CN111464656A - 一种新型配电站房边缘物联代理系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型配电站房边缘物联代理系统，包括边缘物联代理装置和若干类感知设备，上行与物联网管理平台对接；所述若干类感知设备通过对应接口与边缘物联代理装置连接；所述边缘物联代理装置采集感知设备数据，并与物联网管理平台数据互联。本发明优化边缘物联代理布局，最大化的减少节点，降低系统复杂度，增强边缘物联代理视频、图像处理性能，满足多业务需求。

Description

一种新型配电站房边缘物联代理系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力系统低压配电物联网领域，，具体涉及一种新型配电站房边缘物联代理系统及其控制方法。

背景技术

低压配电系统是能源电力物联网的重要建设领域。配电站房是低压配电系统的一种布局方式，配电站房在一定的空间内布置了多台变压器、低压开关柜、电容柜、中压进线、低压出线等设备及集中器等相关采集装置，能够为低压用户提供稳定电能。目前，配电站房存在配电终端、用采终端、动环监测终端等多种终端共存的现象。各专业系统自成体系，各类终端专业间难以共享，资源复用不足；终端功能未统一规划，无法满足跨专业的动态应用需求，难以集中统一管控；不同终端占用多个通信链路，造成通道资源浪费，增加现场运维工作量；大量的采集信息需要通过人工来查看，智能化处理程度低，隐患发现和故障处理及时性和实时性不足。边缘物联代理作为一种实现终端、数据集中管控的装置，用以解决上述问题。

但是，现有的边缘物联代理均采用HPLC或RS-485通讯，受制于HPLC难以跨台区通讯，以及RS485需要增设一条通讯线，一台边缘物联代理只能适用一个配电台区，对于整个配电站房中有多个台区的情况需要较大资金投入，经济性较差；不同变压器之间有互备需求时，在一台变压器发生故障需要另一台变压器接替供电时，上述边缘物联代理存在相互间数据通讯困难、下级设备不确定等系列问题，此时故障台区的边缘物联代理失去对该台区内母线、开关及电容等设备的感知与控制，难以满足需要变压器互为备用的配电台区需求；此外，站房内往往布置一定数量环境感知传感器及共用设备，这类装置数据送到终端受制于边缘物联代理的处理能力，且难以在不同台区的边缘物联代理中共享。在投资不大幅提高的条件下，以智能配变终端、智能融合终端为载体的边缘物联代理通讯方式受限，处理能力不足，难以应付配电站房监控视频、监控图像的处理要求，无法满足配电站房的日常安全监控需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新型配电站房边缘物联代理系统，优化边缘物联代理布局，最大化的减少节点，降低系统复杂度，增强边缘物联代理视频、图像处理性能，满足多业务需求。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型配电站房边缘物联代理系统，包括边缘物联代理装置和若干类感知设备，上行与物管平台对接；所述若干类感知设备通过对应接口与边缘物联代理装置连接；所述边缘物联代理装置采集感知设备数据，并与物联网管理平台数据互联。

进一步的 ，所述边缘物联代理装置包括中控模块、通讯及数据传输模块、数据存储模块、电源模块和安全加密模块；所述中控模块与通讯及数据传输模块、数据存储模块、电源模块和安全加密模块分别连接。

进一步的 ，所述中控模块采用X86架构的高性能的处理器。

进一步的 ，所述通讯及数据传输模块符合IEC 61850-3、IEEE 1613标准，并支持MODBUS、104、101、RS-485、2G\3G\4G、TCP/IP和MQTT协议。

进一步的 ，所述安全加密模块基于国网安全芯片，分为用于上行与物联管理平台进行数据安全传输的加密和用于下行与各接入设备进行信息交互的加密；所述上行加密采国产密码算法SM1、SM2、SM3、SM4，密码长度和分组长度均为128位，利用基于数字证书的双向身份认证；所述下行泛终端接入边缘物联代理将国网安全加密芯片集成到核心通信板上，核心通信板CPU通过SPI接口与安全加密芯片进行数据交互。

进一步的 ，所述边缘物联代理装置采用Docker容器架构，通过Docker镜像打包应用程序和相关的支撑环境。

进一步的 ，所述应用程序包括配变检测、无功补偿电容监视、用电信息采集、台区拓扑识别、低压故障研判、数据采集与转发、视频监控微应用、环境自动控制微应用和运行自主优化智能微应用。

一种新型配电站房边缘物联代理系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤S1:用电信息采集应用将台区用户电表数据发送至边缘物联代理装置，采集末端电表的电量、事件、工况和费控实时和统计数据，实现用电信息数据采集；边缘物联代理装置实时采集配电变压器低压侧母排三相电流互感器数据、智能电容器控制器运行数据、智能开关数据、台区视频、动环数据；

步骤S2:边缘物联代理装置根据采集的数据，通过配变检测、无功补偿电容监视、台区拓扑识别、低压故障研判、数据采集与转发、视频监控微应用和环境自动控制微应用对数据进行分析，并得到分析结果；

步骤S3:数据采集与转发应用将接入至边缘物联代理装置的各种环境监测数据、电气量采集数据、视频、图像处理结果以及各应用的分析处理结果上传至物联管理平台。

进一步的 ，所述步骤S2具体为：

所述配变检测应用通过分析发送到边缘物联代理装置的配电变压器低压侧母排三相电流互感器数据，通过边缘计算对低压侧母排上的电流进行监测，监控三相负载水平，对异常情况导致其中一相电流发生突变的情况进行预警；

所述无功补偿监视应用通过分析发送到边缘物联代理装置的智能电容器控制器运行数据，监视补偿状态与补偿容量，确保无功补偿电容安全有效运行，结合负载侧电流、末端电压，对电能质量进行分析，通过智能电容器实现高/低电压就地治理；

所述台区拓扑识别应用通过分析发送至边缘物联代理的各节点的标识报文，报文在线路上传输信号强度会减弱，依据报文信号强弱及分析报文信息建立网络各节点设备与用户电能表的映射关系表，实现“变-线-户”网络拓扑，支撑故障研判、分段线损分析；

所述低压故障研判应用将电表信息按照分钟级采集至边缘物联代理，基于拓扑信息、采用边缘计算技术，实现对整个配电台区的电气信息的快速计算，对台区高压停电、计划停电、欠费停电、故障停电的综合判别，并将停电事件主动上报，实现停电后快速定位用户范围并作出决策；

所述视频监控微应用根据接入边缘物联代理的配电房内设备和环境的实时信息，确定环境及设备运行状态，确定开关的分/合闸状态；

所述环境自动控制应用根据接入到边缘物联代理的站房内的温度、湿度、SF6气体含量、水浸和消防信息，对发生异常情况或收到报警信息时，边缘物联代理装置发出指令控制相关系统进行响应；当发现站房内的温度、湿度超出规定的限值时，启动站房空调系统；当发现站房内SF6气体含量超标时，启动站房排气系统；当发现站房电缆沟发现积水时，启动站房排水泵，排除水沟积水；当收到烟雾报警时，边缘物联代理发报警至消防系统和运维人员；

所述运行自主优化应用综合停电信息和用户容量，在一台配变全停情况下，结合停电上报信息下达就地负荷切除、低压母联开关投切等决策；当变压器停电时，总保收到其下所有设备上报的停电信息并上报至边缘物联代理，边缘物联代理单体根据上报的停电信息，判断是变压器出线故障或停电，以负荷重要程度、变压器带载能力、各支线负荷大小为指标，断开非重要负荷开关，并将母联开关自动投上。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明优化边缘物联代理布局，最大化的减少节点，降低系统复杂度，增强边缘物联代理视频、图像处理性能，满足多业务需求。

附图说明

图1是本发明一实施例中边缘物联代理装置硬件架构；

图2是本发明一实施例中系统结构图；

图3是本发明 一实施例中边缘物联代理装置软件层Docker容器架构。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

请参照图2，本发明提供一种新型配电站房边缘物联代理系统，包括边缘物联代理装置和若干类感知设备，上行与物联网管理平台对接；所述若干类感知设备通过对应接口与边缘物联代理装置连接；所述边缘物联代理装置采集感知设备数据，并与物联网管理平台数据互联。所述边缘物联代理装置包括中控模块、通讯及数据传输模块、数据存储模块、电源模块和安全加密模块；所述中控模块与通讯及数据传输模块、数据存储模块、电源模块和安全加密模块分别连接。

在本实施例中，如图2所示，给出了配电站房部分感知设备接入边缘物联代理的方式，水浸、温湿度、烟雾、SF6气体检测等动环传感器通过RJ-45接口或者DI接口将数据传送至边缘物联代理；边缘物联代理通过DO接口发出控制指令给排气、照明、空调等设备；门禁、红外报警、视频监控等感知终端则能够RS-485或以太网将数据上传至边缘物联代理；变压器母线上的测温传感器可以采RS-485或者无线通信方式将数据上传至边缘物联代理；电表、智能电容控制器、塑壳断路器、低压检测单元等电气终端通过RS-485或者HPLC载波通讯先将电气数据传至台区的集中器，再由集中器通过RS-485或者无线通讯统一将数据发送至边缘物联代理装置。

参考图1，本实施例中边缘物联代理装置采用X86架构的高性能的处理器，提供强大的边缘计算能力，能够支撑边缘物联代理上各类应用快速响应，具备VGA、SPI、USB、SMbus、PCIe、LPC等多种端口接入能力。

在本实施例中，电源模块支持将市电转换为高性能处理器、数据存储模块、通讯及数据传输模块、加密模块以及需要外供电的接入设备供电；

在本实施例中，所述通讯及数据传输模块符合IEC 61850-3、IEEE 1613标准，并支持MODBUS、104、101、RS-485、2G\3G\4G、TCP/IP和MQTT协议。

在本实施例中 ，所述安全加密模块基于国网安全加密芯片，分为用于上行与物联管理平台进行数据安全传输的加密和用于下行与各接入设备进行信息交互的加密；所述上行加密采国产密码算法SM1、SM2、SM3、SM4，密码长度和分组长度均为128位，利用基于数字证书的双向身份认证；所述下行泛终端接入边缘物联代理将国网安全加密芯片集成到核心通信板上，核心通信板CPU通过SPI接口与安全加密芯片进行数据交互。

参考图3，在本实施例中，所述边缘物联代理装置采用Docker容器架构，通过Docker镜像打包应用程序和相关的支撑环境。所述应用程序包括配变检测、无功补偿电容监视、用电信息采集、台区拓扑识别、低压故障研判、数据采集与转发、视频监控微应用、环境自动控制微应用和运行自主优化智能微应用。

优选的，在本实施例中，电信息采集应用将台区用户电表数据发送至边缘物联代理装置，采集末端电表的电量、事件、工况和费控实时和统计数据，实现用电信息数据采集

优选的，在本实施例中，配变检测应用通过分析发送到边缘物联代理装置的配电变压器低压侧母排三相电流互感器数据，通过边缘计算对低压侧母排上的电流进行监测，监控三相负载水平，对异常情况导致其中一相电流发生突变的情况进行预警；

优选的，在本实施例中，无功补偿监视应用通过分析发送到边缘物联代理装置的智能电容器控制器运行数据，监视补偿状态与补偿容量，确保无功补偿电容安全有效运行，结合负载侧电流、末端电压，对电能质量进行分析，通过智能电容器实现高/低电压就地治理；

优选的，在本实施例中，台区拓扑识别应用通过分析发送至边缘物联代理的各节点的标识报文，报文在线路上传输信号强度会减弱，依据报文信号强弱及分析报文信息建立网络各节点设备与用户电能表的映射关系表，实现“变-线-户”网络拓扑，支撑故障研判、分段线损分析；

优选的，在本实施例中，低压故障研判应用将电表信息按照分钟级采集至边缘物联代理，基于拓扑信息、采用边缘计算技术，实现对整个配电台区的电气信息的快速计算，对台区高压停电、计划停电、欠费停电、故障停电的综合判别，并将停电事件主动上报，实现停电后快速定位用户范围并作出决策；

优选的，在本实施例中，视频监控微应用根据接入边缘物联代理的配电房内设备和环境的实时信息，确定环境及设备运行状态，确定开关的分/合闸状态；

优选的，在本实施例中，环境自动控制应用根据接入到边缘物联代理的站房内的温度、湿度、SF6气体含量、水浸和消防信息，对发生异常情况或收到报警信息时，边缘物联代理装置发出指令控制相关系统进行响应；当发现站房内的温度、湿度超出规定的限值时，启动站房空调系统；当发现站房内SF6气体含量超标时，启动站房排气系统；当发现站房电缆沟发现积水时，启动站房排水泵，排除水沟积水；当收到烟雾报警时，边缘物联代理发报警至消防系统和运维人员；

优选的，在本实施例中，运行自主优化应用综合停电信息和用户容量，在一台配变全停情况下，结合停电上报信息下达就地负荷切除、低压母联开关投切等决策；当变压器停电时，总保收到其下所有设备上报的停电信息并上报至边缘物联代理，边缘物联代理单体根据上报的停电信息，判断是变压器出线故障或停电，以负荷重要程度、变压器带载能力、各支线负荷大小为指标，断开非重要负荷开关，并将母联开关自动投上。

优选的，在本实施例中，数据采集与转发应用将接入至边缘物联代理装置的各种环境监测数据、电气量采集数据、视频、图像处理结果以及各应用的分析处理结果上传至物联管理平台。

实施例1：

在本实施例中，边缘物联代理装置硬件参数如下：系统内存槽采取双插槽，最高支持32GB DDR3L 1333内存，具备2个SATA2.0端口，1个VGA显示接口，3个USB2.0端口；扩展接口方面配置1个IRIG-B对时接口，以及2路DO Relay接口；以太网接口方面配置1路4G全网通接口，6路RJ45接口，内建1.5KV隔离保护，传输速率为自适应10/100/1000Mbps；串行端口方面具备8路数据发送，8路数据接收串口，采取2KV隔离设计，电力4级保护设计，接口类型为2×10-Pin 3.81mm 间距接线端子，波特率分别是RS-232：50bps~115.2kbps，RS-485：50bps~115.2kbps，串口信号为：数据接收RX，数据发送TX，接地GND；边缘物联代理具备相应的LED指示灯，POWER指示灯指示电源状态，RUN指示灯指示设备是否正在运行，LAN指示灯是指示6路网口是否连接正常，COM指示灯指示8路RX，8路TX串口是否连接正常；支持工作环境：温度在-40℃~70℃，工作湿度在5%~95%（25℃下表面无凝露）；电源输入为交直流110~265V电源，正常工作功耗不高于40W。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种新型配电站房边缘物联代理系统，其特征在于：包括边缘物联代理装置和若干类感知设备，上行与物联管理平台对接；所述若干类感知设备通过对应接口与边缘物联代理装置连接；所述边缘物联代理装置采集感知设备数据，并与物联网管理平台数据互联。

2.根据权利要求1所述的一种新型配电站房边缘物联代理系统，其特征在于：所述边缘物联代理装置包括中控模块、通讯及数据传输模块、数据存储模块、电源模块和安全加密模块；所述中控模块与通讯及数据传输模块、数据存储模块、电源模块和安全加密模块分别连接。

3.根据权利要求2所述的一种新型配电站房边缘物联代理系统，其特征在于：所述中控模块采用X86架构的高性能的处理器。

4.根据权利要求2所述的一种新型配电站房边缘物联代理系统，其特征在于：所述通讯及数据传输模块符合IEC 61850-3、IEEE 1613标准，并支持MODBUS、104、101、RS-485、2G\3G\4G、TCP/IP和MQTT协议。

5.根据权利要求2所述的一种新型配电站房边缘物联代理系统，其特征在于：所述安全加密模块基于国网安全加密芯片，分为用于上行与物联管理平台进行数据安全传输的加密和用于下行与各接入设备进行信息交互的加密；所述上行加密采国产密码算法SM1、SM2、SM3、SM4，密码长度和分组长度均为128位，利用基于数字证书的双向身份认证；所述下行泛终端接入边缘物联代理将国网安全加密芯片集成到核心通信板上，核心通信板CPU通过SPI接口与安全加密芯片进行数据交互。

6.根据权利要求1所述的一种新型配电站房边缘物联代理系统，其特征在于：所述边缘物联代理装置采用Docker容器架构，通过Docker镜像打包应用程序和相关的支撑环境。

7.根据权利要求6所述的一种新型配电站房边缘物联代理系统，其特征在于：所述应用程序包括配变检测、无功补偿电容监视、用电信息采集、台区拓扑识别、低压故障研判、数据采集与转发、视频监控微应用、环境自动控制微应用和运行自主优化智能微应用。

8.根据权利要求7所述的一种新型配电站房边缘物联代理系统的控制方法，其特征在于：

步骤S1:用电信息采集应用将台区用户电表数据发送至边缘物联代理装置，采集末端电表的电量、事件、工况和费控实时和统计数据，实现用电信息数据采集；边缘物联代理装置实时采集配电变压器低压侧母排三相电流互感器数据、智能电容器控制器运行数据、智能开关数据、台区视频、动环数据；

步骤S2:边缘物联代理装置根据采集的数据，通过配变检测、无功补偿电容监视、台区拓扑识别、低压故障研判、数据采集与转发、视频监控微应用和环境自动控制微应用对数据进行分析，并得到分析结果；

步骤S3:数据采集与转发应用将接入至边缘物联代理装置的各种环境监测数据、电气量采集数据、视频、图像处理结果以及各应用的分析处理结果上传至物联管理平台。

9.根据权利要求8所述的一种新型配电站房边缘物联代理系统的控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：所述配变检测应用通过分析发送到边缘物联代理装置的配电变压器低压侧母排三相电流互感器数据，通过边缘计算对低压侧母排上的电流进行监测，监控三相负载水平，对异常情况导致其中一相电流发生突变的情况进行预警；

所述无功补偿监视应用通过分析发送到边缘物联代理装置的智能电容器控制器运行数据，监视补偿状态与补偿容量，确保无功补偿电容安全有效运行，结合负载侧电流、末端电压，对电能质量进行分析，通过智能电容器实现高/低电压就地治理；

所述台区拓扑识别应用通过分析发送至边缘物联代理的各节点的标识报文，报文在线路上传输信号强度会减弱，依据报文信号强弱及分析报文信息建立网络各节点设备与用户电能表的映射关系表，实现“变-线-户”网络拓扑，支撑故障研判、分段线损分析；

所述低压故障研判应用将电表信息按照分钟级采集至边缘物联代理，基于拓扑信息、采用边缘计算技术，实现对整个配电台区的电气信息的快速计算，对台区高压停电、计划停电、欠费停电、故障停电的综合判别，并将停电事件主动上报，实现停电后快速定位用户范围并作出决策；

所述视频监控微应用根据接入边缘物联代理的配电房内设备和环境的实时信息，确定环境及设备运行状态，确定开关的分/合闸状态；

所述环境自动控制应用根据接入到边缘物联代理的站房内的温度、湿度、SF6气体含量、水浸和消防信息，对发生异常情况或收到报警信息时，边缘物联代理装置发出指令控制相关系统进行响应；当发现站房内的温度、湿度超出规定的限值时，启动站房空调系统；当发现站房内SF6气体含量超标时，启动站房排气系统；当发现站房电缆沟发现积水时，启动站房排水泵，排除水沟积水；当收到烟雾报警时，边缘物联代理发报警至消防系统和运维人员；

所述运行自主优化应用综合停电信息和用户容量，在一台配变全停情况下，结合停电上报信息下达就地负荷切除、低压母联开关投切等决策；当变压器停电时，总保收到其下所有设备上报的停电信息并上报至边缘物联代理，边缘物联代理单体根据上报的停电信息，判断是变压器出线故障或停电，以负荷重要程度、变压器带载能力、各支线负荷大小为指标，断开非重要负荷开关，并将母联开关自动投上。

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