CN110726895A - 配电网电能质量监测终端与系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种配电网电能质量监测终端，包括主控模块以及分别与主控模块连接的多模定位时钟模块、无线通信模块和多个局域通信模块，各局域通信模块分别接收不同类型的配电网运行电参数、并将配电网运行电参数发送至主控模块，多模定位时钟模块发送时钟参考信号至主控模块，主控模块根据时钟参考信号进行时钟校准，并根据配电网运行电参数进行配电网电能质量分析，并将电能质量分析结果通过无线通信模块上传至后台管服务器。整个终端接收配电网端传感器上传的配电网运行电参数，在进行电能量分析之后再通过无线通信的方式将电能质量分析结果上传至后台服务器，可以良好实现电能质量分析。另外，本申请还提供一种配电网电能质量监测系统。

Description

配电网电能质量监测终端与系统

技术领域

本申请涉及电力电网技术领域，特别是涉及一种配电网电能质量监测终端与系统。

背景技术

电能质量一直是电力系统运行稳定的重要指标，也将影响重点工商业用电客户的使用。长期以来，电能质量仅安装在电力系统变电站端，工商业客户关注电能质量，但尚无法监测用电端进线处电能质量。为提高电网运行的可靠性和运维管理水平，提升电力用户用电体验，需要对电网的配电网端电能质量进行监测。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够良好进行电能质量监测的配电网电能质量监测终端与系统。

一种配电网电能质量监测终端，包括主控模块以及分别与所述主控模块连接的多模定位时钟模块、无线通信模块和多个局域通信模块；

各局域通信模块分别接收不同类型的配电网运行电参数、并将所述配电网运行电参数发送至所述主控模块，所述多模定位时钟模块发送时钟参考信号至所述主控模块，所述主控模块根据所述时钟参考信号进行时钟校准，并根据所述配电网运行电参数进行配电网电能质量分析，并将电能质量分析结果通过所述无线通信模块上传至后台管服务器。

在其中一个实施例中，所述配电网运行电参数包括电压参数和电流参数；

所述主控模块还用于根据配电网运行电压参数进行电压电能质量分析以及根据配单网运行电流参数进行电流电能质量分析，将电压电能质量分析结果以及电流电能质量分析结果上传至后台服务器。

在其中一个实施例中，所述主控模块还用于根据配电网运行电压参数获取电压波形序列，整理三相电压波形数据序列；根据三相电压波形数据序列，计算电压的频率和有效值；获取电压偏差和电压频率偏差结果，对所述电压频率偏差结果进行FFT(Fast FourierTransformation，快速傅氏变换)处理；对电压FFT处理结果进行谐波指标计算和三相不平衡计算，生成电压电能质量特征文件。

在其中一个实施例中，所述主控模块还用于根据配电网运行电流参数，获取三相电流波形数据序列；根据三相电流波形数据序列，计算电流的频率和有效值；获取电流偏差和电流频率偏差结果，对所述电流频率偏差结果进行FFT处理；对电流FFT处理结果进行谐波指标计算和三相不平衡计算，生成电流电能质量特征文件。

在其中一个实施例中，所述主控模块还用于缓存接收到的配电网运行电参数；当所述配电网运行电参数成功解密时，判断所述配电网运行电参数是否为白名单对象上传；若是，则对解密后的所述配电网运行电参数进行电能质量分析；若否，则擦除缓存。

在其中一个实施例中，上述配电网电能质量监测终端还包括RJ45模块和RS485模块，所述RJ45模块用于采用IEC 61850协议将所述电能质量分析结果上传至所述后台服务器，所述RS485模块用于采用MODBUS协议将所述电能质量分析结果上传至所述后台服务器。

在其中一个实施例中，上述配电网电能质量监测终端还包括电源模块，所述电源模块分别与所述主控模块、所述多模定位时钟模块、所述无线通信模块以及所述多个局域通信模块分别连接。

在其中一个实施例中，所述多模定位时钟模块包括GPS/北斗双模模块。

在其中一个实施例中，所述多个局域通信模块包括第一局域通信模块和第二局域通信模块，所述第一局域通信模块接收配电网运行电压参数，所述第二局域通信模块接收配电网运行电流参数。

上述配电网电能质量监测终端，包括主控模块以及分别与所述主控模块连接的多模定位时钟模块、无线通信模块和多个局域通信模块，各局域通信模块分别接收不同类型的配电网运行电参数、并将所述配电网运行电参数发送至所述主控模块，所述多模定位时钟模块发送时钟参考信号至所述主控模块，所述主控模块根据所述时钟参考信号进行时钟校准，并根据所述配电网运行电参数进行配电网电能质量分析，并将电能质量分析结果通过所述无线通信模块上传至后台管服务器。整个终端接收配电网端传感器上传的配电网运行电参数，在进行电能量分析之后再通过无线通信的方式将电能质量分析结果上传至后台服务器，可以良好实现电能质量分析。

另外，本申请还提供一种配电网电能质量监测系统，包括电网运行参数采集装置、后台服务器以及如上述的配电网电能质量监测终端；

所述电网运行参数采集装置与所述配电网电能质量监测终端中所述多个局域通信模块连接，所述后台服务器与所述配电网电能质量监测终端中无线通信模块连接。

上述配电网电能质量监测系统，包括电网运行参数采集装置、后台服务器以及如上述的配电网电能质量监测终端，电网运行参数采集装采集配电网端的配电网运行电参数，并将配电网运行电参数发送至配电网电能质量监测终端，配电网电能质量监测终端根据接收到的配电网运行电参数进行电能质量分析，并中继转发至后台服务器，良好实现电能质量分析。

附图说明

图1为一个实施例中配电网电能质量监测终端的结构框图；

图2为另一个实施例中配电网电能质量监测终端的结构框图；

图3为一个实施例中电压电能质量分析步骤的流程示意图；

图4为一个实施例中电流电能质量分析步骤的流程示意图；

图5为一个实施例中主控模块对接收的数据进行身份验证步骤的流程示意图；

图6为一个应用实例中配电网电能质量监测终端的结构示意图；

图7为一个实施例中配电网电能质量监测系统的结构框图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

如图1所示，一种配电网电能质量监测终端，包括主控模块110以及分别与主控模块110连接的多模定位时钟模块120、无线通信模块130和多个局域通信模块140；

各局域通信模块分别接收不同类型的配电网运行电参数、并将配电网运行电参数发送至主控模块110，多模定位时钟模块120发送时钟参考信号至主控模块110，主控模块110根据时钟参考信号进行时钟校准，并根据配电网运行电参数进行配电网电能质量分析，并将电能质量分析结果通过无线通信模块130上传至后台管服务器。

多模定位时钟模块120用于提供参考时钟信号至主控模块110。多模定位时钟模块120具体可以是支持多个工作模式提供时钟参考的模块，例如，其具体可以为GPS/北斗双模模块，支持GPS模式提供时钟参考信号和支持北斗模式提供时钟参考信号。在实际应用中，多模定位时钟模块120接收卫星信号，根据卫星信号输出脉冲和位置信息，脉冲作为参考时钟信号输入至主控模块110，主控模块110根据参考时钟信号进行时间校准以及以其他器件进行时间同步。进一步在，以GPS/北斗双模模块为例，GPS/北斗双模模块用以接收GPS或北斗卫星的信号，根据信号输出秒脉冲和位置信息，主控模块110根据秒脉冲进行时间校准和其他器件同步。

无线通信模块130用于将主控模块110输出的电能质量分析结果通过无线的方式至后台服务器，以便管理人员可以直接在后台服务器直接查看、了解配电网的电能质量分析结果。无线通信模块130可以支持多种无线通信方式，具体可以支持3G通信、4G通信以及5G通信，优选的可以选择技术成熟应用广泛的4G通信技术，即无线通信模块130可以为4G通信模块。

局域通信模块用于构建局域网络，接收设置于配电网端中采集配电网运行电参数。具体来说，局域通信模块的数量为多个，每个局域通信模块分别接收一种类型的配电网运行电参数；配电网运行电参数的类型具体可以包括电流、电压等。在实际应用中，以配电网运行电参数为电流和电压为例，如图2所示，局域通信模块包括第一局域通信模块142和第二局域通信模块144，第一局域通信模块142接收配电网端运行电流参数，第二局域通信模块144接收配电网端运行电压参数。局域通信模块具体可以采用无线方式接收配电网端上传的数据。

主控模块110用于根据时钟参考信号进行时钟校准，并根据配电网运行电参数进行配电网电能质量分析，并将电能质量分析结果通过无线通信模块130上传至后台管服务器。具体来说，主控模块110在进行电能质量分析过程中是分别针对不同类型的配电网运行参数分别并行进行电能质量分析，例如继续以电压和电流为例，主控模块110接收电压和电流参数，对电压参数和电流参数分别、并行进行电能质量分析，得到电压电能质量分析结果和电流电能质量分析结果，并且分别将2个分析结果通过无线通信模块130上传至后台服务器。

上述配电网电能质量监测终端，包括主控模块110以及分别与主控模块110连接的多模定位时钟模块120、无线通信模块130和多个局域通信模块140，各局域通信模块分别接收不同类型的配电网运行电参数、并将配电网运行电参数发送至主控模块110，多模定位时钟模块120发送时钟参考信号至主控模块110，主控模块110根据时钟参考信号进行时钟校准，并根据配电网运行电参数进行配电网电能质量分析，并将电能质量分析结果通过无线通信模块130上传至后台管服务器。整个终端接收配电网端传感器上传的配电网运行电参数，在进行电能量分析之后再通过无线通信的方式将电能质量分析结果上传至后台服务器，可以良好实现电能质量分析。

在其中一个实施例中，主控模块110还用于根据配电网运行电压参数获取电压波形序列，整理三相电压波形数据序列；根据三相电压波形数据序列，计算电压的频率和有效值；获取电压偏差和电压频率偏差结果，对电压频率偏差结果进行FFT处理；对电压FFT处理结果进行谐波指标计算和三相不平衡计算，生成电压电能质量特征文件。

如图3所示，整个主控模块110进行电压电能质量分析的过程包括如下：主控模块110启动电压电能质量数据处理线程→对电压参数进行存储并且获取电压波形序列→整理三相电压波形数据序列→根据三相电压波形数据序列→计算电压的频率和有效值→获取电压偏差和电压频率偏差结果→对电压频率偏差结果进行FFT处理→对电压FFT处理结果进行谐波指标计算和三相不平衡计算，生成电压电能质量特征文件→将生成电压电能质量特征文件通过无线通信模块130上传至后台服务器。具体来说，电压电能质量数据处理即通过电压的数据进行电能质量各个指标量的计算，由于一个配电房内，各处设备是共母线设计的，其电压电能质量终端仅会安装1个节点。

在其中一个实施例中，主控模块110还用于根据配电网运行电流参数，获取三相电流波形数据序列；根据三相电流波形数据序列，计算电流的频率和有效值；获取电流偏差和电流频率偏差结果，对电流频率偏差结果进行FFT处理；对电流FFT处理结果进行谐波指标计算和三相不平衡计算，生成电流电能质量特征文件。

如图4所示，整个主控模块110进行电流电能质量分析的过程包括如下：主动模块启动电流电能质量分析线程→根据配电网端中汇集节点配置信息生成的电流传感器耦合关系→分别读取每一对耦合关系的电流数据(包括单个ABC三相电流)→对单个ABC三相电流数据处理→获取三相电流波形数据序列→根据三相电流波形数据序列→计算电流的频率和有效值→获取电流偏差和电流频率偏差结果→对电流频率偏差结果进行FFT处理→对电流FFT处理结果进行谐波指标计算和三相不平衡计算→生成电流电能质量特征文件→将生成电流电能质量特征文件通过无线通信模块130上传至后台服务器。具体来说，电流电能质量数据处理的逻辑同电压量，不同在于电流量需要首先根据汇集节点中配置的信息，进行电流传感器耦合关系建立，之后进行处理电流电能质量分析。这里需要进行耦合的原因是电流包括ABC三相，其不同于电压共母线采集，进行电流电能质量分析时需要针对单个(单组)ABC三相电流进行分析，因此，这里需要先进行耦合关系建立处理。汇集节点中配置的信息可以是预先配针对配电网端中电流传感器所处电流采集节点设置的，即明确哪几个电流传感器采集的电流数据属于耦合关系，其采集电流数据构成单个ABC三相电流。

在其中一个实施例中，主控模块110还用于缓存接收到的配电网运行电参数；当配电网运行电参数成功解密时，判断配电网运行电参数是否为白名单对象上传；若是，则对解密后的配电网运行电参数进行电能质量分析；若否，则擦除缓存。

如图5所示，主控模块110针对接收到的数据还会进行验证，先判断接收到的配电网运行电参数是否可以成功解密，若能够成功解密则进一步判断数据上传对象是否为白名单；若不能成功解密表明数据是未知身份者上传的(非法对象上传)，丢弃这部分数据；若为白名单对象上传，则对解密后的配电网运行电参数进行电能质量分析，若不为白名单对象上传，则擦除缓存，丢弃这部分数据。具体来说，下级数据获取过程是一个循环过程，配电网电能质量监测终端上电后，主控模块110循环进行上述操作，不断的收集下级传感器上传的数据。部分数据通过伪装后能模拟数据接收头部的数据编码，此时主控模块110也会触发缓存信息，继通过能否正常解密和是否为白名单内的终端两级判别，符合要求的数据才会存储分析，不符合要求的异常数据或网络攻击数据均将直接擦除。

如图2所示，在其中一个实施例中，上述配电网电能质量监测终端还包括RJ45模块150和RS485模块160，RJ45模块150用于采用IEC 61850协议将电能质量分析结果上传至后台服务器，RS485模块160用于采用MODBUS协议将电能质量分析结果上传至后台服务器。

RJ45模块150提供标准的网线输出，其将接收主控模块110分析后的数据，通过网线，采用IEC 61850协议将数据传输至后台服务器。RS485模块160提供标准的485信号输出，其将接收主控模块110分析后的数据，采用MODBUS协议将数据传输至后台服务器。非必要的，如图2所示，上述配电网电能质量监测终端还包括存储模块170，存储模块170与主控模块110连接，存储模块接收主控模块110分析后的数据，保存在本地。

如图2所示，在其中一个实施例中，上述配电网电能质量监测终端还包括电源模块170，电源模块180分别与主控模块110、多模定位时钟模块120、无线通信模块130以及多个局域通信模块140分别连接。

电源模块180用于分别对主控模块110、多模定位时钟模块120、无线通信模块130以及多个局域通信模块140供电，另外电源模块还受到主控模块110控制。在实际应用中，如图2所示，电源模块180为所有模块进行供电，包括2个局域通信模块140、主控模块110、GPS/北斗双模模块120、4G模块130、RJ45模块150、485模块160、存储模块170。同时电源模块170受主控模块110控制，主控模块110可以控制电源模块的各个输出，实现整个终端的低功耗控制。

在实际应用中，如图2所示，主控模块110是整个汇集终端的核心，其将控制所有模块的工作状态；同时其将接收局域通信模块传输过来的终端数据，在主控模块110内部进行数据分析，然后将数据传输至4G模块、RJ45模块、485模块；此外，主控模块110会循环接收GPS/北斗模块输出的秒脉冲，不停刷新内部时间，并将内部时间通过两路局域通信模块下发至电压/电流电能质量监测终端。

本申请配电网电能质量监测终端中主控模块采用上述实施例中的处理方式和处理流程，整个配电网电能质量监测终端在工作时，实际处理工作流程包括如下步骤：

1、获取GPS信号，更新本地时间；

2、控制各个模块；

3、下发下级设备工作命令；

4、接收电压电能质量终端数据；

5、接收电流电能质量终端数据；

6、电能质量数据计算与PQDIF(电能质量数据转换格式)文件生成；

7、PQDIF文件存储；

8、数据按照IEC61850(International Electro technical Commission，国际电工委员会)格式编写；

9、数据按照MODBUS(Modbus protocol，Modbus通讯协议)协议编写；

10、通过4G和RS485采用MODBUS传输PQDIF文件；

11、通过RJ45采用IEC61850传输PQDIF文件。

如图6，在实际应用中，本申请配电网电能质量监测终端具备对应的结构外壳，结构外壳将提供空间安装所有电器元器件，同时外壳可以方便安装。外壳上的对外接口包括：2路局域通信模块天线接口、GPS天线接口、4G天线接口、RJ45接口、485接口、供电电源接口，这些接口外接入的电缆和天线都是可拆卸的；同时，结构外壳将提供多个指示灯指示终端运行状态，包括电源指示灯、上行数据状态指示灯、下行数据状态指示灯。

整个配电网电能质量监测终端其主要功能有4点：

1)同下级的电压/电流终端建立数据链路，接收下级终端传输的监测数据；

2)向下级终端发送控制指令，控制终端工作状态，下发准确时刻。

3)数据处理，配电网电能质量监测终端可以边缘计算，实现下级终端数据的深度计算，计算功率、三相不平衡、谐波等电能质量特征参数。

4)数据远程传输，汇集终端按照PQDIF格式整理数据，支持多种远传方式，支持IEC61850协议。

另外，如图7所示，本申请还提供一种配电网电能质量监测系统，包括电网运行参数采集装置200、后台服务器300以及如上述的配电网电能质量监测终端100；

电网运行参数采集装置200与配电网电能质量监测终端100中多个局域通信模块140连接，后台服务器300与配电网电能质量监测终端100中无线通信模块连接。

上述配电网电能质量监测系统，包括电网运行参数采集装置、后台服务器以及如上述的配电网电能质量监测终端，电网运行参数采集装采集配电网端的配电网运行电参数，并将配电网运行电参数发送至配电网电能质量监测终端，配电网电能质量监测终端根据接收到的配电网运行电参数进行电能质量分析，并中继转发至后台服务器，良好实现电能质量分析。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种配电网电能质量监测终端，其特征在于，包括主控模块以及分别与所述主控模块连接的多模定位时钟模块、无线通信模块和多个局域通信模块；

各局域通信模块分别接收不同类型的配电网运行电参数、并将所述配电网运行电参数发送至所述主控模块，所述多模定位时钟模块发送时钟参考信号至所述主控模块，所述主控模块根据所述时钟参考信号进行时钟校准，并根据所述配电网运行电参数进行配电网电能质量分析，并将电能质量分析结果通过所述无线通信模块上传至后台管服务器。

2.根据权利要求1所述的配电网电能质量监测终端，其特征在于，所述配电网运行电参数包括电压参数和电流参数；

所述主控模块还用于根据配电网运行电压参数进行电压电能质量分析以及根据配单网运行电流参数进行电流电能质量分析，将电压电能质量分析结果以及电流电能质量分析结果上传至后台服务器。

3.根据权利要求2所述的配电网电能质量监测终端，其特征在于，所述主控模块还用于根据配电网运行电压参数获取电压波形序列，整理三相电压波形数据序列；根据三相电压波形数据序列，计算电压的频率和有效值；获取电压偏差和电压频率偏差结果，对所述电压频率偏差结果进行FFT处理；对电压FFT处理结果进行谐波指标计算和三相不平衡计算，生成电压电能质量特征文件。

4.根据权利要求3所述的配电网电能质量监测终端，其特征在于，所述主控模块还用于根据配电网运行电流参数，获取三相电流波形数据序列；根据三相电流波形数据序列，计算电流的频率和有效值；获取电流偏差和电流频率偏差结果，对所述电流频率偏差结果进行FFT处理；对电流FFT处理结果进行谐波指标计算和三相不平衡计算，生成电流电能质量特征文件。

5.根据权利要求1所述的配电网电能质量监测终端，其特征在于，所述主控模块还用于缓存接收到的配电网运行电参数；当所述配电网运行电参数成功解密时，判断所述配电网运行电参数是否为白名单对象上传；若是，则对解密后的所述配电网运行电参数进行电能质量分析；若否，则擦除缓存。

6.根据权利要求1所述的配电网电能质量监测终端，其特征在于，还包括RJ45模块和RS485模块，所述RJ45模块用于采用IEC 61850协议将所述电能质量分析结果上传至所述后台服务器，所述RS485模块用于采用MODBUS协议将所述电能质量分析结果上传至所述后台服务器。

7.根据权利要求1所述的配电网电能质量监测终端，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块分别与所述主控模块、所述多模定位时钟模块、所述无线通信模块以及所述多个局域通信模块分别连接。

8.根据权利要求1所述的配电网电能质量监测终端，其特征在于，所述多模定位时钟模块包括GPS/北斗双模模块。

9.根据权利要求1所述的配电网电能质量监测终端，其特征在于，所述多个局域通信模块包括第一局域通信模块和第二局域通信模块，所述第一局域通信模块接收配电网运行电压参数，所述第二局域通信模块接收配电网运行电流参数。

10.一种配电网电能质量监测系统，其特征在于，包括电网运行参数采集装置、后台服务器以及如权利要求1-9任意一项所述的配电网电能质量监测终端；

所述电网运行参数采集装置与所述配电网电能质量监测终端中所述多个局域通信模块连接，所述后台服务器与所述配电网电能质量监测终端中无线通信模块连接。

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