设备数据采集点进行数据釆集的通信现场层单元、分布式能源/储能内部局域单元以及用于和网络层进行数据通信的设备层领域网。

进一步地，所述网络层包括网络层信息预处理单元以及分别与其连接的网络层连接单元、网络层管理单元，所述网络层连接单元包括房间局域网、楼层局域网、厂区局域网以及在网络层和设备层之间连接的通信接口；所述网络层管理单元包括房间能量管理系统、楼层能量管理系统和厂区能量管理系统，各系统与网络层信息预处理单元通信以获取应用的负荷、分布式发电、储能装置、辅助设备的数据采集信息。

进一步地，所述调度层包括调度层信息预处理单元和事件处理模块；所述调度层信息预处理单元位于调度中心；所述事件处理模块包括计量处理、容错处理及统计报表处理，实现单元处理、监视、控制、故障处理、分析、统计和报表、计算、容错、规划和建设、应用支持。

进一步地，所述传输层包括传输层信息预处理单元及其连接的交换模块、辅助服务模块、DG组合管理模块和传输处理模块，实现传输管理、分布式发电组合管理、交换、传输处理和辅助服务管理。

进一步地，所述管理系统分别与所述传输层、所述调度层、所述网络层、所述设备层各自的信息预处理单元通过数据传输通道相互连接；所述数据传输通道包括Internet通信模块、光纤通信模块、卫星通信模块和无线通信模块。

本发明的有益效果在于以下几个方面：

1、本发明电力设备全面数据采集较之传统电力设备数据采集会增加大量的智能电子设备以保证电力设备的实时优化处理，会给电力设备带来大量新的数据，能满足大容量高速率读取、分布式数据采集等要求，在数据传输通道方面，电力设备全面数据采集系统对数据质量要求更高、采样频率更快、数据安全要求也更高，故而集成信息系统数据传输通道针对电力设备全面数据采集中不同的数据采集数据通信要求，灵活合理地采用了Internet、光纤、卫星、无线等通信方式，以满足通信需求。在数据信息预处理单元方面，电力设备全面数据信息系统满足了大量数据的综合分析、处理、存储，同时保证了基于集成信息系统的高级应用之间的数据共享和兼容性。

2、本发明利用多光谱生物识别技术系统、设备信息识别技术等，依据光谱算法进行人员身份和设备信息识别，防止非法进入，实现对设备的管控；利用光谱算法的生物识别技术和红外射频技术、无线网络技术、计算机技术实现智能安全管理，形成了管控、人员权限控制，限制非法进入达到了安全管理的智能化。

3、本发明对光谱图像进行分析、处理，主要包括光谱图像定位、图像灰度标定及增强处理、图像归一化处理、特征提取和特征匹配；通过光谱身份识别对人员进行管理，利用红外射频技术对安全设备进行设备管理，通过双向通讯技术实现主控及门禁的管理使系统可靠性、准确性、识别速度都有明显提高，全面提升了光谱识别质量。

4、本发明电力设备全面数据信息系统对于电力设备的全面数据采集系统、通信系统以及信息管理系统的建设有着指导作用，能够满足电力设备对信息集成的发展需求，从而实现电力设备兼容、互动和优化处理的基础，本发明可以使原本互相无法数据直联及数据统一通信的设备终端实现数据自主调用和通信功能，实现了电力系统设备通信和可扩展的数据采集设计的级联化，值得广泛推广与使用。

附图说明

图1是本发明系统的整体框图。

图2是本发明处理系统的层级结构图。

具体实施方式

实施例

如图1、图2所示，电力设备数据信息管理系统，包括设置在电力设备上的数据采集端1以及分别与数据采集端1连接的管理系统2、处理系统3，数据采集端1包括设置于电力设备上的设备参数采集终端4、视频信息采集终端5；管理系统2包括控制主机10以及与控制主机10连接的数据集中器11、数据交换器12；处理系统3为多层处理结构，包括设备层13、网络层14、调度层15及传输层16，各层分别设置相互独立的信息预处理单元，各信息预处理单元分别与管理系统连接。

视频信息采集终端5包括可见光摄像机6和基于光谱图像处理的多光谱传感器组7；多光谱传感器组包括红外热像传感器、紫外成像传感器、电弧检测传感器、X射线数字传感器。

设备参数采集终端4包括扫描仪8以及与扫描仪连接的读写模块9；扫描仪包括二维码标签扫描仪，二维码扫描采用红外射频技术，扫描电力设备上的铭牌标签并送入读写模块进行识别。

数据采集端的核心在于影像信息和设备信息的选取，应用人员光谱生物识别技术和二维码技术，并结合无线网络应用，提供准确快捷的人员、设备数据收集、统计、管理，实现对电力设备的人员出入管理及整个设备生命周期包括对设备的跟踪、定位、维修保养等进行实时跟踪管理。可见光摄像机采用专用摄像头可以成像8bit256级灰度图。可控光源提供照明，并且照明程度人为可控，使光谱可以清晰地成像。光源稳定且随入射光线强度的变化，瞳孔会产生收缩或扩张，牵动光谱变化，增大匹配时的误差。稳定光源，即稳定了光谱，可以提高匹配的精度。基于光谱图像处理的多光谱传感器组拍摄不同类型的设备影像数据，通过使用红外热像检测技术、紫外成像仪电晕和电弧检测和X射线数字平板直接成像技术，得到包括红外、紫外、X光图像，并通过控制主机对通过不同来源获取到的多光谱设备图像进行类型判断，进而将其数据块存储到对应的数据存储服务器，将其相关描述信息以元数据的形式存储到元数据服务器，完成对数据的高效存取、通用检索等操作。

管理系统包括控制主机以及与控制主机连接的数据集中器、数据交换器，控制主机包括计算机服务终端和网络服务器，计算机服务终端中包括针对可见光谱图像的分析系统，可以对拍摄下的人员光谱图像进行预处理，包括对光谱内外边界的定位，提取出光谱部分进行直方图均衡及归一化操作等。之后从处理后的光谱图像中提取需要的纹理特征，包括像冠、水晶体、细丝、斑点、结构、凹点、射线、皱纹和条纹等，识别阶段即将待识别的图像的特征向量与预存的参考图像的特征向量进行匹配的过程，是典型的模式识别问题，通过比较提取的特征向量之间的相似性，进而确定图像是否来自同一对象，以达到鉴定身份的目的。

设备参数采集终端包括扫描仪以及与扫描仪连接的读写模块，扫描仪包括二维码标签扫描仪，二维码扫描采用红外射频技术，二维码标签扫描仪是用于无线（非接触式）读取标签数据的设备，读写模块可以将识别后的数据进行实时显示；扫描仪扫描设备上的铭牌标签并送入读写模块进行识别，铭牌标签采用物联网技术，由耦合元件及二维码组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在变电设备、物资上用以标识目标对象；在新设备采购完成准备入库时，需要将每个设备都贴上铭牌标签。在向数据库录入设备的数据时，还需要将其置于扫描仪处，让扫描仪的读写器将写入系统为该设备分配的ID号写入标签二维码中。此后，当有设备需要变更状态时，如借出、报修、归还等，都需要持设备从 RFID扫描仪前通过，RFID读到标签，传给系统，系统根据功能需求自动进行相关处理。这样对重要设备、设备的领用、归还等操作进行记录，可视化可追踪管理设备，确保设备的安全使用；根据对管理工作的研究和实际需求分析，引入二维码技术，运用该技术实现对设备的管理是合理而且可行的，并且具有先进性。

本发明的处理系统是通过逐级连接的多层处理结构来实现的，设备层13包括设备层信息集中单元17、设备层管理单元18、设备层连接单元19，用来进行电力设备中设备信息分类环节、传输环节以及分布式能源接入环节；设备层信息集中单元位于设备中控管理站内，对设备层的信息进行采集分析处理存储，并向上一级调度中心按需发送数据。设备层管理单元18包括设备中控管理站管理单元20、分布式能源/储能管理单元21以及与设备层信息预处理单元26进行通信以获取监视和控制所需数据采集信息的设备层通信单元22。设备层连接单元19包括用于对中控管理站内设备数据采集点进行数据釆集的中控管理站内部局域单元23、用于设备线路状态数据采集点以及设备层现场设备数据采集点进行数据釆集的通信现场层单元24、分布式能源/储能内部局域单元以及用于和网络层进行数据通信的设备层领域网25。

设备层主要用来描述电力设备中信息分类环节、传输环节，以及分布式能源接入环节。设备中控管理站需要对整个中控管理站实施数据采集、监视和控制，因而需要与控制中心和SCADA通信，分布式能源/储能管理单元对在电力设备环节接入电网的分布式能源和储能装置进行监视和控制，分布式能源/储能管理单元需要与数据中心进行通信以获取监视和控制所需数据采集信息的设备层通信单元。设备层信息集中单元位于设备中控管理站内，对设备层的信息进行采集分析处理存储，并向上一级调度中心按需发送数据。

网络层14包括网络层信息预处理单元27以及分别与其连接的网络层连接单元28、网络层管理单元29，网络层连接单元包括房间局域网、楼层局域网、厂区局域网以及在网络层和设备层之间连接的通信接口；网络层管理单元包括房间能量管理系统、楼层能量管理系统和厂区能量管理系统，各系统与网络层信息预处理单元通信以获取应用的负荷、分布式发电、储能装置、辅助设备的数据采集信息。

网络层主要功能为应用网络管理，在不同的子层中具体服务于房间能量管理系统、楼层能量管理系统和厂区能量管理系统，网络层主要单元为各个子层内的网络通信单元，即房间局域网、楼层局域网和厂区局域网，以及网络层和设备层之间通信的接口，也是网络层内AMI和设备层的接口，智能电表。网络层信息预处理单元涵盖了AMI的应用数据管理系统，它不仅仅包括电力设备本身信息的存储、分析和处理，同时也包括对网络层内分布式能源/储能装置发电/储能信息和辅助设备充放电信息的存储、分析和存储。

调度层15包括调度层信息预处理单元30和事件处理模块31；调度层信息预处理单元位于调度中心；事件处理模块包括计量处理、容错处理及统计报表处理，实现单元处理、监视、控制、故障处理、分析、统计和报表、计算、容错、规划和建设、应用支持。传输层16包括传输层信息预处理单元32及其连接的交换模块33、辅助服务模块34、DG组合管理模块35和传输处理模块36，实现传输管理、分布式发电组合管理、交换、传输处理和辅助服务管理。管理系统分别与传输层、调度层、网络层、设备层信息预处理单元通过数据传输通道相互连接；数据传输通道包括Internet通信模块、光纤通信模块、卫星通信模块和无线通信模块。

调度层实现单元处理、监视、控制、故障处理、分析、统计和报表、计算、容错、规划和建设、应用支持等。传输层实现传输管理、分布式发电组合管理、交换、传输处理、辅助服务管理。调度层和传输层的主要单元：这两个层的信息预处理单元通过局域网相互连接，将两个层连成同一通信单元之中。在调度层中，层内局域网将几大数据采集系统，SCADA、WAMS和计量系统,与信息预处理单元连接起来。调度层和传输层的信息预处理单元：调度层的信息预处理单元位于调度中心，传输层的信息预处理单元在传输管理者手中，传输层和调度层的信息绝大部分来自于调度层信息预处理单元，而且这两者可以存在于同一个信息预处理单元。

电力设备全面数据信息系统对于电力设备的全面数据采集系统、通信系统以及信息管理系统的建设有着指导作用，能够满足电力设备对信息集成的发展需求，从而实现电力设备兼容、互动和优化处理的基础。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的一般技术人员将认识到，使用本发明的方案还可以实现许多可选的实施例。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.电力设备数据信息管理系统，其特征在于：包括设置在电力设备上的数据采集端以及分别与所述数据采集端连接的管理系统、处理系统，所述数据采集端包括设置于电力设备上的设备参数采集终端、视频信息采集终端；所述管理系统包括控制主机以及与所述控制主机连接的数据集中器、数据交换器；所述处理系统为多层处理结构，包括设备层、网络层、调度层及传输层，各层分别设置相互独立的信息预处理单元，各信息预处理单元分别与所述管理系统连接。

2.如权利要求1所述的电力设备数据信息管理系统，其特征在于：所述视频信息采集终端包括可见光摄像机和基于光谱图像处理的多光谱传感器组；所述多光谱传感器组包括红外热像传感器、紫外成像传感器、电弧检测传感器、X射线数字传感器。

3.如权利要求1所述的电力设备数据信息管理系统，其特征在于：所述设备参数采集终端包括扫描仪以及与所述扫描仪连接的读写模块；所述扫描仪包括二维码标签扫描仪，所述二维码扫描采用红外射频技术，扫描电力设备上的铭牌标签并送入所述读写模块进行识别。

4.如权利要求1所述的电力设备数据信息管理系统，其特征在于：所述设备层包括设备层信息集中单元、设备层管理单元、设备层连接单元，用来进行电力设备中设备信息分类环节、传输环节以及分布式能源接入环节；所述设备层信息集中单元位于设备中控管理站内，对设备层的信息进行采集分析处理存储，并向上一级调度中心按需发送数据。

5.如权利要求4所述的电力设备数据信息管理系统，其特征在于：所述设备层管理单元包括设备中控管理站管理单元、所述分布式能源/储能管理单元以及与设备层信息预处理单元进行通信以获取监视和控制所需数据采集信息的设备层通信单元。

6.如权利要求5所述的电力设备数据信息管理系统，其特征在于：所述设备层连接单元包括用于对中控管理站内设备数据采集点进行数据釆集的中控管理站内部局域单元、用于设备线路状态数据采集点以及设备层现场设备数据采集点进行数据釆集的通信现场层单元、分布式能源/储能内部局域单元以及用于和网络层进行数据通信的设备层领域网。

7.如权利要求1所述的电力设备数据信息管理系统，其特征在于：所述网络层包括网络层信息预处理单元以及分别与其连接的网络层连接单元、网络层管理单元，所述网络层连接单元包括房间局域网、楼层局域网、厂区局域网以及在网络层和设备层之间连接的通信接口；所述网络层管理单元包括房间能量管理系统、楼层能量管理系统和厂区能量管理系统，各系统与网络层信息预处理单元通信以获取应用的负荷、分布式发电、储能装置、辅助设备的数据采集信息。

8.如权利要求1所述的电力设备数据信息管理系统，其特征在于：所述调度层包括调度层信息预处理单元和事件处理模块；所述调度层信息预处理单元位于调度中心；所述事件处理模块包括计量处理、容错处理及统计报表处理，实现单元处理、监视、控制、故障处理、分析、统计和报表、计算、容错、规划和建设、应用支持。

9.如权利要求1所述的电力设备数据信息管理系统，其特征在于：所述传输层包括传输层信息预处理单元及其连接的交换模块、辅助服务模块、DG组合管理模块和传输处理模块，实现传输管理、分布式发电组合管理、交换、传输处理和辅助服务管理。

10.如权利要求1所述的电力设备数据信息管理系统，其特征在于：所述管理系统分别与所述传输层、所述调度层、所述网络层、所述设备层各自的信息预处理单元通过数据传输通道相互连接；所述数据传输通道包括Internet通信模块、光纤通信模块、卫星通信模块和无线通信模块。