CN110943539A - 一种基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统，包括综合能源服务云平台、用户终端、监测中心服务器、RFID设备、电能质量监测及补偿设备；用户终端通过TCP/IP协议与综合能源服务云平台进行通信；用户终端通过HTTP协议与监控中心服务器进行通信；综合能源服务云平台通过TCP/IP协议与监控中心服务器进行通信；RFID设备通过HTTP协议与监控中心服务器进行通信；电能质量监测及补偿设备分别与综合能源服务云平台及监控中心服务器基于UPIoT网络构成的通信组件进行通信连接，利用电能质量监测及补偿设备采集局域电网及其设备的相关数据，并在一个局域电网内设置多个具有连续自动监测功能的监测点，实现对局域电网电能质量的连续自动监测与补偿及远程监控管理。

Description

一种基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统
技术领域
本发明涉及电力物联网技术应用领域，具体地涉及一种基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统。
背景技术
随着大量分布式新能源及铁路电气化、电动汽车充电桩、变频设备、整流装置等非线性用电设备接入，电力系统可靠性、电能质量和安全性正受到巨大挑战，由于这些非线性、不平衡以及闪变冲击性用户增加，电力系统特别是局域电网产生电压偏差、谐波污染等电能质量问题日趋严重，不能及时治理电能质量污染将导致电能利用率降低、设备发热、停电等问题，并可能带来严重的经济损失。我国为此已颁布GB/T14549-93《电能质量-公用电网谐波》等众多电能质量的国家标准，使无功补偿装置和谐波治理得以快速发展。但现有的电能质量监测补偿系统多数还处于人工调节干预等阶段，自动化程度低、治理效率低下，对局域电网安全运行存在较大隐患。
发明内容
本发明实施例提出的一种基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统，旨在提高局域电网或用电设备电能质量治理效率和效能，更加有效地保护电网及区域内用电设备安全，实现远程监控管理和无人值守，减少人工，使电能质量符合国家技术标准要求，保证电网运行安全。
第一方面，本发明实施例提供一种基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统，包括综合能源服务云平台、用户终端、监测中心服务器、RFID设备以及电能质量监测及补偿设备；其中，所述用户终端通过TCP/IP协议与所述综合能源服务云平台进行通信；所述用户终端通过HTTP协议与所述监控中心服务器进行通信；所述综合能源服务云平台通过TCP/IP协议所述监控中心服务器进行通信；所述RFID设备通过HTTP协议与所述监控中心服务器进行通信；所述电能质量监测及补偿设备通过第一无线通信组件分别与所述综合能源服务云平台以及所述监控中心服务器基于UPIoT网络构成的通信组件进行通信；
所述RFID设备，用于获取局域电网用电设备的用电用户信息以及用电设备信息，并将所述用电用户信息以及用电设备信息传输至所述监测中心服务器；
所述监测中心服务器，用于接收所述RFID设备发送的所述用电用户信息以及用电设备信息，并将所述用电用户信息以及用电设备信息发送至用户终端以及所述综合能源服务云平台，或者接收所述用户终端以及所述综合能源服务云平台发送的查询待监测局域电网用电设备；
所述用户终端，用于获取用户通过所述用户终端选择监控的局域电网，并向综合能源服务云平台发送查询监测设备的电能数据信息指令，以及接收电能质量监测及补偿设备根据查询命令通过综合能源服务云平台发送的电能数据信息，以实现远程实时可视监测；
所述综合能源服务云平台，用于将所述电能数据信息发送给用户终端及所述监控中心服务器，或者用于接收用户终端发送的查询监测设备的电能数据信息指令，以及接收所述监测中心服务器发送的所述用电用户信息以及用电设备信息；
所述电能质量监测及补偿设备，用于采集局域电网用电设备的电能数据信息，并根据所述电能数据信息计算补偿电流值，同时在判断所述补偿电流值超过预设阈值时，输出补偿电流注入所述局域电网，实现对局域电网用电设备的电能质量连续监测与补偿治理，同时接收所述综合能源服务云平台或所述监测中心服务器发送的查询监测设备的电能数据信息指令，并发送对应的电能数据信息至所述综合能源服务云平台所述监测中心服务器。
优选地，基于UPIoT网络构成的通信组件包括第一无线通信组件、第二无线通信组件，则所述电能质量监测及补偿设备包括：第一无线通信组件、第二无线通信组件、电能质量终端控制器组件、多个用于采集局域电网用电设备的电能数据信息的智能传感器、补偿电流输出功率IC组件；其中，所述电能质量终端控制器组件分别与所述第一无线通信组件、所述第二无线通信组件、所述智能传感器、所述补偿电流输出功率IC组件电连接；
所述智能传感器，用于采集局域电网用电设备的电能数据信息，并将所述电能数据信息通过第二无线通信组件发送至电能质量终端控制器组件；其中，所述电能数据信息包括电网及负载侧电能参数以及温、湿度环境类非电量参数；
所述电能质量终端控制器组件，用于接收所述智能传感器发送的所述电能数据信息，并根据所述电能数据信息计算补偿电流值，同时在判断所述补偿电流值超过预设阈值时，发送补偿指令至所述补偿电流输出功率IC组件；
所述补偿电流输出功率IC组件，用于接收所述电能质量终端控制器组件发送的所述补偿指令，并根据所述补偿指令输出补偿电流注入所述局域电网，实现对局域电网用电设备的电能质量连续监测与补偿治理。
所述第一无线通信组件，用于将所述电能数据信息通过综合能源服务云平台发送给用户终端或者用于接收用户终端通过所述综合能源服务云平台发送的查询监测设备的电能数据信息指令。
优选地，所述第一无线通信组件包括GPRS无线终端、GPRS网关、通信模块；所述电能质量终端控制器组件通过RS232串口与所述GPRS无线终端进行通信；所述无线终端通过通信模块与所述GPRS网络进行通信；其中，所述通信模块为电力无线专网络、电力光纤通信网络、GPRS通信网络。
优选地，所述第二无线通信组件为NB-IOT网络通信模块、ZigBee网络通信模块、蓝牙通信模块、LoRa网络通信模块或5G通信模块。
优选地，所述补偿电流输出功率IC组件包括PWM脉冲驱动电路、IGBT功率、并网电抗器及补偿电容器。
优选地，还包括边缘计算组件，所述边缘计算组件分别与所述电能质量终端控制器组件以及所述智能传感器电连接，所述边缘计算组件用于对所述智能传感器采集的所述电能数据信息就地分析，并将分析结果传输至所述电能质量终端控制器组件。
优选地，所述所述电能质量终端控制器组件包括处理器及外围电路，所述处理器采用DSP嵌入式芯片或FPGA+ARM，所述外围电路包括内置的通信接口、信号接口、存储器和人机交互接口。
优选地，所述RFID设备设置于局域电网用电设备上，所述RFID设备包括RFID电子标签和读卡器。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明提供了一种基于UPIoT的电能质量监测补偿系统，可采用NB-IoT、ZigBee、LoRa等UPIoT技术，通过在待监测局域电网内组建无线网络，利用RFID设备以及电能质量监测补偿设备内的智能传感器远程采集局域电网及其设备的相关数据，且监测元件可以多点布置，改变了传统的现场总线通信方式，通过在一个局域电网内设置多个具有连续自动监测功能的监测点，实现对所述局域电网电能质量的连续自动监测与补偿，构成一个连续的自动监测和补偿系统，还同时兼顾对所述局域电网内客户、用电设备的帐卡物动态管理，能够有效提高局域电网用电设备电能质量治理效率和效能，更加有效地保护电网及区域内用电设备安全，实现远程监控管理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的电能质量监测及补偿设备的结构示意图；
图3为本发明实施例提供现有技术的补偿电流计算流程示意图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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。
本发明第一实施例：
参见图1，本发明实施例提供一种基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统，包括综合能源服务云平台2、用户终端1、监测中心服务器3、RFID设备4以及电能质量监测及补偿设备5；其中，所述用户终端1通过TCP/IP协议与综合能源服务云平台2进行通信；所述用户终端1通过HTTP协议与监控中心服务器3进行通信；所述综合能源服务云平台2通过TCP/IP协议所述监控中心服务器3进行通信；所述RFID设备4通过HTTP协议与所述监控中心服务器3进行通信；所述电能质量监测及补偿设备5分别与综合能源服务云平台2以及监控中心服务器3通信连接；其中，UPIoT也即泛在电力物联网。
在本实施例中，所述电能质量监测及补偿设备5，用于采集局域电网用电设备的电能数据信息，并根据所述电能数据信息计算补偿电流值，同时在判断所述补偿电流值超过预设阈值时，输出补偿电流注入所述局域电网，实现对局域电网用电设备的电能质量连续监测与补偿治理，同时接收所述综合能源服务云平台2或所述监测中心服务器3发送的查询监测设备的电能数据信息指令，并发送对应的电能数据信息至所述综合能源服务云平台2所述监测中心服务器3。
具体地，参见图2，所述电能质量监测及补偿设备5包括：第一无线通信组件51、第二无线通信组件53、电能质量终端控制器组件52、多个用于采集局域电网用电设备的电能数据信息的智能传感器55、补偿电流输出功率IC组件54；其中，所述电能质量终端控制器组件52分别与所述第一无线通信组件51、所述第二无线通信组件53、所述智能传感器55、所述补偿电流输出功率IC组件54电连接。
其中，所述智能传感器55，安装于待监测局域电网的用电设备上，用于采集局域电网用电设备的电能数据信息，并将所述电能数据信息通过第二无线通信组件53发送至电能质量终端控制器组件52；所述电能数据信息包括电网及负载侧电能参数以及温、湿度环境类非电量参数，电能参数包括电网侧和负载侧的电压、电流、直流、谐波电流、补偿电流、有功功率以及无功功率等参数。优选地，所述智能传感器55为MEMS传感器，当然，需要说明的是，所述智能传感器55根据实际用途选择，在此，本发明不再赘述。
其中，所述电能质量终端控制器组件52，用于接收所述智能传感器55发送的所述电能数据信息，并根据所述电能数据信息计算补偿电流值(通过现有技术的DFT及瞬时无功、不平衡电流算法计算补偿电流目标值)，同时在判断所述补偿电流值超过预设阈值时，发送补偿指令至所述补偿电流输出功率IC组件54；所述所述电能质量终端控制器组件52包括处理器及外围电路，所述处理器采用DSP嵌入式芯片或FPGA+ARM，所述外围电路包括内置的通信接口、信号接口、存储器和人机交互接口；所述通信接口可采用NB-IoT网络模块、ZigBee网络模块、LoRa网络模块与智能传感器55进行通信，当然，需要说明的是，所述通信模块根据实际组网及用途选择，在此本发明不再赘述。所述DSP嵌入式芯片的型号为TMS320F281X，当然，需要说明的是，所述DSP嵌入式芯片的型号根据实际用途选择，在此，本发明不再赘述。
其中，所述补偿电流输出功率IC组件54，用于接收所述电能质量终端控制器组件52发送的所述补偿指令，并根据所述补偿指令输出补偿电流注入所述局域电网，实现对局域电网用电设备的电能质量连续监测与补偿治理。其中，所述补偿电流输出功率IC组件54由PWM脉冲驱动电路、IGBT功率、并网电抗器及补偿电容器等电路组成；所述PWM脉冲驱动电路接收电能质量终端控制器组件52的补偿指令，然后通过IGBT功率等内部电路将需补偿的电流注入电网，实现电能质量治理。详细的请参阅图3所示现有技术的补偿电流计算流程示意图。
其中，所述第一无线通信组件51，用于将所述电能数据信息通过综合能源服务云平台2发送给用户终端或者用于接收用户终端1通过所述综合能源服务云平台2发送的查询监测设备的电能数据信息指令。所述第一无线通信组件包括GPRS无线终端、GPRS网关、通信模块；所述电能质量终端控制器组件通过RS232串口与所述GPRS无线终端进行通信；所述无线终端通过通信模块与所述GPRS进行通信；其中，所述通信模块为电力无线专网络、电力光纤通信网络、GPRS通信网络。
其中，所述第二无线通信组件53为NB-IOT网络通信模块、ZigBee网络通信模块、蓝牙通信模块、LoRa网络通信模块或5G通信模块，需要说明的是，所述通信模块根据实际组网及用途选择。
其中，还包括边缘计算组件56，所述边缘计算组件分别与所述电能质量终端控制器组件52以及所述智能传感器55电连接，所述边缘计算组件56用于对所述智能传感器55采集的所述电能数据信息就地分析，并将分析结果传输至所述电能质量终端控制器组件52。
其中，所述RFID设备4，用于获取局域电网用电设备的用电用户信息以及用电设备信息，并将所述用电用户信息以及用电设备信息传输至所述监测中心服务器3；其中，所述RFID设备4设置于局域电网用电设备上，包括RFID电子标签和读卡器。
其中，所述监测中心服务器3，用于接收所述RFID设备4发送的所述用电用户信息以及用电设备信息，并将所述用电用户信息以及用电设备信息发送至用户终端以及所述综合能源服务云平台，或者接收所述用户终端1以及所述综合能源服务云平台2发送的查询待监测局域电网用电设备。需要说明的是，所述监测中心服务器3有Session验证要求，用户终端1在登录时，需每次把保存的Session值提交，以保证登录安全，所述用户终端1可采用基于安卓的手机，正确登录后从监测中心服务器3获取用电客户、设备信息列表。
其中，所述用户终端，用于获取用户通过所述用户终端选择监控的局域电网，并向综合能源服务云平台发送查询监测设备的电能数据信息指令，以及接收电能质量监测及补偿设备根据查询命令通过综合能源服务云平台发送的电能数据信息，以实现远程实时可视监测；所述用户终端1可以是两个或多个物理实体构成，也可以是一个物理实体构成。例如，个人电脑、智能手机、车载终端、台式电脑、平板电脑或智能交互平板等等，在此，本发明不再赘述。
所述综合能源服务云平台2，用于将所述电能数据信息发送给用户终端1及所述监控中心服务器3，或者用于接收用户终端1发送的查询监测设备的电能数据信息指令，以及接收所述监测中心服务器3发送的所述用电用户信息以及用电设备信息。
综上，本发明公开了一种基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统，正常工作时，智能传感器52采集电网侧和负载侧的电压、电流、直流、谐波电流、补偿电流、有功功率、无功功率等电能数据信息，通过UPIoT的NB-IoT技术将采集的电能数据信息传输到电能质量终端控制器组件52，电能质量终端控制器组件52中根据现有补偿计算算法对电能数据信息进行分析计算处理，然后根据计算所得的结果发送指令给电流输出功率IC组件54由其内部电路输出补偿电流注入电网，以实现对局域电网电能质量的监测与补偿。同时，电能质量终端控制器组件52利用UPIoT之电力无线专网/GRPS网络与GRPS无线终端进行通信，并将电能数据信息传输到综合能源服务云平台2和监测中心服务器3，实现远程监测治理。本发明除对局域电网进行监测补偿，还能通过装于每个用电设备的RFID设备4对局域电网客户、设备进行帐卡物管理。所述RFID设备4将用户、设备信息传输给监测中心服务器3至用户终端1，同时用户终端1通过HTTP协议与监控中心服务器3通信，用户终端1能根据用户和设备列表选择要监控目标用电设备，然后通过TCP/IP协议向综合能源服务云平台3发送相应命令包，综合能源服务云平台3将命令包传输电能质量终端控制器组件52，电能质量终端控制器组件52接收指令后按要求将所需数据信息按原路回传用户终端1，实现移动终端查询等功能。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，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该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统，其特征在于，包括综合能源服务云平台、用户终端、监测中心服务器、RFID设备以及电能质量监测及补偿设备；其中，所述用户终端通过TCP/IP协议与所述综合能源服务云平台进行通信；所述用户终端通过HTTP协议与所述监控中心服务器进行通信；所述综合能源服务云平台通过TCP/IP协议所述监控中心服务器进行通信；所述RFID设备通过HTTP协议与所述监控中心服务器进行通信；所述电能质量监测及补偿设备分别与所述综合能源服务云平台以及所述监控中心服务器基于UPIoT网络构成的通信组件进行通信连接；
所述RFID设备，用于获取局域电网用电设备的用电用户信息以及用电设备信息，并将所述用电用户信息以及用电设备信息传输至所述监测中心服务器；
所述监测中心服务器，用于接收所述RFID设备发送的所述用电用户信息以及用电设备信息，并将所述用电用户信息以及用电设备信息发送至用户终端以及所述综合能源服务云平台，或者接收所述用户终端以及所述综合能源服务云平台发送的查询待监测局域电网用电设备；
所述用户终端，用于获取用户通过所述用户终端选择监控的局域电网，并向综合能源服务云平台发送查询监测设备的电能数据信息指令，以及接收电能质量监测及补偿设备根据查询命令通过综合能源服务云平台发送的电能数据信息，以实现远程实时可视监测；
所述综合能源服务云平台，用于将所述电能数据信息发送给用户终端及所述监控中心服务器，或者用于接收用户终端发送的查询监测设备的电能数据信息指令，以及接收所述监测中心服务器发送的所述用电用户信息以及用电设备信息；
所述电能质量监测及补偿设备，用于采集局域电网用电设备的电能数据信息，并根据所述电能数据信息计算补偿电流值，同时在判断所述补偿电流值超过预设阈值时，输出补偿电流注入所述局域电网，实现对局域电网用电设备的电能质量连续监测与补偿治理，同时接收所述综合能源服务云平台或所述监测中心服务器发送的查询监测设备的电能数据信息指令，并发送对应的电能数据信息至所述综合能源服务云平台所述监测中心服务器。
2.根据权利要求1所述的基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统，其特征在于，基于UPIoT网络构成的通信组件包括第一无线通信组件、第二无线通信组件，则所述电能质量监测及补偿设备包括：第一无线通信组件、第二无线通信组件、电能质量终端控制器组件、多个用于采集局域电网用电设备的电能数据信息的智能传感器、补偿电流输出功率IC组件；其中，所述电能质量终端控制器组件分别与所述第一无线通信组件、所述第二无线通信组件、所述智能传感器、所述补偿电流输出功率IC组件电连接；
所述智能传感器，用于采集局域电网用电设备的电能数据信息，并将所述电能数据信息通过第二无线通信组件发送至电能质量终端控制器组件；其中，所述电能数据信息包括电网及负载侧电能参数以及温、湿度环境类非电量参数；
所述电能质量终端控制器组件，用于接收所述智能传感器发送的所述电能数据信息，并根据所述电能数据信息计算补偿电流值，同时在判断所述补偿电流值超过预设阈值时，发送补偿指令至所述补偿电流输出功率IC组件；
所述补偿电流输出功率IC组件，用于接收所述电能质量终端控制器组件发送的所述补偿指令，并根据所述补偿指令输出补偿电流注入所述局域电网，实现对局域电网用电设备的电能质量连续监测与补偿治理。
所述第一无线通信组件，用于将所述电能数据信息通过综合能源服务云平台发送给用户终端或者用于接收用户终端通过所述综合能源服务云平台发送的查询监测设备的电能数据信息指令。
3.根据权利要求2所述的基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统，其特征在于，所述第一无线通信组件包括GPRS无线终端、GPRS网关、通信模块；所述电能质量终端控制器组件通过RS232串口与所述GPRS无线终端进行通信；所述无线终端通过通信模块与所述GPRS网络进行通信；其中，所述通信模块为电力无线专网络、电力光纤通信网络或GPRS通信网络。
4.根据权利要求2所述的基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统，其特征在于，所述第二无线通信组件为NB-IOT网络通信模块、ZigBee网络通信模块、蓝牙通信模块、LoRa网络通信模块或5G通信模块。
5.根据权利要求2所述的基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统，其特征在于，所述补偿电流输出功率IC组件包括PWM脉冲驱动电路、IGBT功率、并网电抗器及补偿电容器。
6.根据权利要求2所述的基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统，其特征在于，还包括边缘计算组件，所述边缘计算组件分别与所述电能质量终端控制器组件以及所述智能传感器电连接，所述边缘计算组件用于对所述智能传感器采集的所述电能数据信息就地分析，并将分析结果传输至所述电能质量终端控制器组件。
7.根据权利要求1所述的基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统，其特征在于，所述所述电能质量终端控制器组件包括处理器及外围电路，所述处理器采用DSP嵌入式芯片或FPGA+ARM，所述外围电路包括内置的通信接口、信号接口、存储器和人机交互接口。
8.根据权利要求7所述的基于UPIoT的电能质量监测及补偿系统，其特征在于，所述RFID设备设置于局域电网用电设备上，所述RFID设备包括RFID电子标签和读卡器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN111337782A (zh) * 2020-04-03 2020-06-26 苏州华电电气股份有限公司 主变偏磁带电监测系统
CN111740494A (zh) * 2020-06-14 2020-10-02 石霜霜 基于边缘计算和云计算的数据管理方法及边缘计算平台
CN112003376A (zh) * 2020-08-28 2020-11-27 河南赛贝电子科技有限公司 一种分布式网格化电能质量在线监测治理系统
CN113300472A (zh) * 2021-06-21 2021-08-24 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司 一种防爆型电气设备电源管理的方法和装置

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