CN109066988B - 一种末端电网拓扑层级停电事件优先辨识上报系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种末端电网拓扑层级停电事件优先辨识上报系统,包括采集主站、配变监测终端、一级监测终端、二级监测终端以及表箱监测终端；所述配变监测终端、一级监测终端、二级监测终端以及表箱监测终端分别包含有控制单元以及与控制单元相应设置的测量芯片、电源模块以及LoRa芯片。本发明末端电网拓扑层级停电事件优先辨识上报系统及方法是基于LoRa物联网通信技术，当末端电网发生停电故障时，设备层通过停电事件优先上报方法，合理分配信道带宽资源，每个终端都有独立上报能力，可以迅速告知主站故障发生具体环节，做到快速高效。同为避免终端一窝蜂似的进行无效无益的乱报，本发明事件优先上报功能将不同层级终端分时上报，同一层级终端随机避让上报，合理分配信道带宽资源，提高上报成功率。
Description
技术领域
本发明涉及一种末端电网拓扑层级停电事件优先辨识上报系统及方法,
背景技术
低压末端电网发生停电故障时，故障涉及的种类较多，按照拓扑层级划分，包括配变失电、配变低压侧总开关跳闸、配变低压侧出线开关跳闸、中间分支箱分路开关跳闸、表箱进线开关跳闸等。末端电网发生停电故障时，相应拓扑层级的监测设备会蜂拥上报事件，由于设备数量较大，加上通信带宽有限，信道极易产生拥堵，造成上报成功率降低。另外，有些设备需要通过中继信号接力上报，这会进一步占用带宽，造成上报成功率进一步降低，最终导致主站无法实时感知末端电网各拓扑层级异常情况，给电力公司日常运维工作带来压力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种针对故障发生点可快速做出判断并分级延时上报的末端电网拓扑层级停电事件优先辨识上报系统及方法。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种末端电网拓扑层级停电事件优先辨识上报系统,包括采集主站、配变监测终端、一级监测终端、二级监测终端以及表箱监测终端；所述配变监测终端、一级监测终端、二级监测终端以及表箱监测终端分别包含有控制单元以及与控制单元相应设置的测量芯片、电源模块以及LoRa芯片；所述配变监测终端还包含有GPRS通讯模块；所述配变监测终端的电源模块外部接在配变低压侧总开关前端，内部通过TTL信号线和控制单元连接；测量芯片外部接在配变低压侧总开关后端，内部通过SPI总线和控制单元连接；LoRa芯片通过IIC总线和控制单元连接。
所述一级监测终端的电源模块外部接在配变低压侧出线开关前端，内部通过TTL信号线和控制单元连接；测量芯片外部接在配变低压侧出线开关后端，内部通过SPI总线和控制单元连接；LoRa芯片通过IIC总线和控制单元连接。
所述二级检测终端的电源模块外部接在中间分支箱分路开关前端，内部通过TTL信号线和控制单元连接；测量芯片外部接在中间分支箱分路开关后端，内部通过SPI总线和控制单元连接；LoRa芯片通过IIC总线和控制单元连接。
所述表箱监测终端的电源模块外部接在表箱进线总开关前端，内部通过TTL信号线和控制单元连接；测量芯片外部接在表箱进线总开关后端，内部通过SPI总线和控制单元连接；LoRa芯片通过IIC总线和控制单元连接。
所述配变监测终端的LoRa芯片接收一级监测终端、二级监测终端以及表箱监测终端相应的LoRa芯片上报的事件信息同时发送确认信息至上报终端，并通过GPRS通讯模块将事件信息上传至所述采集主站。
本发明进一步限定的技术方案为：所述配变监测终端、一级监测终端、二级监测终端以及表箱监测终端还分别包含有与相应的控制单元信号连接的时钟芯片、存储芯片、计数器、计时器T以及计时器T1。
本发明还涉及到上述末端电网拓扑层级停电事件优先辨识上报系统的优先辨识上报方法，包含以下几个状态的判断：
第一、一级监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零
若测量芯片此时检测到工作电源失电，一级监测终端的控制单元则研判生成一级监测终端电源失电事件，否则研判生成配变低压侧出线开关跳闸事件；控制单元将失电或开关跳闸事件存入一级监测终端事件存储区并通过LoRa芯片上报至配变监测终端。
第二、二级监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零
若测量芯片此时检测到工作电源失电，二级监测终端的控制单元则研判生成二级监测终端电源失电事件，否则研判生成中间分支箱分路开关跳闸事件，将失电或分路开关跳闸事件存入二级监测终端事件存储区并通过LoRa芯片上报至配变监测终端；并由配变监测终端通过GPRS上报至采集主站；
第三、表箱监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零
若测量芯片此时检测到工作电源失电，表箱监测终端的控制单元则研判生成表箱监测终端电源失电事件，否则研判生成表箱进线开关跳闸事件，控制单元将失电或表箱进线开关跳闸事件存入表箱检测终端事件存储区并通过LoRa芯片上报至配变监测终端，并由配变监测终端通过GPRS上报至采集主站；
第四、配变监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零
若测量芯片此时检测到工作电源失电，配变监测终端的控制单元则研判生成配变失电事件,否则研判生成配变低压侧总开关跳闸事件,控制单元将配变失电或低压侧总开关跳闸事件存入配变监测终端事件存储区，并通过GPRS通道上报至采集主站。
本发明上述优先辨识上报方法中，所述一级监测终端、二级监测终端管以及表箱监测终端的事件上报分别包含以下步骤：
4.1)设置计数器N初值为0，设置动态参数I初值为LyFt；
4.2)清零并启动毫秒计时器T；
4.3)计算上报启动延时SDlyT＝Tab[I]+500ms*DlyFt，Tab[I]不同拓扑层级的上报时间区段参数；DlyFt为上报隔离延时因子；
4.4)计算上报结束延时EDlyT＝Tab[I+1]；
4.5)判断T是否大于SDlyT，若是则执行下一步骤，否则继续等待；
4.6)清零并启动毫秒计时器T1；
4.7)读取时钟芯片，获取时钟芯片毫秒数Tms；
4.8)计算随机延时RDlyT＝(Adr*Tms)％(EdlyT-SDlyT)；其中Adr为事件上报终端的地址参数值；
4.9)判断T1是否大于RDlyT，若是则执行下一步骤，否则继续等待；
4.10)通过LoRa通道，上报事件至配变监测终端；
4.11)计数器N累加1；
4.12)在设定确认时间AckT内接收配变监测终端的确认帧，若收到则结束流程，否则执行下一步骤；
4.13)判断计数器N是否等于2，若是则结束流程，否则进入下一步骤；
4.14)配置动态参数I为3，并返回步骤4.3。
上述方法进一步限定的技术方案为:
第一、若一级监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零进行事件上报时，所述一级监测终端的初始参数配置包括：地址参数Adr为Adr_i；上报区段参数Tab[]为{0,4000,12000,20000，40000}ms；拓扑层级参数LyFt为0；上报隔离延时因子DlyFt为0；上报确认超时时间AckT为500ms；
第二、若二级监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零进行事件上报时，所述二级监测终端的初始参数配置包括：地址参数Adr为Adr_j；上报区段参数Tab[]为{0,4000，12000,20000，40000}ms；拓扑层级参数LyFt为1；上报隔离延时因子DlyFt为1；上报确认超时时间AckT为750ms；
第三、若表箱监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零并进行事件上报时，所述表箱监测终端的初始参数配置包括：地址参数Adr为Adr_k；上报区段参数Tab[]为{0,4000，12000,20000，40000}ms；配置拓扑层级参数LyFt为2；配置上报隔离延时因子DlyFt为1；配置上报确认超时时间AckT为1000ms；
其中，所述Adr_i、Adr_j以及Adr_k为不同的自然数。
本发明的有益效果是：本发明末端电网拓扑层级停电事件优先辨识上报系统及方法是基于LoRa物联网通信技术，当末端电网发生停电故障时，设备层通过停电事件优先上报方法，合理分配信道带宽资源，每个终端都有独立上报能力，可以迅速告知主站故障发生具体环节，做到快速高效。同为避免终端一窝蜂似的进行无效无益的乱报，本发明事件优先上报功能将不同层级终端分时上报，同一层级终端随机避让上报，合理分配信道带宽资源，提高上报成功率。不同拓扑层级设置延时有序上报各拓扑层级停电信息，主站层通过停电事件优先辨识方法，可快速可靠辨识电网实际故障，支撑主站实时准确感知末端电网各拓扑层级异常情况，极大的提升了电力公司末端电网的运维能力。因此，本发明不仅提高了电网运维工作效率，节约投入资金及人力成本，而且能够最大程度地让用户满意，提升了供电公司的主动运维能力，为低压配变台区故障处理工作的合理开展提供科学的指导依据。
附图说明
图1为本发明实施例1中系统上报模型结构示意图。
图2为本发明实施例1中系统结构整体框图。
图3为系统停电事件优先上报时序图。
图4为系统停电事件优先上报流程示意图。
图5为配变监测终端的硬件结构框图。
图6为一级监测终端的硬件结构框图。
图7为二级监测终端的硬件结构框图。
图8为表箱监测终端的硬件结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的说明。
实施例1
本实施例提供的一种末端电网拓扑层级停电事件优先辨识上报系统，如图1-2以及图5-8所示：包括采集主站、配变监测终端、一级监测终端、二级监测终端以及表箱监测终端；所述配变监测终端、一级监测终端、二级监测终端以及表箱监测终端分别包含有控制单元以及与控制单元相应设置的测量芯片、电源模块、LoRa芯片、时钟芯片、存储芯片、计数器N、计时器T以及计时器T1。
所述配变监测终端还包含有GPRS通讯模块，用于和电力公司用电信息采集主站进行数据通信。所述配变监测终端的电源模块外部接在配变低压侧总开关前端，内部通过TTL信号线和控制单元连接，用于通知MCU工作电源失电信号；测量芯片外部接在配变低压侧总开关后端，内部通过SPI总线和控制单元连接，用于获取外部电压电流信号；LoRa芯片通过IIC总线和控制单元连接，用于调制解调LoRa信号，实现对外收发数据；存储芯片用于存储配置参数及事件等数据；时钟芯片用于获取当前时钟；计时器T用于对不同拓扑层级事件上报时段进行计时，计时器T1用于对上报事件进行随机避让延时上报计时；计数器N用于对同一终端上报事件进行上报计数，N≤2。
所述一级监测终端的电源模块外部接在配变低压侧出线开关前端，内部通过TTL信号线和控制单元连接，用于通知MCU工作电源失电信号；测量芯片外部接在配变低压侧出线开关后端，内部通过SPI总线和控制单元连接，用于获取外部电压电流信号；LoRa芯片通过IIC总线和控制单元连接，用于调制解调LoRa信号，实现对外收发数据。
所述二级检测终端的电源模块外部接在中间分支箱分路开关前端，内部通过TTL信号线和控制单元连接，用于通知MCU工作电源失电信号；测量芯片外部接在中间分支箱分路开关后端，内部通过SPI总线和控制单元连接，用于获取外部电压电流信号；LoRa芯片通过IIC总线和控制单元连接。
所述表箱监测终端的电源模块外部接在表箱进线总开关前端，内部通过TTL信号线和控制单元连接，用于通知MCU工作电源失电信号；测量芯片外部接在表箱进线总开关后端，内部通过SPI总线和控制单元连接，用于获取外部电压电流信号；LoRa芯片通过IIC总线和控制单元连接，用于调制解调LoRa信号，实现对外收发数据。
所述配变监测终端的LoRa芯片接收一级监测终端、二级监测终端以及表箱监测终端相应的LoRa芯片上报的事件信息同时发送确认信息至上报终端，并通过GPRS通讯模块将事件信息上传至所述采集主站。
本实施例中的存储芯片均采用Samsung K9F1G08U0D，LoRa芯片采用SEMTECHSX1278，时钟芯片采用爱普生RX-8025T，测量芯片采用钜泉光电ATT7022E；GPRS模块采用QUECTEL MC20E。
本发明还涉及到上述末端电网拓扑层级停电事件优先辨识上报系统的优先辨识上报方法，包含以下几个状态的判断，本实施例仅一级监测终端上报事件为例进行阐述，如图3-4所示：
即一级监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零，若此时检测到工作电源失电，一级监测终端的控制单元则研判生成一级监测终端电源失电事件，否则研判生成配变低压侧出线开关跳闸事件；控制单元将失电或开关跳闸事件存入一级监测终端事件存储区并通过LoRa芯片上报至配变监测终端。
在优先辨识上报之前，首先对一级监测终端进行初始参数的配置，具体包括：地址参数Adr为Adr_i；上报区段参数Tab[]为{0,4000,12000,20000，40000}ms；拓扑层级参数LyFt为0；上报隔离延时因子DlyFt为0；上报确认超时时间AckT为500ms。
然后，一级监测终端的控制单元进行优先辨识上报的方法，具体上报流程包含以下步骤：
4.1)设置计数器N初值为0，设置动态参数I初值为LyFt，一级监测终端的LyFt为0，所以I＝0；
4.2)清零并启动毫秒计时器T；
4.3)计算上报启动延时SDlyT＝Tab[I]+500ms*DlyFt；一级监测终端的上报隔离延时因子DlyFt为0，即SDlyT＝Tab[0]＝0
4.4)计算上报结束延时EDlyT＝Tab[I+1]；I＝0,所以Tab[I+1]＝Tab[1]＝4000；
4.5)判断T是否大于SDlyT，若是则执行下一步骤，否则继续等待；
4.6)清零并启动毫秒计时器T1；
4.7)读取时钟芯片，获取时钟毫秒数Tms；
4.8)计算随机延时RDlyT＝(Adr_i*Tms)％(EdlyT-SDlyT)，即RDlyT＝(Adr_i*Tms)％4000；
4.9)判断T1是否大于RDlyT，若是则执行下一步骤，否则继续等待；
4.10)通过LoRa通道，上报事件至配变监测终端；
4.11)计数器N累加1；
4.12)在设定确认时间AckT内接收配变监测终端的确认帧，若收到则结束流程，否则执行下一步骤；
4.13)判断计数器N是否等于2，若是则结束流程，否则进入下一步骤；
4.14)配置动态参数I为3，并返回步骤4.3。
此外，本发明还包括二级监测终端管、表箱监测终端以及配变监测终端的事件状态判断，具体如下：
1)如果二级监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零，若此时检测到工作电源失电，二级监测终端的控制单元则研判生成二级监测终端电源失电事件，否则研判生成中间分支箱分路开关跳闸事件，将失电或分路开关跳闸事件存入二级监测终端事件存储区并通过LoRa芯片上报至配变监测终端，并由配变监测终端通过GPRS上报至采集主站。
2)如果表箱监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零，若此时检测到工作电源失电，表箱监测终端的控制单元则研判生成表箱监测终端电源失电事件，否则研判生成表箱进线开关跳闸事件，控制单元将失电或表箱进线开关跳闸事件存入表箱检测终端事件存储区并通过LoRa芯片上报至配变监测终端，并由配变监测终端通过GPRS上报至采集主站。
二级监测终端管和表箱监测终端的事件上报方法和一级监测终端事件上报方法相同，不同之处在于：
若二级监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零进行事件上报时，所述二级监测终端的初始参数配置包括：地址参数Adr为Adr_j；上报区段参数Tab[]为{0,4000，12000,20000，40000}ms；拓扑层级参数LyFt为1；上报隔离延时因子DlyFt为1；上报确认超时时间AckT为750ms；
若表箱监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零并进行事件上报时，所述表箱监测终端的初始参数配置包括：地址参数Adr为Adr_k；上报区段参数Tab[]为{0,4000，12000,20000，40000}ms；配置拓扑层级参数LyFt为2；配置上报隔离延时因子DlyFt为1；配置上报确认超时时间AckT为1000ms；
其中，本实施例中地址参数Adr_i、Adr_j以及Adr_k为变量，即每个终端对应地址参数设置为不同的自然数。
3)如果配变监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零，若此时检测到工作电源失电，配变监测终端的控制单元则研判生成配变失电事件,否则研判生成配变低压侧总开关跳闸事件,控制单元将配变失电或低压侧总开关跳闸事件存入配变监测终端事件存储区，并通过GPRS通道上报至电力公司用电信息采集主站。
当主站接收到配变失电或配变低压侧总开关跳闸事件后，在1分钟之内，继续接收一级监测终端、二级监测终端、表箱监测终端的电源失电事件,当接收到的电源失电事件多于3条，则认为配变失电或配变低压侧总开关跳闸高度可信，体现可靠性，否则认为基本可信，体现实时性。
当主站接收到配变低压侧出线开关跳闸事件后，在1分钟之内，继续接收二级监测终端、表箱监测终端的电源失电事件,当接收到的电源失电事件多余于3条，则认为配变低压侧出线开关跳闸高度可信，体现可靠性，否则认为基本可信，体现实时性。
当主站接收到中间分支箱分路开关跳闸事件后，在1分钟之内，继续接收表箱监测终端的电源失电事件，当接收到的电源失电事件多余于3条，则认为中间分支箱分路开关跳闸高度可信，体现可靠性，否则认为基本可信，体现实时性。
当主站接收到表箱进线开关跳闸事件后，则默认该事件基本可信，体现实时性。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种末端电网拓扑层级停电事件优先辨识上报系统,其特征在于：包括采集主站、配变监测终端、一级监测终端、二级监测终端以及表箱监测终端；
所述配变监测终端、一级监测终端、二级监测终端以及表箱监测终端分别包含有控制单元以及与控制单元适配设置的测量芯片、电源模块以及LoRa芯片；所述配变监测终端还包含有GPRS通讯模块；
所述配变监测终端的电源模块外部接在配变低压侧总开关前端，内部通过TTL信号线和控制单元连接；测量芯片外部接在配变低压侧总开关后端，内部通过SPI总线和控制单元连接；LoRa芯片通过IIC总线和控制单元连接；
所述一级监测终端的电源模块外部接在配变低压侧出线开关前端，内部通过TTL信号线和控制单元连接；测量芯片外部接在配变低压侧出线开关后端，内部通过SPI总线和控制单元连接；LoRa芯片通过IIC总线和控制单元连接；
所述二级监测终端的电源模块外部接在中间分支箱分路开关前端，内部通过TTL信号线和控制单元连接；测量芯片外部接在中间分支箱分路开关后端，内部通过SPI总线和控制单元连接；LoRa芯片通过IIC总线和控制单元连接；
所述表箱监测终端的电源模块外部接在表箱进线总开关前端，内部通过TTL信号线和控制单元连接；测量芯片外部接在表箱进线总开关后端，内部通过SPI总线和控制单元连接；LoRa芯片通过IIC总线和控制单元连接；
所述配变监测终端的LoRa芯片接收一级监测终端、二级监测终端以及表箱监测终端相应的LoRa芯片上报的事件信息同时发送确认信息至上报终端，并通过GPRS通讯模块将事件信息上传至所述采集主站。
2.根据权利要求1所述的末端电网拓扑层级停电事件优先辨识上报系统，其特征在于：所述配变监测终端、一级监测终端、二级监测终端以及表箱监测终端还分别包含有与相应的控制单元信号连接的时钟芯片、存储芯片、计数器、计时器T以及计时器T1。
3.一种如权利要求2所述的末端电网拓扑层级停电事件优先辨识上报系统的优先辨识上报方法，其特征在于包含以下几个状态的判断：
第一、一级监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零
若测量芯片此时检测到工作电源失电，一级监测终端的控制单元则研判生成一级监测终端电源失电事件，否则研判生成配变低压侧出线开关跳闸事件；控制单元将失电或开关跳闸事件存入一级监测终端事件存储区并通过LoRa芯片上报至配变监测终端；并由配变监测终端通过GPRS上报至采集主站；
第二、二级监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零
若测量芯片此时检测到工作电源失电，二级监测终端的控制单元则研判生成二级监测终端电源失电事件，否则研判生成中间分支箱分路开关跳闸事件，将失电或分路开关跳闸事件存入二级监测终端事件存储区并通过LoRa芯片上报至配变监测终端；并由配变监测终端通过GPRS上报至采集主站；
第三、表箱监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零
若测量芯片此时检测到工作电源失电，表箱监测终端的控制单元则研判生成表箱监测终端电源失电事件，否则研判生成表箱进线开关跳闸事件，控制单元将失电或表箱进线开关跳闸事件存入表箱检测终端事件存储区并通过LoRa芯片上报至配变监测终端；并由配变监测终端通过GPRS上报至采集主站；
第四、配变监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零
若测量芯片此时检测到工作电源失电，配变监测终端的控制单元则研判生成配变失电事件,否则研判生成配变低压侧总开关跳闸事件,控制单元将配变失电或低压侧总开关跳闸事件存入配变监测终端事件存储区，并通过GPRS通道上报至采集主站。
4.根据权利要求3所述的末端电网拓扑层级停电事件优先辨识上报系统的优先辨识上报方法，其特征在于，所述一级监测终端、二级监测终端管以及表箱监测终端的事件上报分别包含以下步骤：
4.1)设置计数器N初值为0，设置动态参数I初值为LyFt；
4.2)清零并启动毫秒计时器T；
4.3)计算上报启动延时SDlyT＝Tab[I]+500ms*DlyFt，Tab[I]为不同拓扑层级的上报时间区段参数，DlyFt为上报隔离延时因子；
4.4)计算上报结束延时EDlyT＝Tab[I+1]；
4.5)判断T是否大于SDlyT，若是则执行下一步骤，否则继续等待；
4.6)清零并启动毫秒计时器T1；
4.7)读取时钟芯片，获取时钟芯片毫秒数Tms；
4.8)计算随机延时RDlyT＝(Adr*Tms)％(EdlyT-SDlyT)，其中Adr为事件上报终端的地址参数值；
4.9)判断T1是否大于RDlyT，若是则执行下一步骤，否则继续等待；
4.10)通过LoRa通道，上报事件至配变监测终端；
4.11)计数器N累加1；
4.12)在设定确认时间AckT内接收配变监测终端的确认帧，若收到则结束流程，否则执行下一步骤；
4.13)判断计数器N是否等于2，若是则结束流程，否则执行下一步骤；
4.14)配置动态参数I为3，并返回步骤4.3。
5.根据权利要求4所述的末端电网拓扑层级停电事件优先辨识上报系统的优先辨识上报方法，其特征在于包含以下几个状态的初始参数配置：
第一、若一级监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零进行事件上报时，所述一级监测终端的初始参数配置包括：地址参数Adr为Adr_i；上报区段参数Tab[]为{0,4000,12000,20000，40000}ms；拓扑层级参数LyFt为0；上报隔离延时因子DlyFt为0；上报确认超时时间AckT为500ms；
第二、若二级监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零进行事件上报时，所述二级监测终端的初始参数配置包括：地址参数Adr为Adr_j；上报区段参数Tab[]为{0,4000，12000,20000，40000}ms；拓扑层级参数LyFt为1；上报隔离延时因子DlyFt为1；上报确认超时时间AckT为750ms；
第三、若表箱监测终端通过测量芯片检测到电压电流信号降为零并进行事件上报时，所述表箱监测终端的初始参数配置包括：地址参数Adr为Adr_k；上报区段参数Tab[]为{0,4000，12000,20000，40000}ms；配置拓扑层级参数LyFt为2；配置上报隔离延时因子DlyFt为1；配置上报确认超时时间AckT为1000ms；其中，所述Adr_i、Adr_j以及Adr_k为不同的自然数。
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