CN111313549B - 一种基于泛在物联网的华灯常备电源系统及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于泛在物联网的华灯常备电源系统及监测方法，系统包括：自动化主站、保护管理机及密码机、前置交换机、若干智能配变终端、华灯常备电缆主控制箱和华灯常备电缆；自动化主站连接保护管理机及密码机，保护管理机及密码机连接前置交换机；前置交换机通过4G无线网络或者以太网连接若干智能配变终端；智能配变终端连接对应的华灯常备电缆；华灯常备电缆连接若干华灯常备电缆主控制箱。本发明通过在华灯常备线缆控制箱加装高速载波需求侧采集终端，实现华灯常备电缆的电压、电流、触点温度、箱内温湿度、箱门状态及开关位置监控。本发明解决了以前大型活动靠人工值守或平时非正常用电等现象；由以前被动运维变为主动服务。
Description
技术领域
本发明属于电力低压自动化技术领域，特别涉及一种基于泛在物联网的华灯常备电源系统及监测方法。
背景技术
华灯通常设置于城市的广场，用于进行夜间照明；为了保障华灯的正常工作，每个华灯的底部都设置有电源箱。
现有技术中，在华灯电源箱中设置华灯常备电源箱，为华灯所安放的广场提供一些监控等重大活动临时接入的电源；大多数华灯常备电源箱，就是一个配电开关(微断开关)，没有电压、电流、开关位置、故障报警、开关触点温度、电源箱环境温度及通讯功能。
现有华灯常备电源箱没有自检能力，无法联网，远程无法获知电源箱的状态，只能通过工作人员巡检的方式发现问题，工作量比较大，需要的人员多；大型活动时，需要逐一检测且需要人员现场值守，保障供电可靠。而且，现有华灯常备电源箱不具有边端融合功能：如门磁采集功能，环境温湿度采集功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于泛在物联网的华灯常备电源系统及监测方法，能够远程监控华灯常备电源的运行状态，减少人力，能够及时发现问题及时精确安排检修。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
一种基于泛在物联网的华灯常备电源系统，其特征在于，包括：自动化主站、保护管理机及密码机、前置交换机、若干智能配变终端、华灯常备电缆主控制箱和华灯常备电缆；
自动化主站通过光纤连接保护管理机及密码机，保护管理机及密码机通过以太网或者光纤连接前置交换机；前置交换机通过4G无线网络或者以太网连接若干智能配变终端；智能配变终端连接对应的华灯常备电缆；华灯常备电缆连接若干华灯常备电缆主控制箱。
进一步的，自动化主站，用于对保护管理机及密码机上传的数据解密并向用户展示所监控华灯常备电缆主控制箱的状态：包括电压数值、电流数值、电压电流是否越线、温湿度、开关状态；
保护管理机及密码机，用于接收前置交换机上传的数据，并加密后上传自动化主站；
前置交换机，用于多个智能配变终端与保护管理机及密码机之间的数据交互；
智能配变终端，用于接收华灯常备电缆主控制箱上传的高速载波信号数据按照约定协议进行转换并存储，当数据发生变化时上传前置交换机。
进一步的，华灯常备电缆主控制箱，包括三相智能开关、采集终端和门行程开关；三相智能开关的输入端连接华灯常备电缆，三相智能开关的输出端连接若干分支智能开关；
三相智能开关以及分支智能开关，在具备过流保护、短路保护三相微断开关内内置电流互感器、电压互感器、开关位置触点、温度传感器以及MODBUS通讯单元，用于测量三相智能开关/分支智能开关的电压、电流数据、开关位置报警、温度感应触点区域的温度以及与采集终端通讯；
采集终端通过MODBUS通讯单元采集三相智能开关以及分支智能开关的电流互感器、电压互感器、开关位置、触点温度传感器，用于采集获取三相智能开关的开关位置报警以及分支智能开关的电压、电流数据，以及触点区域的温度数据；
华灯常备电缆主控制箱内置环境温湿度传感器，用于采集华灯常备电缆主控制箱内温湿度数据；采集终端的输出端连接华灯常备电缆，用于按照采集频率上传所采集的三相智能开关以及若干分支智能开关的电压、电流、触点区域的温度，以及各开关状态、电源箱温湿度以及门开关状态信息。
进一步的，智能配变终端还用于进行各个开关电压和电流的初步异常检测，根据设定的阈值判定所采集的开关电流、电压是否异常，温湿度是否超出设定范围，以及门开关状变化时，实时上传异常数据。
进一步的，门行程开关安装于华灯常备电缆主控制箱的箱门门锁处，用于监测华灯常备电缆主控制箱的门开关状态；门行程开关的输出端连接采集终端，用于上传华灯常备电缆主控制箱的门开关状态。
进一步的，华灯常备电缆主控制箱还包括开关电源，开关电源连接三相智能开关、采集终端以及若干分支智能开关，用于向三相智能开关、采集终端以及若干分支智能开关进行供电。
一种基于泛在物联网的华灯常备电源系统及监测方法，包括以下步骤：
三相智能开关以及分支智能开关的电流互感器、电压互感器、触点温度传感器，采集获取三相智能开关以及分支智能开关的电压、电流数据，以及触点区域的温度数据并上传至对应的采集终端；
采集终端将采集的数据通过高速载波传输给智能配变终端；
智能配变终端接收华灯常备电缆主控制箱中采集终端上传的高速载波信号数据按照约定协议进行转换并存储，当数据发生变化时上传前置交换机；
前置交换机与多个智能配变终端进行通讯，并将对应数据传输给保护管理机及密码机；
保护管理机及密码机接收前置交换机上传的数据，并加密后上传自动化主站；
自动化主站，对保护管理机及密码机上传的数据解密并向用户展示所监控华灯常备电缆主控制箱的状态：包括电压数值、电流数值、电压电流是否越线、温湿度、开关状态。
进一步的，智能配变终端对采集的电压、电流数据进行初步判断，如果电压、电流数据超过设置的阈值范围，表明电压、电流数据异常；智能配变终端将异常信息实时上传。
进一步的，三相智能开关以及分支智能开关的电压互感器向采集终端上传采集的电压数据时，只上传采集的电压数据与设定的电压基准值的差值，降低上传数据字节数。
进一步的，三相智能开关以及分支智能开关的电流互感器向采集终端上传采集的电流数据时，具体包括：
1)电流互感器第1次检测开关电流为A1；上传A1给采集终端；
2)电流互感器重复监测上传的步骤：第N次检测开关电流为AN，计算AN-AN-1，将AN-AN-1的结果上传给采集终端；其中2≤N≤100；
其中，电流互感器第90次检测开关电流为A90，计算A90-A89，将A90-A89的结果上传给采集终端；采集终端对采集的90次电流数据进行曲线拟合，获得电流曲线；然后再计算接下来的第91至100次上传的电流数据的滑动平均值，将该滑动平均值作为电流基数点回传给对应的电流互感器处理器；电流互感器在下一检测时刻，检测的电流数据与滑动平均值之间的差值作为上传数据，上传给采集终端；
3)后续每过100次，采集终端重新计算一次电流基数点回传给对应的电流互感器。
现对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明通过在华灯常备线缆控制箱加装高速载波需求侧采集终端，采集智能开关装置电压、电流、开关触点开关及开关状态，终端也可实现箱内温湿度和箱门的状态采集，实现华灯常备电缆的电压、电流、触点温度、箱内温湿度、箱门状态及开关位置监控。
智能配变终端能够对采集的数据进行初步判断，当电压降低20％时、负荷达到开关额定负荷的80％或开关状态发生变化及开关发生故障时，10秒内通过I、II大区安全加密上报给配网自动化主站。
本发明华灯常备电源箱解决了以前大型活动靠人工值守或平时非正常用电等现象。由以前被动运维变为主动服务。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为一种基于泛在物联网的华灯常备电源系统的结构框图；
图2为图1中华灯常备电缆主控制箱的结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
请参阅图1所示，本发明提供一种基于泛在物联网的华灯常备电源系统，包括自动化主站1、保护管理机及密码机2、前置交换机4、若干智能配变终端5、变压器6、华灯常备电缆主控制箱7、ATS箱/STS箱8、小华灯控制箱9和华灯常备电缆10。
自动化主站1通过光纤连接保护管理机及密码机2，保护管理机及密码机2通过以太网或者光纤连接前置交换机4；前置交换机4通过4G无线网络或者以太网连接若干智能配变终端5；智能配变终端5连接对应的华灯常备电缆10；华灯常备电缆10电性连接变压器6；华灯常备电缆10连接若干华灯常备电缆主控制箱7、ATS箱/STS箱8。常备电缆主控制箱7连接若干常规的小华灯控制箱9。
请参阅图1和图2所示，自动化主站1，用于对保护管理机及密码机2上传的数据解密并向用户展示所监控华灯常备电缆主控制箱7的状态：包括电压数值、电流数值、电压电流是否越线、温湿度、开关状态。
保护管理机及密码机2，用于接收前置交换机4上传的数据，并加密后上传自动化主站1；
前置交换机4，用于多个智能配变终端5与保护管理机及密码机2之间的数据交互；
智能配变终端5，用于接收华灯常备电缆主控制箱7上传的高速载波信号数据按照约定协议进行转换并存储，当数据发生变化时上传前置交换机。
华灯常备电缆主控制箱7，包括三相智能开关71、采集终端72、开关电源72和门行程开关74；三相智能开关71的输入端连接华灯常备电缆10，三相智能开关71的输出端连接若干分支智能开关75。
三相智能开关71以分支智能开关75，里面内置电流互感器、电压互感器以及触点温度传感器，用于采集三相智能开关71/分支智能开关75的电压、电流数据，以及触点区域的温度；
采集终端72连接三相智能开关71以及分支智能开关75的电流互感器、电压互感器、触点温度传感器，用于采集获取三相智能开关71以及分支智能开关75的电压、电流数据，以及触点区域的温度数据；并通过电压和电流数据判断三相智能开关71以及分支智能开关75的开关状态；采集终端72内置环境温湿度传感器，用于采集华灯常备电缆主控制箱7内温湿度数据。采集终端72的输出端连接华灯常备电缆10，用于按照采集频率上传所采集的三相智能开关71以及若干分支智能开关75的电压、电流、触点区域的温度，以及各开关状态、电源箱温湿度以及门开关状态信息。
智能配变终端5还用于进行各个开关电压和电流的初步异常检测，根据设定的阈值判定所采集的开关电流、电压是否异常，温湿度是否超出设定范围，以及门开关状变化时，实时上传异常数据。
门行程开关74安装于华灯常备电缆主控制箱7的箱门门锁处，用于监测华灯常备电缆主控制箱7的门开关状态；门行程开关74的输出端连接采集终端72，用于上传华灯常备电缆主控制箱7的门开关状态。
开关电源73，连接三相智能开关71、采集终端72以及若干分支智能开关75，用于向三相智能开关71、采集终端72以及若干分支智能开关75进行供电。
现有传感器大部分将采集数据直接上传至终端，没有进行压缩，上传一次采集数据的速率在500ms/次；采集的数据有一定的数据量/字节数，例如一般采集的电压、电流数据占4个字节，本发明在电流互感器/电压互感器内置处理器，对采集的数据先进行无损压缩后上传至采集终端72；传输只对采集数据的变化进行上传，将上传的常规4个字节压缩至半个字节，节省上传带宽和时间，能够将每次采集上传的速率控制在50ms/次；电压数据的采集压缩比较容易，其值比较稳定。
对于电流数据的采集传输，处理器对所电流互感器采集的电流数据进行处理：
1)电流互感器第1次检测开关电流为A1；上传A1给采集终端72；
2)电流互感器重复监测上传的步骤：第N次检测开关电流为AN，计算AN-AN-1，将AN-AN-1的结果上传给采集终端72；其中2≤N≤100；
电流互感器第90次检测开关电流为A90，计算A90-A89，将A90-A89的结果上传；上传给采集终端72；采集终端72对采集的90次电流数据进行曲线拟合，获得电流曲线；然后再计算接下来的第91至100次上传的电流数据的滑动平均值，将该滑动平均值作为电流基数点回传给对应的电流互感器处理器；电流互感器再下一检测时刻，检测的电流数据与滑动平均值之间的差值作为上传数据，上传给采集终端72；电流基数点相对比较稳定，后续采集电流相对于电流基数点变化较少，所上传数据大幅减小。
后续再过100次，采集终端72再计算新的电流基数点回传给对应的电流互感器。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (6)
1.一种基于泛在物联网的华灯常备电源系统，其特征在于，包括：自动化主站(1)、保护管理机、密码机(2)、前置交换机(4)、若干智能配变终端(5)、华灯常备电缆主控制箱(7)和华灯常备电缆(10)；
自动化主站(1)通过光纤连接保护管理机及密码机(2)，保护管理机及密码机(2)通过以太网或者光纤连接前置交换机(4)；前置交换机(4)通过4G无线网络或者以太网连接若干智能配变终端(5)；智能配变终端(5)连接对应的华灯常备电缆(10)；华灯常备电缆(10)连接若干华灯常备电缆主控制箱(7)；
华灯常备电缆主控制箱(7)，包括三相智能开关(71)、采集终端(72)、直流电源模块(73)和门行程开关(74)；三相智能开关(71)的输入端连接华灯常备电缆(10)，三相智能开关(71)的输出端连接若干分支智能开关(75)；
三相智能开关(71)以及分支智能开关(75)，在具备过流保护、短路保护三相微断开关内内置电流互感器、电压互感器、开关位置触点、温度传感器以及MODBUS通讯单元，用于测量三相智能开关(71)/分支智能开关(75)的电压、电流数据、开关位置报警、温度感应触点区域的温度以及与采集终端通讯；
华灯常备电缆主控制箱(7)内置环境温湿度传感器，用于采集华灯常备电缆主控制箱(7)内温湿度数据；采集终端(72)的输出端连接华灯常备电缆(10)，用于按照采集频率上传所采集的三相智能开关(71)以及若干分支智能开关(75)的电压、电流、触点区域的温度，以及各开关状态、电源箱温湿度以及主控制箱门开关状态信息；
智能配变终端(5)还用于进行各个开关电压和电流的初步异常检测，根据设定的阈值判定所采集的开关电流、电压是否异常，温湿度是否超出设定范围，以及门开关状变化时，实时上传异常数据；
华灯常备电缆主控制箱(7)还包括直流电源模块(73)连接三相智能开关(71)、采集终端(72)以及若干分支智能开关(75)，用于向三相智能开关(71)、采集终端(72)以及若干分支智能开关(75)进行供电；
自动化主站(1)，用于对保护管理机及密码机(2)上传的数据解密并向用户展示所监控华灯常备电缆主控制箱(7)的状态：包括电压数值、电流数值、电压电流是否越线、温湿度、开关状态；
保护管理机及密码机(2)，用于接收前置交换机(4)上传的数据，并加密后上传自动化主站(1)；
前置交换机(4)，用于多个智能配变终端(5)与保护管理机及密码机(2)之间的数据交互；
智能配变终端(5)，用于接收华灯常备电缆主控制箱(7)上传的高速载波信号数据按照约定协议进行转换并存储，当数据发生变化时上传前置交换机。
2.根据权利要求1所述的一种基于泛在物联网的华灯常备电源系统，其特征在于，门行程开关(74)安装于华灯常备电缆主控制箱(7)的箱门门锁处，用于监测华灯常备电缆主控制箱(7)的门开关状态；门行程开关(74)的输出端连接采集终端(72)，用于上传华灯常备电缆主控制箱(7)的门开关状态。
3.一种基于泛在物联网的华灯常备电源系统的监测方法，其特征在于，基于权利要求1或2所述的一种基于泛在物联网的华灯常备电源系统，包括以下步骤：
通过三相智能开关(71)以及分支智能开关(75)的电流互感器、电压互感器、开关触点、温度传感器，采集获取三相智能开关(71)以及分支智能开关(75)的电压、电流数据、开关位置以及触点区域的温度数据并上传至对应的采集终端(72)；
采集终端(72)将采集的数据通过高速载波传输给智能配变终端(5)；
智能配变终端(5)接收华灯常备电缆主控制箱(7)中采集终端(72)上传的高速载波信号数据按照约定协议进行转换并存储，当数据发生变化时上传前置交换机；
前置交换机(4)与多个智能配变终端(5)进行通讯，并将对应数据传输给保护管理机及密码机(2)；
保护管理机及密码机(2)接收前置交换机(4)上传的数据，并加密后上传自动化主站(1)；
自动化主站(1)，对保护管理机及密码机(2)上传的数据解密并向用户展示所监控华灯常备电缆主控制箱(7)的状态：包括电压数值、电流数值、电压电流是否越线、温湿度、开关状态。
4.根据权利要求3所述的一种基于泛在物联网的华灯常备电源系统的监测方法，其特征在于，智能配变终端(5)对采集的电压、电流数据进行初步判断，如果电压、电流数据超过设置的阈值范围，表明电压、电流数据异常；智能配变终端(5)将异常信息实时上传。
5.根据权利要求3所述的一种基于泛在物联网的华灯常备电源系统的监测方法，其特征在于，三相智能开关(71)以及分支智能开关(75)的电压互感器向采集终端(72)上传采集的电压数据时，只上传采集的电压数据与设定的电压基准值的差值，降低上传数据字节数。
6.根据权利要求3所述的一种基于泛在物联网的华灯常备电源系统的监测方法，其特征在于，三相智能开关(71)以及分支智能开关(75)的电流互感器向采集终端(72)上传采集的电流数据时，具体包括：
1)电流互感器第1次检测开关电流为A1；上传A1给采集终端(72)；
2)电流互感器重复监测上传的步骤：第N次检测开关电流为AN，计算AN-AN-1，将AN-AN-1的结果上传给采集终端(72)；其中2≤N≤100；
其中，电流互感器第90次检测开关电流为A90，计算A90-A89，将A90-A89的结果上传给采集终端(72)；采集终端(72)对采集的90次电流数据进行曲线拟合，获得电流曲线；然后再计算接下来的第91至100次上传的电流数据的滑动平均值，将该滑动平均值作为电流基数点回传给对应的电流互感器处理器；电流互感器在下一检测时刻，检测的电流数据与滑动平均值之间的差值作为上传数据，上传给采集终端(72)；
3)后续每过100次，采集终端(72)重新计算一次电流基数点回传给对应的电流互感器。
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