CN108680805A - 在线电能分析预测系统及电力系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在线电能分析预测系统及电力系统，该系统包括：计量装置设置于电网中，采集电网中用户的用电数据，对用电数据进行计算，得到计算结果，将用电数据和计算结果发送至在线数据分析报警系统；在线数据分析报警系统，接收计量装置发送的用电数据和计算结果，对用电数据和计算结果进行分析，得到分析结果，根据用电数据和计算结果进行用电预测和绘制用电曲线。在本发明中，计量装置能与在线数据分析报警系统间进行无线数据传输，并能自动分析出用电的安全隐患，能进行用电预测和绘制用电曲线，大大提高了电能分析预测的效率，智能化程度高，可靠性好，缓解了现有的电能分析预测方法效率低下，智能程度差，精度低的技术问题。

Description

在线电能分析预测系统及电力系统

技术领域

本发明涉及智能电网的技术领域，尤其是涉及一种在线电能分析预测系统及电力系统。

背景技术

随着国民经济的高速发展和电力系统市场化改革的推进，现代电力系统面临着诸多问题。如建立电力公司和各个终端之间的互动平台，提高配电网络的可靠性和安全性，提高分布式电源电网兼容性等。业界普遍认为，发展智能电网是解决这些问题的必经途径。构建智能电网是一个庞大而复杂分工程，需要分步进行，而其中第一步就是建设高级计量体系。

在智能电网的建设中，电能表作为控制终端，承担着数据计量和互动的功能，其可靠性、准确性和便捷性对人们的日常生活具有重要的意义。近年来，我国电力系统重点进行智能电网的建设，但传统的电能表由于计量精度低、功能单一以及电力公司和电力用户之间难以互动等问题越来越难以满足现代智能电网的发展需求。并且，现在的电能分析预测往往是通过传统的电能表获取电能信息，然后采用人工统计，人工生成报表，并绘制电能曲线的方式进行，效率低下，智能程度差。

综上，现有的电能分析预测方法存在效率低下，智能程度差，精度低的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种在线电能分析预测系统及电力系统，以缓解现有的电能分析预测方法效率低下，智能程度差，精度低的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种在线电能分析预测系统，所述系统包括：计量装置和在线数据分析报警系统；

所述计量装置设置于电网中，用于采集所述电网中用户的用电数据，对所述用电数据进行计算，得到计算结果，并将所述用电数据和所述计算结果发送至所述在线数据分析报警系统，其中，所述用电数据至少包括以下任一种：相电流数据，零线电流数据，电压数据和用电量数据，所述计算结果至少包括以下任一种：峰谷电信息，四象限电信息，计费信息和窃电信息；

所述在线数据分析报警系统与所述计量装置无线连接，用于接收所述计量装置发送的所述用电数据和所述计算结果，对所述用电数据和所述计算结果进行分析，得到分析结果，并根据所述用电数据和所述计算结果进行用电预测和绘制用电曲线，其中，当所述分析结果为存在用电安全隐患时，向管理终端设备发送报警信息。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述计量装置包括：智能电表和工控机；

所述智能电表设置于所述电网中，用于采集所述电网中用户的用电数据，对所述用电数据进行计算，得到计算结果，并将所述用电数据和所述计算结果发送至所述工控机；

所述工控机用于收集所述智能电表发送的所述用电数据和所述计算结果，并将所述用电数据和所述计算结果进行打包处理，得到数据包，以将所述数据包通过自身的通信模块发送至所述在线数据分析报警系统，其中，所述通信模块至少包括以下任一种：3G通信模块，4G通信模块，WIFI通信模块。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述智能电表的数量为多个，其中，每个所述智能电表与所述工控机进行无线连接。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述智能电表包括：电压互感器，电流互感器，计量芯片，MCU单元和短距离通讯单元；

所述电压互感器用于采集所述电网中相线和零线之间的电压值，并将所述电压值发送至所述计量芯片；

所述电流互感器用于采集所述电网中的相电流和零线电流，并将所述相电流和所述零线电流发送至所述计量芯片；

所述计量芯片分别与所述电压互感器，所述电流互感器连接，用于接收所述电压值，所述相电流和所述零线电流，用于根据所述电压值，所述相电流和所述零线电流进行费用计算，窃电计算，峰谷电计算，功率计算和用电量计算，得到所述计费信息，所述窃电信息，所述峰谷电信息，所述四象限电信息和用电量信息；

所述MCU单元与所述计量芯片通过串行外设接口连接，用于对所述智能电表的参数进行配置，获取所述计量芯片中的目标信息以及监测电网的状态，其中，所述目标信息包括以下至少之一：所述计费信息，所述窃电信息，所述峰谷电信息，所述四象限电信息和用电量信息；

所述短距离通讯单元与所述MCU单元连接，用于将所述MCU单元中的所述目标信息和所述电网的状态发送至所述工控机。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述智能电表还包括：盗电报警器；

所述盗电报警器与所述MCU单元连接，

其中，当所述MCU单元获取所述目标信息后，如果确定出其中的所述窃电信息为存在窃电现象时，则控制所述盗电报警器进行报警。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述盗电报警器包括以下任一种：声光报警器，LED灯报警器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述智能电表还包括：显示屏；

所述显示屏用于显示所述计量芯片中的目标信息。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述电压互感器包括：TV1303-1M电压互感器；

所述电流互感器包括：TA1626-1M电流互感器；

所述计量芯片包括：ADE7953高精度计量芯片；

所述MCU单元包括：TM4C129芯片；

所述短距离通讯单元包括：470MHz无线组网模块LB101。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述在线数据分析报警系统为B/S架构。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电力系统，所述系统包括上述第一方面中所述的在线电能分析预测系统。

本发明实施例带来了以下有益效果：现有技术的电能分析预测往往是通过传统的电能表获取电能信息，然后采用人工统计，人工生成报表，并绘制电能曲线图的方式进行，效率低下，精度低，智能程度差。与现有技术相比，本发明实施例实施例的在线电能分析预测系统中，通过计量装置采集电网中用户的用电数据，对用电数据进行计算，得到计算结果，并将用电数据和计算结果发送至在线数据分析报警系统，进而，在线数据分析报警系统对用电数据和计算结果进行分析，得到分析结果，同时在线数据分析报警系统根据用电数据和计算结果进行用电预测和绘制用电曲线。在本发明实施例的系统中，计量装置的功能多样化，能与在线数据分析报警系统之间进行无线数据传输，同时在线数据分析报警系统能自动分析用电的安全隐患，进行用电预测和绘制用电曲线，大大提高了电能分析预测的效率，智能化程度高，得到的结果可靠性好，缓解了现有的电能分析预测方法效率低下，智能程度差，精度低的技术问题。

本发明的其他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在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种在线电能分析预测系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的计量装置的示意图；

图3为本发明实施例提供的智能电表的连接结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种智能电表的连接结构示意图。

图标：

11-计量装置；12-在线数据分析报警系统；111-智能电表；112-工控机；1111-电压互感器；1112-电流互感器；1113-计量芯片；1114-MCU单元；1115-短距离通讯单元；1116-盗电报警器；1117-显示屏。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种在线电能分析预测系统进行详细介绍。

实施例一：

一种在线电能分析预测系统，参考图1，该系统包括：计量装置11和在线数据分析报警系统12；

计量装置设置于电网中，用于采集电网中用户的用电数据，对用电数据进行计算，得到计算结果，并将用电数据和计算结果发送至在线数据分析报警系统，其中，用电数据至少包括以下任一种：相电流数据，零线电流数据，电压数据和用电量数据，计算结果至少包括以下任一种：峰谷电信息，四象限电信息，计费信息和窃电信息；

在线数据分析报警系统与计量装置无线连接，用于接收计量装置发送的用电数据和计算结果，对用电数据和计算结果进行分析，得到分析结果，并根据用电数据和计算结果进行用电预测和绘制用电曲线，其中，当分析结果为存在用电安全隐患时，向管理终端设备发送报警信息。

在本发明实施例中，该系统由两大部分组成，一个是计量装置，一个是在线数据分析报警系统。其中，计量装置用于数据的采集，计算以及传输，而在线数据分析报警系统用于对计量装置传输的数据进行分析，进而对用电安全和用电预测进行估算、报警和提示。

该系统在进行电能分析于测试时，不需要人工参与，能实现全自动的数据采集，传输以及分析预测，智能程度高，效率高。

现有技术的电能分析预测往往是通过传统的电能表获取电能信息，然后采用人工统计，人工生成报表，并绘制电能曲线图的方式进行，效率低下，精度低，智能程度差。与现有技术相比，本发明实施例实施例的在线电能分析预测系统中，通过计量装置采集电网中用户的用电数据，对用电数据进行计算，得到计算结果，并将用电数据和计算结果发送至在线数据分析报警系统，进而，在线数据分析报警系统对用电数据和计算结果进行分析，得到分析结果，同时在线数据分析报警系统根据用电数据和计算结果进行用电预测和绘制用电曲线。在本发明实施例的系统中，计量装置的功能多样化，能与在线数据分析报警系统之间进行无线数据传输，同时在线数据分析报警系统能自动分析用电的安全隐患，进行用电预测和绘制用电曲线，大大提高了电能分析预测的效率，智能化程度高，得到的结果可靠性好，缓解了现有的电能分析预测方法存在效率低下，智能程度差，精度低的技术问题。

上述内容对本发明中的在线电能分析预测系统进行了简要介绍，下面对其中涉及到的具体内容进行详细描述。

在一个可选地实时方式中，参考图2，计量装置包括：智能电表111和工控机112；

智能电表设置于电网中，用于采集电网中用户的用电数据，对用电数据进行计算，得到计算结果，并将用电数据和计算结果发送至工控机；

工控机用于收集智能电表发送的用电数据和计算结果，并将用电数据和计算结果进行打包处理，得到数据包，以将数据包通过自身的通信模块发送至在线数据分析报警系统，其中，通信模块至少包括以下任一种：3G通信模块，4G通信模块，WIFI通信模块。

具体的，智能电表的数量为多个，其中，每个智能电表与工控机进行无线连接。

在本发明实施例中，该智能电表实际为采集节点，能够进行无线通信，能够实现电能的监测，计费，并且能够使电力用户和电力公司进行双向通信，成为了电力用户和电力公司之间的桥梁，促进了我国智能电网和智能家居的发展。

另外，在本发明实施例中，工控机作为了智能电表的网关节点，能够完成与采集节点的组网，收集各个智能电表的数据，然后将收集的数据打包通过3G或4G或WIFI等形式发送至在线数据分析报警系统，当然还可以发送至其它位置，比如，服务器数据中心，用于完成数据汇集与共享，还可以是相关人员的终端设备等。

具体的，参考图3，智能电表包括：电压互感器1111，电流互感器1112，计量芯片1113，MCU单元1114和短距离通讯单元1115；

电压互感器用于采集电网中相线和零线之间的电压值，并将电压值发送至计量芯片；

电流互感器用于采集电网中的相电流和零线电流，并将相电流和零线电流发送至计量芯片；

计量芯片分别与电压互感器，电流互感器连接，用于接收电压值，相电流和零线电流，用于根据电压值，相电流和零线电流进行费用计算，窃电计算，峰谷电计算，功率计算和用电量计算，得到计费信息，窃电信息，峰谷电信息，四象限电信息和用电量信息；

MCU单元与计量芯片通过串行外设接口连接，用于对智能电表的参数进行配置，获取计量芯片中的目标信息以及监测电网的状态，其中，目标信息包括以下至少之一：计费信息，窃电信息，峰谷电信息，四象限电信息和用电量信息；

短距离通讯单元与MCU单元连接，用于将MCU单元中的目标信息和电网的状态发送至工控机。

具体的，电压互感器包括：TV1303-1M电压互感器；

电流互感器包括：TA1626-1M电流互感器；

计量芯片包括：ADE7953高精度计量芯片；

MCU单元包括：TM4C129芯片；

短距离通讯单元包括：470MHz无线组网模块LB101。

具体的，智能电表的硬件设计选用的是专用计量芯片+MCU+LB101的方式，主要完成用电数据的采集、计算和短距离通讯。具体的，短距离通讯采用的是470MHz无线组网模块LB101，它的功能将目标信息和电网的状态发送至工控机(也就是网关节点)。

实际中，采用的是高精度的计量芯片ADE7953、电压互感器TV1303-1M和电流互感器TA1626-1M来实现精确计量。

用电压互感器和电流互感器对3路模拟信号进行采样，2个电流通道和1个电压通道。电流通道A用于测量相电流，电流通道B用于测量零线电流，电压通道用于测量相线与零线之间的电压值。也就是说电流互感器用于采集相电流和零线电流，电压互感器用于采集电压值，最终将得到的电压值，相电流和零线电流发送至计量芯片。

计量芯片的设计适合全世界的单向计量应用，在3000：1的动态范围内，有功和无功功率计算误差小于0.1，精度高。对于零线电流，在1000：1动态范围内的有功和无功功率计算误差小于0.1％。利用芯片的零线电流测量功能，可以实现更强大的防窃电功能和更高的计费精度。

其中，峰谷电信息中的峰谷电，是指目前在城市居民当中开展试点的一种新电价类别。它是将一天24小时划分成两个时间段，把8:00-22:00共14小时称为峰段，执行峰电价为0.568元/kwh；22:00-次日8:00共10个小时称为谷段，执行谷电价为0.288元/kwh。

四象限电信息是指把测量平面用竖轴和横轴划分为四个象限。右上角为I象限，右下角为II象限，依次按顺时针方向为III、IV象限。竖轴向上表示输入有功(+A)，竖轴向下表示输出有功(-A)，横轴向右表示输入无功(+R)，横轴向左表示输出无功(-R)。

需要说明的是：MCU单元能对智能电表的参数进行配置，具体的，可以配置智能电表的取数频率，名称等等。

可选地，参考图4，智能电表还包括：盗电报警器1116；

盗电报警器与MCU单元连接，

其中，当MCU单元获取目标信息后，如果确定出其中的窃电信息为存在窃电现象时，则控制盗电报警器进行报警。

具体的，盗电报警器包括以下任一种：声光报警器，LED灯报警器。

可选地，参考图4，智能电表还包括：显示屏1117；

显示屏用于显示计量芯片中的目标信息。

在一个可选地实施方式中，在线数据分析报警系统为B/S架构。

具体的，在线数据分析报警系统，依托hadoop云服务体系，将后台分析系统部署在云端，实时完成数据处理工作，并对用户用电数据进行实时预测，同时设置的数据报警功能还能根据用户用电数据的陡升陡降进行合理分析，发出报警信息，通知电力抢修人员快速到达现场进行紧急处置或开展电力抢修服务，保证用户用电安全。

另外，在线数据分析报警系统随时通过WEB方式对所有关键数据一目了然，支持多种接口的通讯，可连接SCADA(即数据采集与监视控制系统)，DCS(即分布式控制系统)，PCS(即过程控制系统)，PLC(即可编程逻辑控制器)及各种计量设备和其他系统；对采集数据统计分析，发现异常情况，及时处理；所有采集数据存储在云端数据库，提供过程回放和追溯功能。

下面对智能电表的相关信息进行介绍：

工作计量频段：470-510MHz；

取数频率：1S(可调)；

发射功率：100mW(20dBm)；

接收电流：25mA；

工作电压：2.0～3.6V；

射频调频方式：GFSK；

空中波特率：19200bit/S；

通信方式：同步跳频通信，16个网络，GSM频率复用；

两点通信距离：1500m；

数据传输方式：3G/4G/WIFI可选。

实施例二：

一种电力系统，该电力系统包括上述实施例一中的在线电能分析预测系统。

本发明实施例所提供的在线电能分析预测系统及电力系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种在线电能分析预测系统，其特征在于，所述系统包括：计量装置和在线数据分析报警系统；

所述计量装置设置于电网中，用于采集所述电网中用户的用电数据，对所述用电数据进行计算，得到计算结果，并将所述用电数据和所述计算结果发送至所述在线数据分析报警系统，其中，所述用电数据至少包括以下任一种：相电流数据，零线电流数据，电压数据和用电量数据，所述计算结果至少包括以下任一种：峰谷电信息，四象限电信息，计费信息和窃电信息；

所述在线数据分析报警系统与所述计量装置无线连接，用于接收所述计量装置发送的所述用电数据和所述计算结果，对所述用电数据和所述计算结果进行分析，得到分析结果，并根据所述用电数据和所述计算结果进行用电预测和绘制用电曲线，其中，当所述分析结果为存在用电安全隐患时，向管理终端设备发送报警信息。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述计量装置包括：智能电表和工控机；

所述智能电表设置于所述电网中，用于采集所述电网中用户的用电数据，对所述用电数据进行计算，得到计算结果，并将所述用电数据和所述计算结果发送至所述工控机；

所述工控机用于收集所述智能电表发送的所述用电数据和所述计算结果，并将所述用电数据和所述计算结果进行打包处理，得到数据包，以将所述数据包通过自身的通信模块发送至所述在线数据分析报警系统，其中，所述通信模块至少包括以下任一种：3G通信模块，4G通信模块，WIFI通信模块。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述智能电表的数量为多个，其中，每个所述智能电表与所述工控机进行无线连接。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述智能电表包括：电压互感器，电流互感器，计量芯片，MCU单元和短距离通讯单元；

所述电压互感器用于采集所述电网中相线和零线之间的电压值，并将所述电压值发送至所述计量芯片；

所述电流互感器用于采集所述电网中的相电流和零线电流，并将所述相电流和所述零线电流发送至所述计量芯片；

所述计量芯片分别与所述电压互感器，所述电流互感器连接，用于接收所述电压值，所述相电流和所述零线电流，用于根据所述电压值，所述相电流和所述零线电流进行费用计算，窃电计算，峰谷电计算，功率计算和用电量计算，得到所述计费信息，所述窃电信息，所述峰谷电信息，所述四象限电信息和用电量信息；

所述MCU单元与所述计量芯片通过串行外设接口连接，用于对所述智能电表的参数进行配置，获取所述计量芯片中的目标信息以及监测电网的状态，其中，所述目标信息包括以下至少之一：所述计费信息，所述窃电信息，所述峰谷电信息，所述四象限电信息和用电量信息；

所述短距离通讯单元与所述MCU单元连接，用于将所述MCU单元中的所述目标信息和所述电网的状态发送至所述工控机。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述智能电表还包括：盗电报警器；

所述盗电报警器与所述MCU单元连接，

其中，当所述MCU单元获取所述目标信息后，如果确定出其中的所述窃电信息为存在窃电现象时，则控制所述盗电报警器进行报警。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述盗电报警器包括以下任一种：声光报警器，LED灯报警器。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述智能电表还包括：显示屏；

所述显示屏用于显示所述计量芯片中的目标信息。

8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，

所述电压互感器包括：TV1303-1M电压互感器；

所述电流互感器包括：TA1626-1M电流互感器；

所述计量芯片包括：ADE7953高精度计量芯片；

所述MCU单元包括：TM4C129芯片；

所述短距离通讯单元包括：470MHz无线组网模块LB101。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，

所述在线数据分析报警系统为B/S架构。

10.一种电力系统，其特征在于，所述电力系统包括上述权利要求1至9中任一项所述的在线电能分析预测系统。