CN111181246B - 一种基于智能断路器的能耗分析方法及系统 - Google Patents

一种基于智能断路器的能耗分析方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于智能断路器的能耗分析方法及系统，该方法包括：利用智能断路器作为数据采集终端设备，采集断路器本体上的电流、电压信号，并经过计算得到对应负载的用电量；将终端设备采集的电压、电流、功率、用电量数据发送到通讯模块，经通讯模块解析后将数据传输到主站平台；主站平台监听链接请求、接收数据并对数据报文分类解析，解析后，对每个终端设备对应负载的用电量数据进行运算、统计，之后将数据存入数据库，供前端平台读取展示；前端平台读取主站平台数据并可视化，供用户查看任一终端设备下负载的用电量。本发明以智能断路器为终端设备，采集负载的用电信息并可视化，用户可在前端平台查看任一负载的用电信息。

Description

一种基于智能断路器的能耗分析方法及系统
技术领域
本发明属于智能电网技术领域，具体涉及一种基于智能断路器的能耗分析方法及系统。
背景技术
随着智能电网的兴起，能耗分析逐渐被广泛关注，传统的能耗分析方法及能耗分析系统均基于智能电表而建立，智能电表作为智能电网数据采集的基本设备之一，承担着原始电能数据采集、计量和传输的任务，在智能电表基础上构建的高级量测体系、自动抄表系统能为用户提供更加详细的用电信息，使用户可以更好地管理他们的用电量，以达到节省电费和减少温室气体排放的目标。然而，基于智能电表的能耗分析方法及能耗分析系统只能精确到每户，对于每户的照明、电器及其它用电设备无法采集和计量，无法对能耗分析做进一步地细化。
目前，市面也出现一些不依赖于电表的能耗分析方法和能耗分析系统，也能有效的对用电能耗作出分析与统计，但必须另外加装相应的设备和系统，额外增加了能耗分析的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于智能断路器的能耗分析方法及系统，不依赖于电表，也无需加装额外的设备，以智能断路器为终端设备，采集对应负载的用电能耗，加以运算与统计，并在前端平台可视化，同时，可在前端平台对数据进行“增、删、改、查”的操作，结合智能断路器的功能，达到能耗分析和智慧用电相结合的目的。
本发明提供了一种基于智能断路器的能耗分析方法，包括以下步骤：
(1)利用智能断路器作为数据采集终端设备，采集断路器本体上的电流、电压信号，并经过计算得到对应负载的用电量；
(2)通过有线传输方式将终端设备采集的电压、电流、功率、用电量数据发送到通讯模块，经通讯模块解析后通过有线传输或无线传输方式将数据传输到主站平台；
(3)主站平台监听链接请求、接收数据并对数据报文分类解析，解析后，对每个终端设备对应负载的用电量数据进行运算、统计，之后将数据存入数据库，供前端平台读取展示；
(4)前端平台读取主站平台数据并可视化，供用户查看任一终端设备下负载的用电量。
进一步地，步骤(3)中所述主站平台分别以年度、月度、单日分类统计用电量数据。
进一步地，步骤(4)中所述前端平台以年度、月度、单日三种折线图的形式呈现用电量，以供用户直观的查看任一用电负载在某一时间段的用电量。
进一步地，步骤(4)中所述前端平台供用户在前端平台界面上对数据进行增、删、改、查的操作。
本发明还提供了一种基于智能断路器的能耗分析系统，包括终端设备、主站服务器及前端平台；
所述终端设备包括智能万能式断路器、智能万能式断路器通迅模块、智能塑壳断路器、智能塑壳断路器通迅模块、智能微型断路器、智能微型断路器通迅模块及拓扑识别装置LTU；
所述终端设备按电网电气设备规则布置；所述智能万能式断路器用于控制下游若干台所述智能塑壳断路器，并通过RS485与所述智能万能式断路器通迅模块相连；所述智能塑壳断路器用于控制下游若干台所述智能微型断路器，并通过RS485与所述智能塑壳断路器通迅模块相连；若干台所述智能微型断路器通过RS485与所述智能微型断路器通迅模块相连；所述拓扑识别装置LTU布置在系统每个分支结点处，通过RS485与节点处的所述智能断路器电气连接，用以获取终端设备的布局及层级关系；
所述智能断路器用于采集自身内部的电流、电压信息，并通过自身内部的主控芯片进行运算处理，得到对应负载的用电量数据；
所述主站服务器用于数据的解析、运算、统计与储存；
所述前端平台用于读取主站平台数据并可视化，供用户查看任一终端设备下负载的用电量。
进一步地，所述主站服务器主动监听链接请求，接收来自智能断路器通迅模块、拓扑识别装置LTU发送的数据包，根据设备类型，对数据报文分类解析，解析后，将数据存入数据库。
进一步地，所述前端平台具有多种形式的平台界面，所述平台界面包括电脑网页端、移动设备APP端及监控大屏，在其中一种平台界面上对数据进行增、删、改、查操作时，其它几种平台界面的数据也相应发生更改。
进一步地，所述能耗分析系统通过所述智能断路器对用电负载远程自动限电管理。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
本发明以智能断路器为终端设备，采集负载的用电信息并可视化，用户可在前端平台查看任一负载的用电信息，为节能改造提供数据支撑和信息指导，同时，结合智能断路器的功能可自动对用电负载限电管理。
附图说明
图1是本发明一种基于智能断路器的能耗分析方法的流程图；
图2是本发明一种基于智能断路器的能耗分析系统的结构图；
图3是本发明一种基于智能断路器的能耗分析系统的数据流程图。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
参图1所示，本实施例提供了一种基于智能断路器的能耗分析方法，包括如下步骤：
(1)采集原始数据并计算成用电能耗数据：利用智能电网终端设备断路器作为数据采集终端设备，采集断路器本体上的电流、电压信号，经过计算得到对应负载的用电量，理论计算公式如下：
电量的计算公式：Q＝Pt (式1.1)
式1.1中，P为三相总有功功率，单位为kw(千瓦)/w(瓦)；Q是电量的符号，单位是度；t是时间的符号，单位是h。1度＝1kw·h。
负载消耗的总有功功率为：
P＝PA+PB+PC (式1.2)
＝UAIA cos ΦA+UBIB cosΦB+UCIC cosΦC (式1.3)
式1.3中，UA、UB、UC为各相相电压的有效值；IA、IB、IC为各相相电流的有效值；ΦA、ΦB、ΦC为各相相电压比相电流超前的相位角,即各相负载的阻抗角。
若三相负载对称，则三相有功功率为：
Figure BDA0002361616470000041
式1.4中，UP为相电压，UL为线电压；IP为相电流，IL为线电流；cosφ是功率因数。
(2)发送用电能耗数据包：终端设备通过有线传输方式将电压、电流、功率、电量等数据发送到通讯模块，通讯模块接收到数据后依照规约解析，以一定的传输频率通过WiFi、4G、以太网等传输方式将数据传输到主站平台。
(3)接收用电能耗数据包，并解析、运算、统计：作为前端平台和设备端的链接网关，主站平台监听链接请求，支持TCP/IP、RS485链接，可同时监听多个端口，用于解析不同的设备，根据设备类型，对数据报文分类解析。解析后，对每个终端设备对应负载的用电量数据进行运算，并分别以年度、月度、单日(24小时)分类统计，之后将数据存入数据库，供前端平台读取展示。
某时段内的用电量：Q0＝Q2-Q1 (式1.5)
式1.5中，Q0为一段时间内的用电量，Q2时段后电量数据，Q1时段前电量数据。
(4)数据可视化：根据前端Ajax请求不同的数据可视化分析报告，再通过前端VUE框架展现成可视化的图形。数据可视化后，可以在前端平台查看到某一区域系统终端设备的布局及层级关系，精准的查看任一终端设备下负载的用电量，用电量以年度、月度、单日(24小时)三种折线图的形式呈现，用户可直观的查看任一用电负载在某一时间段的用电量。另外，还可以在前端平台界面上对数据进行“增、删、改、查”的操作，结合智能断路器的性能，实现对用电负载限电管理。例如，用户通过前端平台查看到某一用电负载在每日12:00～15:00点之间用电量较大，可在前端平台设置数据，在每日12:00～13:30点之间对控制此用电负载的智能断路器自动断开、闭合操作，从而达到对此用电负载的限电管理。当然，也可对智能断路器远程即时断开、闭合操作。
参图2、图3所示，本实施例还提供了一种基于智能断路器的能耗分析系统，包括系统终端设备、主站服务器及前端平台。所述系统终端设备包括智能万能式断路器、智能万能式断路器通迅模块、智能塑壳断路器、智能塑壳断路器通迅模块、智能微型断路器、智能微型断路器通迅模块、拓扑识别装置LTU；所述主站服务器为整个系统的核心，负责数据的解析、运算、统计与储存；所述前端平台包括电脑网页端、移动设备APP端及监控大屏。
图2中，系统终端设备按电网电气设备规则布置，第一智能万能式断路器1控制下游第一智能塑壳断路器1、第二智能塑壳断路器2，并通过RS485与第一智能万能式断路器通迅模块1相连；第一智能塑壳断路器1控制下游第一智能微型断路器1至第四智能微型断路器4，第二智能塑壳断路器2控制下游第五智能微型断路器5至第八智能微型断路器8，第一智能塑壳断路器1及第二智能塑壳断路器2通过RS485与第一智能塑壳断路器通迅模块1相连；第一智能微型断路器1至第四智能微型断路器4通过RS485与第一智能微型断路器通迅模块1相连，第五智能微型断路器5至第八智能微型断路器8通过RS485与第二智能微型断路器通迅模块2相连；第一拓扑识别装置LTU1至第十一拓扑识别装置LTU11分别布置在系统每个分支结点处，通过RS485与智能断路器电气连接，用以获取系统终端设备的布局及层级关系。
每台智能断路器对应有不同的用电负载，工作时，智能断路器采集自身内部的电流、电压信息，通过自身内部的主控芯片进行运算处理，得到对应负载的用电量，后将电流、电压、功率、用电量等数据以一定的传输频率直接发送到相应的通迅模块，通迅模块接收到数据后依照规约解析，并按一定的传输频率通过WiFi、4G、以太网等传输方式将数据传输到主站服务器。
应指出，图2中仅展示1台智能万能式断路器、2台智能塑壳断路器、8台智能微型断路器、11台拓扑识别装置LTU、1台智能万能式断路器通迅模块、1台智能塑壳断路器通迅模块、2台智能微型断路器通迅模块。现实中，每种智能断路器均可按实际电气布局需要布置若干台，同时，每种智能断路器对应的通迅模块相应增加；一台通迅模块可附带若干台对应的智能断路器，通迅模块具体数量视实际施工环境而定；拓扑识别装置LTU具体数量根据系统分支复杂程度而定。
图3中，主站服务器主动监听链接请求，接收来自智能断路器通迅模块、拓扑识别装置LTU发送的数据包，根据设备类型，对数据报文分类解析。智能断路器通迅模块发送的数据包含每台断路器负载的用电信息，主站服务器对这类数据进行运算，并对每台断路器负载的用电量以年度、月度、单日(24小时)分类统计，之后将数据存入数据库；拓扑识别装置LTU发送的数据包含每台断路器的位置和每种断路器的层级关系信息，主站服务器对这类数据运算外理后，得到系统终端设备的整体布局和层级关系，之后同样将数据存入数据库。数据库的数据供前端平台读取展示，前端平台分为电脑网页端、移动设备APP端和监控大屏，这几种前端平台除界面有少量差异外，数据、操作功能完全一致并且同步，即在电脑网页端对某一项目下的用电数据作了设置后，移动APP端、监控大屏也同步发生更改。
用户在前端平台可以清晰地看到某一区域系统终端设备的布局和层级关系，可查看任一终端设备下负载的用电信息，如电流、电压、功率、用电量、漏电电流值、环境温度等等，其中用电量以年度、月度、单日(24小时)三种折线图的形式呈现，用户可直观的查看任一用电负载在某一时间段的用电量。
另外，还可以在前端平台界面上对数据进行“增、删、改、查”的操作。除了有用电量统计功能外，智能断路器还具有远程控制分/合闸、定时分/合闸、过载保护、短路保护、漏电保护、过压/欠压保护、故障报警等功能，其中过载保护、漏电保护、过压/欠压保护可在前端平台界面设置阈值，当各项电能数据超过设置的阈值时，智能断路器自动分闸或报警；定时分/合闸功能可在固定的时间段设置数据，智能断路器便在设置的时间点分闸或合闸，结合智能断路器的这些功能，可实现对用电负载限电管理。例如，用户通过前端平台查看到某一用电负载在每日12:00～15:00点之间用电量较大，可在前端平台设置数据，在每日12:00～13:30点之间对控制此用电负载的智能断路器自动断开、闭合操作，从而达到对此用电负载的限电管理。当然，也可根据实际情况对智能断路器远程即时断开、闭合操作。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (1)

1.一种基于智能断路器的能耗分析系统，其特征在于，包括终端设备、主站服务器及前端平台；
所述终端设备包括智能万能式断路器、智能万能式断路器通迅模块、智能塑壳断路器、智能塑壳断路器通迅模块、智能微型断路器、智能微型断路器通迅模块及拓扑识别装置LTU；
所述终端设备按电网电气设备规则布置；所述智能万能式断路器用于控制下游若干台所述智能塑壳断路器，并通过RS485与所述智能万能式断路器通迅模块相连；所述智能塑壳断路器用于控制下游若干台所述智能微型断路器，并通过RS485与所述智能塑壳断路器通迅模块相连；若干台所述智能微型断路器通过RS485与所述智能微型断路器通迅模块相连；所述拓扑识别装置LTU布置在系统每个分支结点处，通过RS485与节点处的所述智能断路器电气连接，用以获取终端设备的布局及层级关系；
所述智能断路器用于采集自身内部的电流、电压信息，并通过自身内部的主控芯片进行运算处理，得到对应负载的用电量数据；
所述主站服务器用于数据的解析、运算、统计与储存；所述主站服务器主动监听链接请求，接收来自智能断路器通迅模块、拓扑识别装置LTU发送的数据包，根据设备类型，对数据报文分类解析，解析后，将数据存入数据库；所述主站服务器分别以年度、月度、单日分类统计用电量数据；
所述前端平台用于读取主站平台数据并可视化，供用户查看任一终端设备下负载的用电量；所述前端平台具有多种形式的平台界面，所述平台界面包括电脑网页端、移动设备APP端及监控大屏，在其中一种平台界面上对数据进行增、删、改、查操作时，其它几种平台界面的数据也相应发生更改；所述前端平台以年度、月度、单日三种折线图的形式呈现用电量，以供用户直观的查看任一用电负载在某一时间段的用电量；
所述能耗分析系统通过所述智能断路器对用电负载远程自动限电管理。
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