CN109001528A - 一种非侵入式分项计量采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非侵入式分项计量采集系统，智能电能表通过RS485通信总线将本地分项计量信息传至II型集中器，II型集中器通过4G网络与主站装置进行通信，本地分项计量信息，包括时标、时段总电量、电器总数及各电器详细运行信息，各电器详细运行信息为户内电器类型、户内电器按类别分别计量的时段用电量、时段运行情况及启停时间信息，智能电能表内设置有负荷辨识功能模块，负荷辨识模块通过内置算法单元辨识出本地户内电器类别，对其分别计量形成本地分项计量信息并输出结果，传输至智能电能表内并上传至II型集中器。本发明可最大限度基于利用已有的用电信息采集系统实现分项计量信息的传输。

Description

一种非侵入式分项计量采集系统

技术领域

本发明涉及一种非侵入式分项计量采集系统及方法，属于智能电能测量技术领域。

背景技术

目前，智能电能表可与负荷辨识技术结合，辨识并计量户内电器的用电情况，进而使供电公司为用户提供更为丰富的智能用电服务。

负荷辨识技术是一门新兴的智能电网高级量测技术，分为侵入式和非侵入式两种，将负荷辨识技术与智能电能表集成，在总进线处进行电器辨识，即为非侵入负荷辨识技术。

非侵入式负荷辨识电器设备，具有安装维护方便且用户无感、便于大规模推广等优点，但由于该技术处于起步阶段，尚无基于此的规模化采集的先例，已有的负荷辨识技术与采集终端集成的负荷辨识技术，采用的是人工现场采集方案，或自建单独的通信通道，不具有推广价值。

考虑到已建成的电能采集系统有成熟的采集构架、硬件、系统及采集方案等，将负荷分项计量信息参照电能信息的采集方式进行采集，并最大限度的利用已有的硬件与通道，是一种经济的采集方式，值得探索并推广，如何实现，是当前需要解决的问题。

发明内容

本发明目的是如何实现将负荷分项计量信息参照电能信息的采集方式进行采集，并最大限度的利用已有的硬件与通道的问题。本发明的非侵入式分项计量采集系统，可最大限度基于利用已有的用电信息采集系统实现分项计量信息的传输，为用户提供更为丰富的用电信息，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种非侵入式分项计量采集系统，包括II型集中器、主站装置和具有非侵入式分项计量功能的智能电能表，

所述智能电能表通过RS485通信总线将本地分项计量信息传至所述II型集中器，所述II型集中器通过4G网络与所述主站装置进行通信，

所述本地分项计量信息，包括时标、时段总电量、电器总数及各电器详细运行信息，各电器详细运行信息为户内电器类型、户内电器按类别分别计量的时段用电量、时段运行情况及启停时间信息，

所述智能电能表内设置有负荷辨识功能模块，所述负荷辨识模块通过内置算法单元辨识出本地户内电器类别，对其分别计量形成本地分项计量信息并输出结果，传输至所述智能电能表内，并通过所述智能电能表的通信模块将分项计量信息上传至所述II型集中器。

前述的一种非侵入式分项计量采集系统，所述负荷辨识模块每15分钟将本地分项计量信息传给智能电能表，所述智能电能表按照自动抄表频率将分项计量信息上传至所述II型集中器。

前述的一种非侵入式分项计量采集系统，所述智能电能表按照自动抄表频率将分项计量信息上传至所述II型集中器，包括以下形式，

(1)，智能电能表将本地分项计量信息数据在每日零点冻结，并每日上传一次；

(2)，智能电能表将本地分项计量信息数据每15分钟冻结一次，并每日上传一次96组数据；

(3)，智能电能表将本地分项计量信息数据每15分钟冻结一次，并每15分钟上传一次。

前述的一种非侵入式分项计量采集系统，所述负荷辨识模块通过内置算法单元辨识出本地户内电器类别，对其分别计量形成本地分项计量信息并输出结果，包括以下步骤，

(1)，主站装置控制负荷辨识模块采集15分钟的分项计量数据，记录分项计量数据中时段总电量为A；

(2)，主站装置采集智能电能表的用电负荷曲线，记录对应时段的15分钟用电量为B；

(3)，计算B与A的比值，得到系数比值β，

(4)，将分项计量数据中的时段总电量、各电器详细运行信息中的时段用电量均乘以系数β，完成预处理，形成本地分项计量信息。

前述的一种非侵入式分项计量采集系统，所述负荷辨识模块通过内置算法单元辨识出本地户内电器类别，包括信号输入单元、负荷辨识计算单元、负荷模型库和通讯单元，

所述信号输入单元连接在智能电能表的电路主板上的计量芯片电压、电流采集信号线路上，采样信号为数字信号，采样频率小于1kHz；

或者连接在智能电能表的进线端子处的电压、电流模拟信号线路上，采样信号为模拟信号，采样频率范围在1kHz-10kHz之间；

所述负荷辨识计算单元，与信号输入单元相连接，用于根据实时接收的电压、电流信号，调用负荷模型库并辨识负载类型；还能计算出各负载类型的分项计量结果；

所述负荷模型库，用于存储根据电器负荷特性分类的已知负荷的特征模型，并供负荷辨识算法单元调用，所述特征模型包括固定标识、该负荷的运行特性信息；

所述通讯单元，分别与负荷辨识计算单元、负荷模型库相连接，用于输出负荷辨识计算单元的辨识负载类型的结果、各负载类型的分项计量结果，输出方式包括现场显示、远程显示.

前述的一种非侵入式分项计量采集系统，所述负荷辨识计算单元，与信号输入单元相连接，用于根据实时接收的电压、电流信号，调用负荷模型库并辨识负载类型，包括以下步骤，

步骤(A)，取当前2分钟内的所有采集周期内的电流采样数据，并将傅里叶分解后，得到电流采样数据中的第1-19次谐波分量；

步骤(B)，将电流采样数据中的第1-19次谐波分量分别与负荷模型库中各类负荷对应的谐波分量特征值做差计算，并计算各次谐波分量对应的加权和值；

步骤(C)，选择最小的加权和值，对应的负荷类型，即完成负载类型的辨识。

前述的一种非侵入式分项计量采集系统，所述主站装置通过扩展智能电能表通信协议中数据标识编码及对应数据项实现与II型集中器进行通信。

本发明的有益效果是：本发明的非侵入式分项计量采集系统，可最大限度基于利用已有的用电信息采集系统实现分项计量信息的传输，为用户提供更为丰富的用电信息，并具有以下优点，

(1)，分项计量数据的采集与智能电能计量数据统一采集，采集频率可细化至15分钟；

(2)，分项计量数据经过预处理，可保持与智能电能表计量数据一致，避免因分项计量精度与智能电能表电能计量精度不一致引起的数据冲突；

(3)，智能电能表及主站装置改动最小化，无需重新设计或建设。

附图说明

图1是本发明的非侵入式分项计量采集系统的系统框图；

图2是本发明的本地分项计量信息的示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明做进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本发明的非侵入式分项计量采集系统，包括II型集中器、主站装置和具有非侵入式分项计量功能的智能电能表，

所述智能电能表通过RS485通信总线将本地分项计量信息传至所述II型集中器，所述II型集中器通过4G网络与所述主站装置进行通信，

所述本地分项计量信息，包括时标、时段总电量、电器总数及各电器详细运行信息，各电器详细运行信息为户内电器类型、户内电器按类别分别计量的时段用电量、时段运行情况及启停时间信息，如图2所示，在通信协议中位置体现及各帧的数据含义。

所述智能电能表内设置有负荷辨识功能模块，所述负荷辨识模块通过内置算法单元辨识出本地户内电器类别，对其分别计量形成本地分项计量信息并输出结果，传输至所述智能电能表内，并通过所述智能电能表的通信模块将分项计量信息上传至所述II型集中器。

所述负荷辨识模块每15分钟将本地分项计量信息传给智能电能表，所述智能电能表按照自动抄表频率将分项计量信息上传至所述II型集中器。

所述智能电能表按照自动抄表频率将分项计量信息上传至所述II型集中器，包括以下形式，

(1)，智能电能表将本地分项计量信息数据在每日零点冻结，并每日上传一次；

(2)，智能电能表将本地分项计量信息数据每15分钟冻结一次，并每日上传一次96组数据，因为每天有96个15分钟；

(3)，智能电能表将本地分项计量信息数据每15分钟冻结一次，并每15分钟上传一次。

优选的，所述负荷辨识模块通过内置算法单元辨识出本地户内电器类别，对其分别计量形成本地分项计量信息并输出结果，包括以下步骤，

(1)，主站装置控制负荷辨识模块采集15分钟的分项计量数据，记录分项计量数据中时段总电量为A；

(2)，主站装置采集智能电能表的用电负荷曲线，记录对应时段的15分钟用电量为B；

(3)，计算B与A的比值，得到系数比值β，

(4)，将分项计量数据中的时段总电量、各电器详细运行信息中的时段用电量均乘以系数β，形成本地分项计量信息。

所述负荷辨识模块通过内置算法单元辨识出本地户内电器类别，包括信号输入单元、负荷辨识计算单元、负荷模型库和通讯单元，

所述信号输入单元连接在智能电能表的电路主板上的计量芯片电压、电流采集信号线路上，采样信号为数字信号，采样频率小于1kHz；

或者连接在智能电能表的进线端子处的电压、电流模拟信号线路上，采样信号为模拟信号，采样频率范围在1kHz-10kHz之间；

所述负荷辨识计算单元，与信号输入单元相连接，用于根据实时接收的电压、电流信号，调用负荷模型库并辨识负载类型；还能计算出各负载类型的分项计量结果；

所述负荷模型库，用于存储根据电器负荷特性分类的已知负荷的特征模型，并供负荷辨识算法单元调用，所述特征模型包括固定标识、该负荷的运行特性信息；

所述通讯单元，分别与负荷辨识计算单元、负荷模型库相连接，用于输出负荷辨识计算单元的辨识负载类型的结果、各负载类型的分项计量结果，输出方式包括现场显示、远程显示.

其中，所述负荷辨识计算单元，与信号输入单元相连接，用于根据实时接收的电压、电流信号，调用负荷模型库并辨识负载类型，包括以下步骤，

步骤(A)，取当前2分钟内的所有采集周期内的电流采样数据，并将傅里叶分解后，得到电流采样数据中的第1-19次谐波分量；

步骤(B)，将电流采样数据中的第1-19次谐波分量分别与负荷模型库中各类负荷对应的谐波分量特征值做差计算，并计算各次谐波分量对应的加权和值；

步骤(C)，选择最小的加权和值，对应的负荷类型，即完成负载类型的辨识；

所述主站装置通过扩展智能电能表通信协议中数据标识编码及对应数据项实现与II型集中器进行通信。

综上所述，本发明的非侵入式分项计量采集系统，可最大限度基于利用已有的用电信息采集系统实现分项计量信息的传输，为用户提供更为丰富的用电信息，并具有以下优点，

(1)，分项计量数据的采集与智能电能计量数据统一采集，采集频率可细化至15分钟；

(2)，分项计量数据经过预处理，可保持与智能电能表计量数据一致，避免因分项计量精度与智能电能表电能计量精度不一致引起的数据冲突；

(3)，智能电能表及主站装置改动最小化，无需重新设计或建设。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。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 (7)

1.一种非侵入式分项计量采集系统，其特征在于：包括II型集中器、主站装置和具有非侵入式分项计量功能的智能电能表，

所述智能电能表通过RS485通信总线将本地分项计量信息传至所述II型集中器，所述II型集中器通过4G网络与所述主站装置进行通信，

所述本地分项计量信息，包括时标、时段总电量、电器总数及各电器详细运行信息，各电器详细运行信息为户内电器类型、户内电器按类别分别计量的时段用电量、时段运行情况及启停时间信息，

所述智能电能表内设置有负荷辨识功能模块，所述负荷辨识模块通过内置算法单元辨识出本地户内电器类别，对其分别计量形成本地分项计量信息并输出结果，传输至所述智能电能表内，并通过所述智能电能表的通信模块将分项计量信息上传至所述II型集中器。

2.根据权利要求1所述的一种非侵入式分项计量采集系统，其特征在于：所述负荷辨识模块每15分钟将本地分项计量信息传给智能电能表，所述智能电能表按照自动抄表频率将分项计量信息上传至所述II型集中器。

3.根据权利要求2所述的一种非侵入式分项计量采集系统，其特征在于：所述智能电能表按照自动抄表频率将分项计量信息上传至所述II型集中器，包括以下形式，

(1)，智能电能表将本地分项计量信息数据在每日零点冻结，并每日上传一次；

(2)，智能电能表将本地分项计量信息数据每15分钟冻结一次，并每日上传一次96组数据；

(3)，智能电能表将本地分项计量信息数据每15分钟冻结一次，并每15分钟上传一次。

4.根据权利要求1所述的一种非侵入式分项计量采集系统，其特征在于：所述负荷辨识模块通过内置算法单元辨识出本地户内电器类别，对其分别计量形成本地分项计量信息并输出结果，包括以下步骤，

(1)，主站装置控制负荷辨识模块采集15分钟的分项计量数据，记录分项计量数据中时段总电量为A；

(2)，主站装置采集智能电能表的用电负荷曲线，记录对应时段的15分钟用电量为B；

(3)，计算B与A的比值，得到系数比值β，

(4)，将分项计量数据中的时段总电量、各电器详细运行信息中的时段用电量均乘以系数β，形成本地分项计量信息。

5.根据权利要求1所述的一种非侵入式分项计量采集系统，其特征在于：所述负荷辨识模块通过内置算法单元辨识出本地户内电器类别，包括信号输入单元、负荷辨识计算单元、负荷模型库和通讯单元，

所述信号输入单元连接在智能电能表的电路主板上的计量芯片电压、电流采集信号线路上，采样信号为数字信号，采样频率小于1kHz；

或者连接在智能电能表的进线端子处的电压、电流模拟信号线路上，采样信号为模拟信号，采样频率范围在1kHz-10kHz之间；

所述负荷辨识计算单元，与信号输入单元相连接，用于根据实时接收的电压、电流信号，调用负荷模型库并辨识负载类型；还能计算出各负载类型的分项计量结果；

所述负荷模型库，用于存储根据电器负荷特性分类的已知负荷的特征模型，并供负荷辨识算法单元调用，所述特征模型包括固定标识、该负荷的运行特性信息；

所述通讯单元，分别与负荷辨识计算单元、负荷模型库相连接，用于输出负荷辨识计算单元的辨识负载类型的结果、各负载类型的分项计量结果，输出方式包括现场显示、远程显示。

6.根据权利要5所述的一种非侵入式分项计量采集系统，其特征在于：所述负荷辨识计算单元，与信号输入单元相连接，用于根据实时接收的电压、电流信号，调用负荷模型库并辨识负载类型，包括以下步骤，

步骤(A)，取当前2分钟内的所有采集周期内的电流采样数据，并将傅里叶分解后，得到电流采样数据中的第1-19次谐波分量；

步骤(B)，将电流采样数据中的第1-19次谐波分量分别与负荷模型库中各类负荷对应的谐波分量特征值做差计算，并计算各次谐波分量对应的加权和值；

步骤(C)，选择最小的加权和值，对应的负荷类型，即完成负载类型的辨识。

7.根据权利要求1所述的一种非侵入式分项计量采集系统，其特征在于：所述主站装置通过扩展智能电能表通信协议中数据标识编码及对应数据项实现与II型集中器进行通信。