CN110333402B - 一种基于边缘计算的用户电压异常感知方法及系统 - Google Patents

一种基于边缘计算的用户电压异常感知方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于边缘计算的用户电压异常感知方法及系统，涉及电力计量领域，本发明方法利用分布式部署的计量自动化终端对用户用电情况进行感知，将终端处理结果上报主站系统进行处理，主站系统根据上报结果进行自动判断何时对具体电压数据进行采集，并可以根据通信能力动态调整采集任务，实现用户电压异常情况的准实时感知。一种基于边缘计算的用户电压异常感知系统采用本发明的方法建立，本发明一种基于边缘计算的用户电压异常感知方法及系统能够对异常用户详细电压数据进行记录、更新和形成图形化展示界面，从而实现了对大量用户进行监测，和方便对异常数据监测。

Description

一种基于边缘计算的用户电压异常感知方法及系统
技术领域
本发明涉及电力计量领域，尤其涉及一种基于边缘计算的用户电压异常感知方法及系统。
背景技术
随着经济的快速发展电力供应逐渐稳定，现有的焦点已经从传统的“用上电”转变为现在家家户户“用好电”的诉求，人民群众对于电力的要求已经逐渐提高，一些过去在城市的常见用电设备已经普遍应用于广大农村，而过去为了满“用上电”建设的配电网络已经无法支撑现有的用电结构。因此城乡结合部、城中村及农村低电压问题日益显现，许多地区的供电线路和变压器存在过载、超载现象，供电距离超标，线径小，造成电压偏低，进而影响了人民群众的正常生活。
传统的解决方式是采取利用电压监测仪在台区进行少数用户的电压实时采集，这样的优点在于采集频率高实时性强；而缺点则是只能针对台区少数几个用户进行监测，而无法监测到台区下所有用户，缺漏较大。而近来随着AMI技术的广泛应用，通过电能表对用户进行电压监测而将数据采集到主站进行判断逐渐成为一种逐渐被重视的手段，但是该方法也极大受到条件的制约：（1）电能表到集中器的通信带宽限制了电能表采集电压的频率；（2）采集数据量的集中化管理带来了大量的存储资源的浪费；（3）集中器在执行大量的电压采集任务的同时，会占用电能表正常采集电量的处理资源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于边缘计算的用户电压异常感知方法及系统，从而实现了可以监测到一个变压器下所有用户电压情况的功能，充分利用了集中器到电能表的通信资源，并且极大的节省了集中器向计量自动化系统上传数据带来的通信费用。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于边缘计算的用户电压异常感知方法，包括以下步骤：
S1、对用户电压数据进行分布式缓存；
S2、对S1得到的数据进行异常状态边缘感知得到相应的告警信息，并将所述告警信息发送给主站系统；
S3、所述主站系统解析所述告警信息，并对所述告警信息进行判断；
S4、根据S3判断的结果发送采集命令，根据所述采集命令采集异常用户详细电压数据发送给主站系统；
S5、根据S4得到的异常用户详细电压数据进行记录、更新和形成图形化展示界面。
进一步的，所述S1为：通过主站系统对电能表采集电压、负荷曲线冻结功能进行设置，按照需求对用户电压进行定时、定量存储；集中器避开电能表的结算表码上传日及零点电量冻结时段，定期对电能表的电压数据进行抽取和存储。
进一步的，所述S2为：所述集中器根据采集的电能表的电压数据形成曲线数据，通过预设好的判断阀值对电能表的电压数据进行台区告警判断，自动生成告警信息，若无告警信息生成，则根据参数或需要选择测量点、可选时段的电表负荷记录数据采集；并将所述告警信息或采集到的数据发送给主站系统。
进一步的，所述台区告警判断包括高压台区告警判断和低压台区告警判断。
进一步的，低压台区告警判断的阀值包括第一档低电压阀值和第二档低电压阀值两档低电压阀值；所述台区低电压告警等级判断条件为：一级低电压告警：连续3日，每日存在至少4个低于第一档低电压阀值的采样数据；二级低电压告警：连续3日，每日存在2-3个低于第一档低电压阀值的采样数据；三级低电压告警：连续3日，每日存在至少4个低于第二档低电压阀值且高于第一档低电压阀值的采样数据；四级低电压告警：每日至多存在3个低于第二档低电压阀值且高于第一档低电压阀值的采样数据。
一种基于边缘计算的用户电压异常感知系统，包括：
电能表，用于采集用户电压数据；
集中器，用于对电能表采集的电能表数据进行异常状态边缘感知得到相应的告警信息；及
计量自动化主站，设有主站系统，所述主站系统解析所述告警信息，对所述告警信息进行判断；并根据判断的结果发送采集命令，所述集中器根据所述采集命令采集异常用户详细电压信息返回给主站系统；所述主站系统对所述异常用户详细电压数据进行记录、更新和形成图形化展示界面。
进一步的，所述主站系统包括：
前置采集平台模块，用于设置采集集中器采集到用户电压数据的时段，且避开电能表的结算表码上传日及零点电量冻结时段；
数据库模块，用于存储整个主站系统采集、处理的数据；
台区电压异常感知与分析模块，用于对所述集中器采集到用户电压数据进行异常状态边缘感知和分析；
任务调度服务模块，用于根据所述台区电压异常感知与分析模块判断的结果对所有覆盖范围内的电能表进行采集任务调度；及
台区电压异常感知与分析模块还用于根据返回的用户详细电压情况，进行数据记录，并对用户电压异常清单进行滚动更新，用户电压异常清单由系统定期自动生成；同时，将用户详细电压情况形成图形化展示界面，用于指导电力企业进行台区供电改造。
进一步的，所述电能表为具有记录负荷曲线的电能表，负荷记录的内容为DL/T645-2007定义的“电压、电流、频率”、“有功功率”、“功率因数”、“有功总电能”四类数据项中的任意组合。
进一步的，所述集中器通过采集电表内的电压记录数据形成曲线数据；所述集中器通过参数进能够选择测量点、时段的电表电压记录数据采集；所述集中器根据低电压和高电压的阀值，形成对应告警并上报主站。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明所提供的一种基于边缘计算的用户电压异常感知方法，利用分布式部署的计量自动化终端对用户用电情况进行感知，将终端处理结果上报主站系统进行处理，主站系统根据上报结果进行自动判断何时对具体电压数据进行采集，并可以根据通信能力动态调整采集任务，实现用户电压异常情况的准实时感知。采用本方法建立的一种基于边缘计算的用户电压异常感知系统，包括电能表、集中器以及计量自动化主站三层结构，利用电能表对用户电压采集，通过集中器对电能表采集的电能表数据进行异常状态边缘感知得到相应的告警信息，并将告警信息上报至计量自动化主站的主站系统，主站系统解析告警信息，对告警信息进行判断；并根据判断的结果发送采集命令，集中器根据采集命令采集异常用户详细电压信息返回给主站系统；主站系统对异常用户详细电压数据进行记录、更新和形成图形化展示界面，从而实现了对大量用户进行监测，同时，对异常用户详细电压数据进行记录、更新和形成图形化展示界面，方便对异常数据监测。通过将数据分布在集中器进行判断，提高了用户低电压判断的准确性和及时性，减少了集中器到主站通讯流量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本发明一种基于边缘计算的用户电压异常感知方法的流程图；
图2是本发明一种基于边缘计算的用户电压异常感知系统的结构示意图；
图3是本发明一种基于边缘计算的用户电压异常感知系统实施例的流程图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动的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。
如图1所示，本发明所提供的基于边缘计算的用户电压异常感知方法包括以下步骤：
S1、通过主站系统预设电能表采集电压、负荷曲线冻结功能，电能表按照需求对用户电压进行定时、定量存储；一个集中器下挂多个电能表，集中器定期对电能表的电压数据进行抽取，且避开电能表的结算表码上传日及零点电量冻结时段，抽取后数据存储至集中器。
S2、集中器根据S1采集的电能表的电压数据形成曲线数据，通过预设好的阀值对电能表的电压数据进行台区告警判断，自动生成告警信息，并通过集中器的上行通讯发送给主站系统；若无告警信息生成，则根据参数或需要选择测量点、可选时段的电表负荷记录数据采集，并发送至主站系统。
告警信息包括：电压异常用户清单、异常电压发生时间、发生次数等信息。
台区告警判断条件以一个台区内每个测量点进行低电压异常告警判断说明。设置第一档低电压阀值和第二档低电压阀值两档低电压阀值，第一档低电压阀值的默认值为180V，第二档低电压阀值的默认值为198V。台区低电压告警等级判定条件：一级低电压告警：连续3日，每日存在至少4个低于第一档低电压阀值的采样数据；二级低电压告警：连续3日，每日存在2-3个低于第一档低电压阀值的采样数据；三级低电压告警：连续3日，每日存在至少4个低于第二档低电压阀值且高于第一档低电压阀值的采样数据；四级低电压告警：每日至多存在3个低于第二档低电压阀值且高于第一档低电压阀值的采样数据。根据需要对一个台区内的测量点（电能表）根据台区低电压等级判定条件进行电压异常告警判断，判断是否属于台区低电压告警，并对属于台区低电压告警等级的用户提取相应的告警信息。通过一级、二级、三级、四级电压类别，能够对低电压台区的紧急程度进行划分。
S3、主站系统将告警信息生成告警清单，根据告警清单生成疑似低压用户清单，对疑似低压用户清单的昨日电压曲线进行招测验证该名单正确性，去掉不符合条件的低压用户，并对名单进行滚动更新形成用户电压异常清单，即得到判断结果。
S4、根据S3判断的结果发送采集命令，采集命令中包含采集某用户、采集数据范围等；集中器根据采集命令，将异常用户详细电压信息发送给主站系统。
S5、根据S4返回的异常用户详细电压数据，进行数据记录，并对用户电压异常清单进行滚动更新，用户电压异常清单由系统定期自动生成；同时，将用户详细电压情况形成图形化展示界面，用于指导电力企业进行台区供电改造。
如图2所示，一种基于边缘计算的用户电压异常感知系统包括依次连接的电能表、集中器及计量自动化主站，集中器与计量自动化主站之间通过光纤专网、GPRS/CDMA无线公网、230MHz无线专网或其他通信信道进行通信，计量自动化主站设有主站系统。部分集中器通过采集器采集电能表数据。
电能表为具有记录负荷曲线的电能表，负荷记录内容能够从DL/T645-2007定义的“电压、电流、频率”、“有功功率”、“功率因数”、“有功总电能”四类数据项中任意组合。数据传输要求遵循《关于DL/T 645-2007多功能电能表通信协议的扩展协议》。单相费控表电压、电流数据记录在A相电压、A相电流，有功功率、功率因数记录在总有功功率、总功率因数。负荷记录间隔时间可以在1min～60min范围内设置，默认间隔时间为15min；每类负荷记录的时间间隔可以相同，也可以不同。负荷记录的存储空间应至少保证在记录有功总电能、电压、电流、频率、有功功率、功率因数，间隔时间为15min的情况下不少于3天的数据量。
集中器具备如下功能：（1）集中器通过采集电表内的电压记录数据形成曲线数据；（2）集中器通过参数进能够选择测量点、时段的电表电压记录数据采集；（3）集中器根据低电压和高电压的阀值，形成对应告警并上报主站。
集中器用于对采集的电能表数据进行台区告警判断，通过预设好的阀值根据电能表数据自动生成告警信息，告警信息内包含电压异常用户清单、异常电压发生时间、发生次数等信息；告警信息通过；告警信息通过集中器的上行通讯发送给主站系统；若无告警信息，则根据参数或需要选择测量点、可选时段的电表负荷记录数据采集。
台区告警判断条件以一个台区内每个测量点进行电压异常告警判断说明。设置第一档低电压阀值和第二档低电压阀值两档低电压阀值，第一档低电压阀值的默认值180V，第二档低电压阀值的默认值198V。台区低电压告警等级判定条件：一级低电压告警：连续3日，每日存在至少4个低于第一档低电压阀值的采样数据；二级低电压告警：连续3日，每日存在2-3个低于第一档低电压阀值的采样数据；三级低电压告警：连续3日，每日存在至少4个低于第二档低电压阀值且高于第一档低电压阀值的采样数据；四级低电压告警：每日至多存在3个低于第二档低电压阀值且高于第一档低电压阀值的采样数据。根据需要对一个台区内的测量点（电能表）根据台区低电压等级判定条件进行电压异常告警判断，判断是否属于台区低电压告警，对属于台区低电压告警等级的提取相应的相告警信息。
进一步参考图2，计量自动化主站设有主站系统包括：数据库模块、前置采集平台模块、任务调度服务模块及台区电压异常感知与分析模块。
前置采集平台模块，用于设置电能表采集电压、负荷曲线冻结功能，设置采集集中器采集到用户电压数据的时段，且避开电能表的结算表码上传日及零点电量冻结时段。
数据库模块，用于存储整个主站系统采集、处理的数据。
台区电压异常感知与分析模块，用于管理并分析用户低电压告警的信息。具体的，台区电压异常感知与分析模块根据告警信息生成疑似低电压用户清单，对疑似低压用户清单的历史电压曲线进行召测，并验证是否存在低电压从而核对该名单正确性，去掉不符合条件的用户名单，并对名单进行滚动更新形成用户电压异常清单，即判断结果。
任务调度服务模块，用于根据判断结果对所有覆盖范围内的电能表进行采集任务调度。具体的，根据判断结果触发采集命令，采集命令中包含采集某用户、采集数据范围等。集中器根据采集命令，将用户详细电压信息发送给台区电压异常感知与分析模块。
台区电压异常感知与分析模块还用于根据返回的用户详细电压情况，进行数据记录，并对用户电压异常清单进行滚动更新，用户电压异常清单由系统定期自动生成；同时，将用户详细电压情况形成图形化展示界面，用于指导电力企业进行台区供电改造。
如图3所示，对本发明基于边缘计算的用户电压异常感知方法的用户电压异常感知系统的工作流程进行详细说明，以使本领域技术人员更了解本发明：
S11、主站系统预设电能表采集电压、负荷曲线冻结功能，避开电能表的结算表码上传日及零点电量冻结时段，电能表每15分钟对电压进行记录，存储3日内电压数据，并进行滚动覆盖，如第4天覆盖第1天数据。
S12、集中器每日通过定时任务采集电表内的3天内（如，今日为4号，则采1、2、3号数据）电压记录数据形成曲线数据，当天内允许反复补抄但不对历史数据进行补抄；集中器根据低电压的阀值以及告警判断条件，将集中器判断得到的告警信息每日上报主站，采取分类告警信息，分一级低电压告警、二级低电压告警、三级低电压告警、四级低电压告警，每日最多生产四条告警，若无则不生成；集中器能够通过参数或需要选择测量点、可选时段的电表负荷记录数据采集。
S13、主站系统点对点召测集中器，即每日对全省集中器进行全部轮询，采集避开结算表码上传日及零点电量冻结时段，将集中器的告警信息提取至主站系统。
S14、主站系统根据告警信息生成告警清单，并根据告警清单生成疑似低电压用户清单（图3中的召测清单），根据疑似低电压用户名单通过集中器从电能表中召测相应的用户昨日数据，判断相应的用户昨日数据与告警信息是否一致，不一致的则去掉，为不符合条件的用户；一致的则为低压用户，根据得到的低压用户对应更新疑似低电压用户名单，生成用户电压异常清单。
S15、主站系统根据用户电压异常清单触发采集命令，采集命令中包含采集低压用户清单对应的用户、采集数据范围等用户用电信息；集中器根据采集命令，将用户详细电压信息发送给主站系统。
S16、根据S15返回的用户详细电压情况，进行数据记录，并对用户电压异常清单进行滚动更新，用户电压异常清单由系统定期自动生成；同时，将用户详细电压情况形成图形化展示界面，用于指导电力企业进行台区供电改造。
综上，本发明一种基于边缘计算的用户电压异常感知方法及系统，将数据分布在集中器进行判断，提高了用户低电压判断的准确性和及时性，减少了集中器到主站通讯流量。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于边缘计算的用户电压异常感知方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、对用户电压数据进行分布式缓存；
所述S1为：通过主站系统对电能表采集电压、负荷曲线冻结功能进行设置，按照需求对用户电压进行定时、定量存储；集中器避开电能表的结算表码上传日及零点电量冻结时段，定期对电能表的电压数据进行抽取和存储；
S2、对S1得到的数据进行异常状态边缘感知得到相应的告警信息，并将所述告警信息发送给主站系统；
所述S2为：所述集中器根据采集的电能表的电压数据形成曲线数据，通过预设好的阀值对电能表的电压数据进行台区告警判断，自动生成告警信息，若无告警信息生成，则根据参数或需要选择测量点、可选时段的电表负荷记录数据采集；并将所述告警信息或采集到的数据发送给主站系统；
所述台区告警判断包括高压台区告警判断和低压台区告警判断；
低压台区告警判断的阀值包括第一档低电压阀值和第二档低电压阀值两档低电压阀值；所述台区低电压告警等级判断条件为：一级低电压告警：连续3日，每日存在至少4个低于第一档低电压阀值的采样数据；二级低电压告警：连续3日，每日存在2-3个低于第一档低电压阀值的采样数据；三级低电压告警：连续3日，每日存在至少4个低于第二档低电压阀值且高于第一档低电压阀值的采样数据；四级低电压告警：每日至多存在3个低于第二档低电压阀值且高于第一档低电压阀值的采样数据；
S3、所述主站系统解析所述告警信息，并对所述告警信息进行判断；
S4、根据S3判断的结果发送采集命令，根据所述采集命令采集异常用户详细电压数据发送给主站系统；
S5、根据S4得到的异常用户详细电压数据进行记录、更新和形成图形化展示界面。
2.一种基于边缘计算的用户电压异常感知系统，所述基于边缘计算的用户电压异常感知系统应用权利要求1的基于边缘计算的用户电压异常感知方法，其特征在于：包括：
电能表，用于采集用户电压数据；
集中器，用于对电能表采集的电能表数据进行异常状态边缘感知得到相应的告警信息；及
计量自动化主站，设有主站系统，所述主站系统解析所述告警信息，对所述告警信息进行判断；并根据判断的结果发送采集命令，所述集中器根据所述采集命令采集异常用户详细电压信息返回给主站系统；所述主站系统对所述异常用户详细电压数据进行记录、更新和形成图形化展示界面。
3.根据权利要求2所述的基于边缘计算的用户电压异常感知系统，其特征在于：所述主站系统包括：
前置采集平台模块，用于设置采集集中器采集到用户电压数据的时段，且避开电能表的结算表码上传日及零点电量冻结时段；
数据库模块，用于存储整个主站系统采集、处理的数据；
台区电压异常感知与分析模块，用于对所述集中器采集到用户电压数据进行异常状态边缘感知和分析；
任务调度服务模块，用于根据所述台区电压异常感知与分析模块判断的结果对所有覆盖范围内的电能表进行采集任务调度；及
台区电压异常感知与分析模块还用于根据返回的用户详细电压情况，进行数据记录，并对用户电压异常清单进行滚动更新，用户电压异常清单由系统定期自动生成；同时，将用户详细电压情况形成图形化展示界面，用于指导电力企业进行台区供电改造。
4.根据权利要求2所述的基于边缘计算的用户电压异常感知系统，其特征在于：所述电能表为具有记录负荷曲线的电能表，负荷记录的内容为DL/T645-2007定义的“电压、电流、频率”、“有功功率”、“功率因数”及“有功总电能”四类数据项中的任意组合。
5.根据权利要求2所述的基于边缘计算的用户电压异常感知系统，其特征在于：所述集中器通过采集电表内的电压记录数据形成曲线数据；所述集中器通过参数进能够选择测量点、时段的电表电压记录数据采集；所述集中器根据低电压和高电压的阀值，形成对应告警并上报主站。
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