CN111131417A - 一种变电站计量监测分析系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变电站计量监测分析系统及方法，所述系统包括：计量用合并单元、集中计量装置、光纤通信智能电能表、电能量采集终端和电能计量监测分析装置；所述系统按照总体设计标准化，功能模块独立化，设备互换灵活化，数据算法通用化的思路开展研究，形成包括智慧变电站集中计量、检测能力、数据深化应用在内的完整计量体系；能够实现变电站内合并单元和电能表数据信息的统一管理和应用；能够保证在运数字化电能计量设备的准确度，是数字化集中计量设备推广应用的关键环节；搭建站内电能计量数据平台，开发状态评估算法库，基于数据驱动的方法评估数字化集中计量设备的运行状态，可为运行单位提供智能化运维服务和智能化检测方案。

Description

一种变电站计量监测分析系统及方法
技术领域
本发明涉及计量校准领域，并且更具体地，涉及一种变电站计量监测分析系统及方法。
背景技术
近年来，大数据、云计算、物联网、移动互联、人工智能等一系列技术日新月异，工业生产模式正在发生重大变革。但与此相比，变电站设计和变电运检模式明显滞后。变电设备与智能化相距甚远，日常工作仍沿袭20年前传统，大量工作仍采用人工就地操作、手动抄录、现场频繁往返等形式，新技术的优势未能得到充分利用和有效发挥。随着变电站数量显著增加，变电容量成倍增长，运检工作量日渐繁重，有限的人员数量增长和人员结构问题日益突出。传统变电站计量系统分为变电站本地端和远方主站，其中本地端主要由PT、CT、合并单元、数字化电能表、智能电能表组成，如图1所示。
在计量方面，与传统电能计量系统相比，尽管数字化电能计量系统已经实现了数字化传输，但还缺乏全站数字化电能计量以及智能化运维方案，制约了数字化计量系统的发展，主要问题表现在以下几个方面：一是没有形成全站计量设备和计量数据集中管理的变电站计量技术，通信、采集技术仍然采用数十年前的标准，计量数据难以共享，数字化计量系统在数据传输方面的优势不明显；二是缺乏现场计量设备智能检测方案和品级评价方法，无法及时发现数字化计量设备异常的状况，造成检修不足；三是数字化电能计量系统数据智能应用程度不高，全站计量设备产生的海量高频数据没有充分应用，缺乏数字化计量设备状态的评估方法，计量设备的状态信息无法感知，不利于在运数字化计量设备运维。
发明内容
本发明提出一种变电站计量监测分析系统及方法，以解决如何实现智能变电站的计量和监测的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种变电站计量监测分析系统，所述系统包括：
计量用合并单元，与集中计量装置相连接，用于对获取的高压端的电压数据和电流数据进行合并，获取电压电流数据报文，并将所述电压电流数据报文发送至集中计量装置；其中，所述计量用合并单元至少为一个；
集中计量装置，与电能采集终端相连接，用于根据所述电压电流数据报文确定第一电能数据，并将所述电量数据发送至电能采集终端；
光纤通信智能电能表，与电能量采集终端相连接，用于根据获取的中压端的电压数据和电流数据，确定电能表计量数据，并将所述电能表计量数据发送至电能量采集终端；
电能量采集终端，通过调度数据网络与外部设备和电能计量监测分析装置相连接，用于通过调度数据网络将所述第一电能数据和电能表计量数据分别发送至外部设备；
电能计量监测分析装置，用于通过计量专用网络获取所述第一电能数据，根据通过自动化专网获取的计量用合并单元的过程层网络数据确定第一电能校准数据，并将所述第一电能数据与第一电能校准数据进行比对，以对所述集中计量装置进行校验。
优选地，其中所述外部设备，包括：电能计量计费系统和计量系统主站，所述计量系统主站用于与变电站本地系统、营销业务系统和计量调度生产平台进行数据调度和分析。
优选地，其中所述电能计量监测分析装置，还用于：对二次回路进行监测，进行报文质量分析，进行电能信息分析，进行智能巡视和对计量设备的状态进行评估。
优选地，其中所述系统还包括：
时钟服务器，用于发送时钟同步脉冲至变电站计量监测分析系统的计量设备，以实现计量设备的同步时钟采集。
优选地，其中所述电能计量监测分析装置，还用于：
通过计量专用网络获取所述电能表计量数据。
根据本发明的另一个方面，提供了一种变电站计量监测分析方法，所述方法包括：
计量用合并单元对获取的高压端的电压数据和电流数据进行合并，获取电压电流数据报文，并将所述电压电流数据报文发送至集中计量装置；
集中计量装置根据所述电压电流数据报文确定第一电能数据，并将所述电量数据发送至电能采集终端；
光纤通信智能电能表根据获取的中压端的电压数据和电流数据，确定电能表计量数据，并将所述电能表计量数据发送至电能量采集终端；
电能量采集终端通过调度数据网络将所述第一电能数据和电能表计量数据分别发送至外部设备；
电能计量监测分析装置通过计量专用网络获取所述第一电能数据，根据通过自动化专网获取的计量用合并单元的过程层网络数据确定第一电能校准数据，并将所述第一电能数据与第一电能校准数据进行比对，以对所述集中计量装置进行校验。
优选地，其中所述外部设备，包括：电能计量计费方法和计量方法主站，所述计量方法主站用于与变电站本地方法、营销业务方法和计量调度生产平台进行数据调度和分析。
优选地，其中所述方法还包括：
电能计量监测分析装置对二次回路进行监测，进行报文质量分析，进行电能信息分析，进行智能巡视和对计量设备的状态进行评估。
优选地，其中所述方法还包括：
时钟服务器发送时钟同步脉冲至变电站的电能计量方法的计量设备，以实现计量设备的同步时钟采集。
优选地，其中所述方法还包括：
电能计量监测分析装置通过计量专用网络获取所述电能表计量数据。
本发明提供了一种变电站计量监测分析系统及方法，所述系统按照总体设计标准化，功能模块独立化，设备互换灵活化，数据算法通用化的思路开展研究，形成包括智慧变电站集中计量、检测能力、数据深化应用在内的完整计量体系。所述系统能够实现变电站内合并单元和电能表数据信息的统一管理和应用；研究智慧变电站集中计量设备检测技术，可以保证在运数字化电能计量设备的准确度，是数字化集中计量设备推广应用的关键环节；搭建站内电能计量数据平台，开发状态评估算法库，基于数据驱动的方法评估数字化集中计量设备的运行状态，可以为运行单位提供智能化运维服务和智能化检测方案。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为现有的变电站计量监测分析系统的结构示意图；
图2为根据本发明实施方式的变电站计量监测分析系统200的结构示意图；
图3为根据本发明实施方式的变电站计量监测分析系统的架构图；以及
图4为根据本发明实施方式的变电站的电能计量方法400的流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图2为根据本发明实施方式的变电站计量监测分析系统200的结构示意图。如图2所示，本发明实施方式提供的变电站计量监测分析系统，按照总体设计标准化，功能模块独立化，设备互换灵活化，数据算法通用化的思路开展研究，形成包括智慧变电站集中计量、检测能力、数据深化应用在内的完整计量体系。所述系统能够实现变电站内合并单元和电能表数据信息的统一管理和应用；研究智慧变电站集中计量设备检测技术，可以保证在运数字化电能计量设备的准确度，是数字化集中计量设备推广应用的关键环节；搭建站内电能计量数据平台，开发状态评估算法库，基于数据驱动的方法评估数字化集中计量设备的运行状态，可以为运行单位提供智能化运维服务和智能化检测方案。本发明实施方式提供的变电站计量监测分析系统200，包括：计量用合并单元201、集中计量装置202、光纤通信智能电能表203、电能量采集终端204和电能计量监测分析装置205。
优选地，所述计量用合并单元201，与集中计量装置相连接，用于对获取的高压端的电压数据和电流数据进行合并，获取电压电流数据报文，并将所述电压电流数据报文发送至集中计量装置；其中，所述计量用合并单元至少为一个。
优选地，所述集中计量装置202，与电能采集终端相连接，用于根据所述电压电流数据报文确定第一电能数据，并将所述电量数据发送至电能采集终端。
优选地，所述光纤通信智能电能表203，与电能量采集终端相连接，用于根据获取的中压端的电压数据和电流数据，确定电能表计量数据，并将所述电能表计量数据发送至电能量采集终端。
优选地，所述电能量采集终端204，通过调度数据网络与外部设备和电能计量监测分析装置相连接，用于通过调度数据网络将所述第一电能数据和电能表计量数据分别发送至外部设备。
优选地，其中所述外部设备，包括：电能计量计费系统和计量系统主站，所述计量系统主站用于与变电站本地系统、营销业务系统和计量调度生产平台进行数据调度和分析。
优选地，所述电能计量监测分析装置205，用于通过计量专用网络获取所述第一电能数据，根据通过自动化专网获取的计量用合并单元的过程层网络数据确定第一电能校准数据，并将所述第一电能数据与第一电能校准数据进行比对，以对所述集中计量装置进行校验。
优选地，其中所述电能计量监测分析装置，还用于：对二次回路进行监测，进行报文质量分析，进行电能信息分析，进行智能巡视和对计量设备的状态进行评估。
优选地，其中所述电能计量监测分析装置，还用于：
通过计量专用网络获取所述电能表计量数据。
优选地，其中所述系统还包括：
时钟服务器，用于发送时钟同步脉冲至变电站计量监测分析系统的计量设备，以实现计量设备的同步时钟采集。
图3为根据本发明实施方式的变电站计量监测分析系统的架构图。如图3所示，本发明实施方式提供的变电站计量监测分析系统中，开发了计量专用合并单元，以实现多通道高速信号同步采集、计量通道自监测、自校准、网络溯源和设备运行状态评估使用。光纤通信智能电能表替代原有电能表，以光纤以太网为数据通道，实现全双工高速数据传输。使用集中计量装置实现整个100kV计量关口的集中计量，极大的减少了设备数目。集中计量装置具备实时监测、远程维护、快速扩展、自动巡检、多路计量等功能，提高了计量设备运维便利性，计量设备增加对时接口，利用站端的时钟服务器，实现整站计量设备高精度同步时钟采集。实时监测功能通过硬件来实现，对计量通道的监测；远程维护是软件来控制的，通过加密信道可以设置该装置的状态、参数等设定信息；快速扩展，是由硬件特性决定的，它的设计是板卡插槽的形式，安装的时候不会把所有的板卡都插满，后期如果有需求，再插入新的板卡；自动巡检，状态监测系统软件功能，软件定期的读取下面装置的参数信息与数据库当中的数据进行对比，看是否发生配置更改，设备更换，或者设备本身是否发出错误、报警指令。多路计量，集中计量装置本身硬件支持该功能，在设计时就具备多个通道，可以完成多个电能计量点的电能量计算功能。站端的计量设备统一使用计量专用网络实现数据的高速共享和信息的全传输。增加了电能计量监测分析装置，用于实现整站计量数据全采集和边缘计算高级分析功能。
电能计量监测分析装置具备计量数据在线监测、二次回路监测、报文质量分析、电能信息分析、智能巡视、计量设备状态评估等功能。在云端增加计量系统主站，实现远程运维和数据分析。电能计量监测分析装置通过计量专用网络可以获取到集中计量装置和光纤电能表的数据；通过自动化专网，可以获取合并单元的过程层网络数据，这两个网络一起就可以把整站的全部计量数据都采集到，由于这个电能计量监测分析装置是一个服务器，具备计算的功能，可以对这些数据进行高级分析分工。
变电站计量系统还包括：计量系统主站，负责沟通变电站本地系统、营销业务系统、计量调度生产平台，完成基于大数据的高级计算功能。
与传统变电站计量监测分析系统相比，本发明实施方式的变电站计量监测分析系统从计量架构、硬件能力、溯源方式、数据平台四个方面全面提升，如表1所示。
表1传统变电站计量系统和本发明的智慧变电站计量监测分析系统对比表
Figure BDA0002317353090000071
在计量架构方面，本发明实施方式的变电站计量系统采用云边协同模式，增加计量状态监测分析功能，实现远程分析定位计量异常；硬件能力方面，使用B码对时，精度可达到微秒级别，实现全站同步数据采集，上传频率提高为96点/天，最高支持288点/天，可有效支撑电力现货交易，采用面向对象协议，支持光纤网络传输，有效解决带宽限制；量值溯源方式上，在计量用合并单元上使用自校准芯片构建误差自监测网络，计量设备可实现基于大数据的计量误差状态预测；构建数据平台，支持海量数据存储，方便故障分析，分析软件采用APP方式，方便拓展，用户可基于科研与商务需求开发自定义功能。计量监测分析系统功能分为感知层数据采集、边缘计算和计量高级分析功能。感知层负责变电站计量数据全方位采集，目的是为了建立计量大数据平台，为高级分析功能提供原始数据，同时提升现场计量设备异常故障查询效率。边缘计算是在站端实现计量数据质量分析，异常计量设备状态精准分析，辅助变电站安全运行。该部分采用功能模块APP化模式，用户可根据科研和现场需求，进行定制化功能开发，通过在智慧变电站站端边缘计算，可减小网络流量负荷，方便现场运维。计量高级分析功能可预测计量设备误差、评价计量设备状态，依托大数据平台分析，制定计量设备检修规划，提升设备检修效率，指导设备选购和改进，是电网数据深化应用的一个典型。
图4为根据本发明实施方式的变电站的电能计量方法400的流程图。如图4所示，本发明实施方式提供的变电站的计量监测分析方法从步骤401处开始，在步骤401计量用合并单元对获取的高压端的电压数据和电流数据进行合并，获取电压电流数据报文，并将所述电压电流数据报文发送至集中计量装置。
在步骤402，集中计量装置根据所述电压电流数据报文确定第一电能数据，并将所述电量数据发送至电能采集终端。
在步骤403，光纤通信智能电能表根据获取的中压端的电压数据和电流数据，确定电能表计量数据，并将所述电能表计量数据发送至电能量采集终端。
在步骤404，电能量采集终端通过调度数据网络将所述第一电能数据和电能表计量数据分别发送至外部设备。
优选地，其中所述外部设备，包括：电能计量计费方法和计量方法主站，所述计量方法主站用于与变电站本地方法、营销业务方法和计量调度生产平台进行数据调度和分析。
在步骤405，电能计量监测分析装置通过计量专用网络获取所述第一电能数据，根据通过自动化专网获取的计量用合并单元的过程层网络数据确定第一电能校准数据，并将所述第一电能数据与第一电能校准数据进行比对，以对所述集中计量装置进行校验。
优选地，其中所述方法还包括：电能计量监测分析装置对二次回路进行监测，进行报文质量分析，进行电能信息分析，进行智能巡视和对计量设备的状态进行评估。
优选地，其中所述方法还包括：时钟服务器发送时钟同步脉冲至变电站的电能计量方法的计量设备，以实现计量设备的同步时钟采集。
优选地，其中所述方法还包括：电能计量监测分析装置通过计量专用网络获取所述电能表计量数据。
本发明的实施例的变电站的电能计量方法400与本发明的另一个实施例的变电站计量监测分析系统200相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变电站计量监测分析系统，其特征在于，所述系统包括：
计量用合并单元，与集中计量装置相连接，用于对获取的高压端的电压数据和电流数据进行合并，获取电压电流数据报文，并将所述电压电流数据报文发送至集中计量装置；其中，所述计量用合并单元至少为一个；
集中计量装置，与电能采集终端相连接，用于根据所述电压电流数据报文确定第一电能数据，并将所述电量数据发送至电能采集终端；
光纤通信智能电能表，与电能量采集终端相连接，用于根据获取的中压端的电压数据和电流数据，确定电能表计量数据，并将所述电能表计量数据发送至电能量采集终端；
电能量采集终端，通过调度数据网络与外部设备和电能计量监测分析装置相连接，用于通过调度数据网络将所述第一电能数据和电能表计量数据分别发送至外部设备；
电能计量监测分析装置，用于通过计量专用网络获取所述第一电能数据，根据通过自动化专网获取的计量用合并单元的过程层网络数据确定第一电能校准数据，并将所述第一电能数据与第一电能校准数据进行比对，以对所述集中计量装置进行校验。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述外部设备，包括：电能计量计费系统和计量系统主站，所述计量系统主站用于与变电站本地系统、营销业务系统和计量调度生产平台进行数据调度和分析。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电能计量监测分析装置，还用于：对二次回路进行监测，进行报文质量分析，进行电能信息分析，进行智能巡视和对计量设备的状态进行评估。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
时钟服务器，用于发送时钟同步脉冲至变电站计量监测分析系统的计量设备，以实现计量设备的同步时钟采集。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电能计量监测分析装置，还用于：
通过计量专用网络获取所述电能表计量数据。
6.一种使用如权利要求1-5中任一项所述的变电站计量监测分析系统进行计量监测分析的方法，其特征在于，所述方法包括：
计量用合并单元对获取的高压端的电压数据和电流数据进行合并，获取电压电流数据报文，并将所述电压电流数据报文发送至集中计量装置；
集中计量装置根据所述电压电流数据报文确定第一电能数据，并将所述电量数据发送至电能采集终端；
光纤通信智能电能表根据获取的中压端的电压数据和电流数据，确定电能表计量数据，并将所述电能表计量数据发送至电能量采集终端；
电能量采集终端通过调度数据网络将所述第一电能数据和电能表计量数据分别发送至外部设备；
电能计量监测分析装置通过计量专用网络获取所述第一电能数据，根据通过自动化专网获取的计量用合并单元的过程层网络数据确定第一电能校准数据，并将所述第一电能数据与第一电能校准数据进行比对，以对所述集中计量装置进行校验。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述外部设备，包括：电能计量计费方法和计量方法主站，所述计量方法主站用于与变电站本地方法、营销业务方法和计量调度生产平台进行数据调度和分析。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
电能计量监测分析装置对二次回路进行监测，进行报文质量分析，进行电能信息分析，进行智能巡视和对计量设备的状态进行评估。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
时钟服务器发送时钟同步脉冲至变电站的电能计量方法的计量设备，以实现计量设备的同步时钟采集。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
电能计量监测分析装置通过计量专用网络获取所述电能表计量数据。
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