CN112054596A - 一种配电网运行数据实时采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种配电网运行数据实时采集系统，包括感知层、数据层和应用层，感知层和数据层用于多维度预警监测，应用层用于全过程在线管控，感知层包括变电站、输电线路、变压器、用户电表和配套数据采集终端，所述数据层将感应层采集的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电量和相序数据传输到应用层，所述应用层为数据中心，包括线损管理模块、停复电事件管理模块、配电自动化模块、故障抢修模块、技改大修模块、农网改造模块、400V分网模块、配电网规划模块、负荷转供模块和供电方案生成模块。本发明为了，应用高速载波技术的优势，根据电力线信道的特征，并设计数据采集技术系统，紧扣配电网需求，优化配电网运行数据的采集效率及质量。

Description

一种配电网运行数据实时采集系统及方法

技术领域

本发明涉及电力系统自动化专业领域，尤其涉及一种配电网运行数据实时采集系统及方法。

背景技术

随着社会经济的发展，电网用电户数的增多和电网变动频繁，配电网故障机率增加，调度运行工作更加复杂，运行维护工作量增大，在安全性与可靠性方面也提出进一步挑战，大量依靠人工对电网运行状态进行监测和管理，效率低，效果差。因此，通过配电网运行产生的海量运行数据实时监测电网运行的具体情况，并实时调控电能输送，保证用户的电能质量，有效防止计量装置窃电，提高电网经济运行水平等，成为供电部门亟待解决的现实问题。

现如今智能电表广泛应用，电量数据采集技术相对成熟，但由于配电网设备功率、电压、电流等曲线信息、停电事件、相位等数据尚未广泛或标准化应用，同时受限于窄带载波技术存在的通信速率低、易受干扰、组网进程慢、业务支撑能力不足等局限性，配电网数据采集不全、数据质量不高等问题普遍存在，严重制约了配电网的信息管理。

发明内容

本发明要解决上述现有技术存在的问题，提供一种配电网运行数据实时采集系统及方法，应用高速载波技术，紧扣配电网需求，可直接利用电力线，无须重新布线，组网也相对简单快捷，成本较低廉，且抗干扰性强，采集带宽和速率得到大幅度提升，传输可靠性得到保障，为配网拓扑自动识别、故障精确诊断及智能辅助规划提供的必备条件深化电力载波技术的应用。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：一种配电网运行数据实时采集系统，包括感知层、数据层和应用层，感知层和数据层用于多维度预警监测，应用层用于全过程在线管控，感知层包括变电站、输电线路、变压器、用户电表和配套数据采集终端，所述数据层将感应层采集的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电量和相序数据传输到应用层，所述应用层为数据中心，包括线损管理模块、停复电事件管理模块、配电自动化模块、故障抢修模块、技改大修模块、农网改造模块、400V分网模块、配电网规划模块、负荷转供模块和供电方案生成模块。

所述感知层的数据采集终端包括以下设备：

线变关系识别设备，设置在中压线路，包括识别仪主机和识别仪从机，各条10kV线路出口安装识别仪主机，识别仪主机包括耦合器和中压载波通信主机，所述变压器安装识别仪从机，识别仪从机包括耦合器和中压载波通信从机，所述中压载波通信主机和中压载波通信从机可以通过无线网络或从输电线路建立的中压载波通信链路进行实时通信，中压载波通信主机读取中压载波通信从机上的变压器总编号和下游电力运行数据，再同步至主站；

新型集中器，设置在变压器与下游电路之间，新型集中器设有RS-485接口模块、台区识别模块、I型集中器模块和高速载波模块，所述RS-485接口模块用于连接台区总表和各电表，采集台区总表数据，所述台区识别模块用于识别变压器编号；所述I型集中器模块和高速载波模块用于收集各电表、电子换向开关、分支箱终端、表箱终端的数据并传输至中压载波通信从机；

电子换相开关主机，安装与集中器与分支箱之间，内置高速载波模块和自动断路模块，用于和集中器通信，自动断路模块用于控制低压台区的分合闸，

分支箱监测终端，安装于分支箱各出线的电子换相开关从机，终端内置分支开关识别模块、高速载波模块及计量模块，计量模块用于监测各电子换相开关从机的电压、电压、电流、功率和功率因数，分支开关识别模块用于识别电子换相开关从机编号和监测开关状态，高速载波模块用于实时上报分合闸事件和开关运行数据；

表箱监测终端，安装于各表箱，表箱监测终端内置台区识别模块、高速载波模块及计量模块，计量模块监测各表箱的电压、电压、电流、功率、功率因数和表箱开关状态，台区识别模块用于识别分支开关编号和监测开关状态；高速载波模块用于采集表箱内各电表信息和监测电表用电情况，并实时上报分合闸事件和开关运行数据；

电表监测终端，安装于各用户电表，电表监测终端内置高速载波模块，高速载波模块用于用户电表数据的通信传输。

进一步完善，所述数据层包括数据传输模块、数据存储模块、数据加密模块和整合模块数据，所述数据传输模块包括WiFi、ZigBee、Bluetooh和4G，用于同步中压载波通信主机和主站的信息，所述数据存储模块包括U盘和本地云盘，U盘用于备份中压载波通信从机的数据，本地云盘用于中压载波通信主机数据，所述数据加密模块用于主站的数据信息加密，所述数据整合模块用于压缩和解压U盘和本地云盘用户电表数据。

进一步完善，所述故障抢修模块包括抢修无人机、抢修载具库和抢修工具库。

进一步完善，所述技改大修模块包括远程协助子模块、检修机器人和大修问题数据库。

进一步完善，所述配电网规划模块包括虚拟城市电网建设子模块、电网仿真子模块和推送方案信息子模块。

一种配电网运行数据实时采集方法，包括以下步骤：

步骤1，新型集中器下行报文，通过高速载波模块将并发抄表命令加载于电力线，发送抄表信号；电子换相开关主机、电表监测终端、分支箱监测终端和表箱监测终端接收抄表信号；

步骤2，电子换相开关主机上报低压台区的分合闸状态，电表监测终端采集并上报用户电表数据；分支箱监测终端上报电子换相开关从机编号和监测开关状态；表箱监测终端上报各表箱的电压、电压、电流、功率、功率因数和表箱开关状态；

步骤3，新型集中器接收上述电子换相开关主机、电表监测终端、分支箱监测终端和表箱监测终端上报的电力数据，再通过I型集中器模块传输将电力数据到中压载波通信从机；

步骤4，中压载波通信从机通过无线网络或中压载波通信链路将数据传输到中压载波通信主机；中压载波通信从机上的数据通过U盘进行临时备份；

步骤5，中压载波通信主机读取中压载波通信从机上的变压器总编号和下游电力运行数据，再同步至主站，中压载波通信主机数据同步到本地云盘进行临时备份。

步骤1中的新型集中器的下行报文步骤如下：

(1)配置高频采集规则，确定Q/GDW1376.2报文多帧数，确定每个报文中包含电表协议帧数；

(2)新型集中器组装完成Q/GDW1376.2下行报文并下发；规约类型为01H或02H时，报文内容不超过13条DL/T645报文；规约类型为00H或03H时，报文内容总长度不超过2000字节；

(3)新型集中器连续发送多个AFN＝F1-F1读表帧Q/GDW1376.2下行至电表监测终端，当收到电表监测终端否认应答时，暂停发送抄表帧。

本发明有益的效果是：本发明通过感知层、数据层和应用层实现配电网的运行数据的多维度预警监测和全过程在线管控，在感知层通过在中压和低压两侧依次设置线变关系识别设备、新型集中器、分支箱监测终端、表箱监测终端和电表监测终端，依托高速载波模块，实现对配电网运行数据的全方位多层次的监测，在数据层对终端感知的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电量和相序等数据周期性传输更新，实现对故障数据实时告警，在应用层设置有多个模块，实现了线损管理、停复电事件、配电自动化、故障抢修、技改大修、农网改造、400V分网、配电网规划、负荷转供和供电方案生成等功能，本发明通过建立完整的数据采集技术系统，实现设备、营销、调度等配电网各专业数据的自动接入，形成融合各专业、多主题、多应用的统一配电网数据库，全面提升配电网数据质量，为配电网诊断和大数据分析提供基础。感应层中的新型集中器设有RS-485接口模块、台区识别模块、I型集中器模块和高速载波模块，所述RS-485接口模块用于连接台区总表和各电表，采集台区总表数据，所述台区识别模块用于识别变压器编号；所述I型集中器模块和高速载波模块用于收集各电表、电子换向开关、分支箱终端、表箱终端的数据并传输至中压载波通信从机，通讯速度快；新型集中器功能强大，整机长期稳定工作，精度基本不受频率、温度、电压变化影响。整机体积小，重量轻，密封性能好，可靠性较其它同类产品有明显提高，抄表速度快。

附图说明

图1为本方案的总体系统结构示意图；

图2为本方案的感知层结构示意图；

图3为本方案的数据层结构示意图；

图4为本方案的应用层结构示意图；

图5为本方案的配电网状态监测预警功能表；

图6为本方案的业务报文协议；

图7为本方案的集中器下行报文数据单元格式；

图8为本方案的发抄表报文格式；

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参照附图：本实施例中一种配电网运行数据实时采集系统，包括感知层、数据层和应用层，感知层和数据层用于多维度预警监测，应用层用于全过程在线管控，感知层包括变电站、输电线路、变压器、用户电表和配套数据采集终端，所述数据层将感应层采集的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电量和相序数据传输到应用层，所述应用层为数据中心，包括线损管理模块、停复电事件管理模块、配电自动化模块、故障抢修模块、技改大修模块、农网改造模块、400V分网模块、配电网规划模块、负荷转供模块和供电方案生成模块。

所述感知层的数据采集终端包括以下设备：

线变关系识别设备，设置在中压线路，包括识别仪主机和识别仪从机，各条10kV线路出口安装识别仪主机，识别仪主机包括耦合器和中压载波通信主机，所述变压器安装识别仪从机，识别仪从机包括耦合器和中压载波通信从机，所述中压载波通信主机和中压载波通信从机可以通过无线网络或从输电线路建立的中压载波通信链路进行实时通信，中压载波通信主机读取中压载波通信从机上的变压器总编号和下游电力运行数据，再同步至主站；

新型集中器，设置在变压器与下游电路之间，新型集中器设有RS-485接口模块、台区识别模块、I型集中器模块和高速载波模块，所述RS-485接口模块用于连接台区总表和各电表，采集台区总表数据，所述台区识别模块用于识别变压器编号；所述I型集中器模块和高速载波模块用于收集各电表、电子换向开关、分支箱终端、表箱终端的数据并传输至中压载波通信从机；新型集中器整机长期稳定工作，精度基本不受频率、温度、电压变化影响。整机体积小，重量轻，密封性能好，可靠性较其它同类产品有明显提高。支持高速载波模块运行，自动识别载波模块，采用先进的32位RISC嵌入式CPUARM9工业级、256MBytesFLASH大容量存储器。新型集中器内置Q/GDW1376.2协议，抄表速度快。

电子换相开关主机，安装与集中器与分支箱之间，内置高速载波模块和自动断路模块，用于和集中器通信，自动断路模块用于控制低压台区的分合闸，

分支箱监测终端，安装于分支箱各出线的电子换相开关从机，终端内置分支开关识别模块、高速载波模块及计量模块，计量模块用于监测各电子换相开关从机的电压、电压、电流、功率和功率因数，分支开关识别模块用于识别电子换相开关从机编号和监测开关状态，高速载波模块用于实时上报分合闸事件和开关运行数据；

表箱监测终端，安装于各表箱，表箱监测终端内置台区识别模块、高速载波模块及计量模块，计量模块监测各表箱的电压、电压、电流、功率、功率因数和表箱开关状态，台区识别模块用于识别分支开关编号和监测开关状态；高速载波模块用于采集表箱内各电表信息和监测电表用电情况，并实时上报分合闸事件和开关运行数据；

电表监测终端，安装于各用户电表，电表监测终端内置高速载波模块，高速载波模块用于用户电表数据的通信传输。

如附图3所示，一种配电网运行数据实时采集方法，包括以下步骤：

步骤1，新型集中器下行报文，通过高速载波模块将并发抄表命令加载于电力线，发送抄表信号；电子换相开关主机、电表监测终端、分支箱监测终端和表箱监测终端接收抄表信号；

步骤2，电子换相开关主机上报低压台区的分合闸状态，电表监测终端采集并上报用户电表数据；分支箱监测终端上报电子换相开关从机编号和监测开关状态；表箱监测终端上报各表箱的电压、电压、电流、功率、功率因数和表箱开关状态；

步骤3，新型集中器接收上述电子换相开关主机、电表监测终端、分支箱监测终端和表箱监测终端上报的电力数据，再通过I型集中器模块传输将电力数据到中压载波通信从机；

步骤4，中压载波通信从机通过无线网络或中压载波通信链路将数据传输到中压载波通信主机；中压载波通信从机上的数据通过U盘进行临时备份；

步骤5，中压载波通信主机读取中压载波通信从机上的变压器总编号和下游电力运行数据，再同步至主站，中压载波通信主机数据同步到本地云盘进行临时备份。

如附图5所示，通过上述技术方案可以满足以下配电网状态监测预警需求：

(1)中压部分

①环网柜开关监测

以环网柜为单位，实时监测开关状态数据、电流值、电压值，预警故障缺陷。

②变压器温度监测

以变压器为单位，实时监测该变压器关联的测温装置监测数据，包含变压器进线端触头温度(A相、B相、C相)、变压器出线端触头温度(A相、B相、C相)和变压器表面温度，设定预警阈值。

③一二次融合开关监测

以线路为单位，实时监测开关状态数据、电流值、电压值，预警故障缺陷。

(2)低压部分

①智能微断监测

以表箱为单位，实时监测该表箱关联的智能微断监测数据，包含计量参数(电压、电流、剩余电流)、故障类型(过压、过载、短路)、开关状态(正常/跳闸)，感知数据每15分钟更新一次，故障数据实时告警。

②智能断路器监测

以变压器为单位，实时监测该变压器关联的智能断路器监测数据，包含电参量(电压、电流、功率、电量)；实时停电状态(停电/未停电)；实时故障信息(正常/异常和故障详情)；台区拓扑信息。感知数据每15分钟更新一次，故障数据实时告警。

以表箱为单位，实时监测该表箱关联的智能断路器监测数据，包含电参量(电压、电流、功率、电量)；实时停电状态(停电/未停电)；实时故障信息(正常/异常和故障详情)。感知数据每15分钟更新一次，故障数据实时告警。

③台区运行状态分析

监测台区过重载、低电压、三相不平衡等准实时运行数据，设定预警阈值。

所述数据层包括数据传输模块、数据存储模块、数据加密模块和整合模块数据，所述数据传输模块包括WiFi、ZigBee、Bluetooh和4G，用于同步中压载波通信主机和主站的信息，所述数据存储模块包括U盘和本地云盘，U盘用于备份中压载波通信从机的数据，本地云盘用于中压载波通信主机数据，所述数据加密模块用于主站的数据信息加密，所述数据整合模块用于压缩和解压U盘和本地云盘用户电表数据。所述故障抢修模块包括抢修无人机、抢修载具库和抢修工具库。所述技改大修模块包括远程协助子模块、检修机器人和大修问题数据库。所述配电网规划模块包括虚拟城市电网建设子模块、电网仿真子模块和推送方案信息子模块。

高速载波通信采用正交频分复用技术(OFDM，Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)对信号进行调制，其主要思想是在2-34MHz的频域内将给定信道分成几十乃至几百个独立不同的正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输数据，这样就提高了频带利用率。同时能有效地抵抗多径干扰，即使是在配电网受到严重干扰的情况下，也可保证高带宽传输效率，从而实现数据的高速可靠通信。

高速载波模块采用HPLC芯片，数据采集采用HPLC协议对数据进行封装，协议包含64位协议头信息，剩余为数据信息。业务报文协议如图6所示。

Q/GDW1376.2协议用于并发抄表命令，集中器下行报文步骤如下：

(1)配置高频采集规则，确定Q/GDW1376.2报文多帧数，确定每个每帧Q/GDW1376.2报文中包含电表协议帧数。

(2)集中器组装完成Q/GDW1376.2下行报文并下发。并发抄表下行数据单元格式如附图7所示

a)规约类型：00H，透明传输；01H，DL/T645-1997；02H，DL/T645-2007；03H，DL/T698.45；04H-FFH：保留；

b)报文长度：规约的原始报文数据总长度(L1+L2+…LN)；

c)报文内容：规约的原始报文数据。

并发抄表报文格式如附图8所示：

规约类型为01H或02H(DL/T645)时，报文内容允许有多条(不超过13条)DL/T645报文；规约类型为00H或03H(DL/T698.45等)时，报文内容总长度不超过2000字节。

(3)集中器连续发送多个AFN＝F1-F1读表帧(Q/GDW1376.2)下行至监测终端，当收到监测终端否认应答时，暂停发送抄表帧。

本发明为了优化配电网运行数据的采集效率及质量，应用高速载波技术的优势，根据电力线信道的特征，并设计数据采集技术系统，选取所用通信协议并分析其报文结构，最终深化电力载波技术的应用，紧扣配电网需求，实现“采集全成功、数据全自动、档案全同步、关系全贯通、指标全达标、异常全监控”等“六全”目标。

虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。

Claims (6)

1.一种配电网运行数据实时采集系统，其特征在于，包括感知层、数据层和应用层，感知层和数据层用于多维度预警监测，应用层用于全过程在线管控，感知层包括变电站、输电线路、变压器、用户电表和配套数据采集终端，所述数据层将感应层采集的电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电量和相序数据传输到应用层，所述应用层为数据中心，包括线损管理模块、停复电事件管理模块、配电自动化模块、故障抢修模块、技改大修模块、农网改造模块、400V分网模块、配电网规划模块、负荷转供模块和供电方案生成模块；

所述感知层的数据采集终端包括以下设备：

线变关系识别设备，设置在中压线路，包括识别仪主机和识别仪从机，各条10kV线路出口安装识别仪主机，识别仪主机包括耦合器和中压载波通信主机，所述变压器安装识别仪从机，识别仪从机包括耦合器和中压载波通信从机，所述中压载波通信主机和中压载波通信从机可以通过无线网络或从输电线路建立的中压载波通信链路进行实时通信，中压载波通信主机读取中压载波通信从机上的变压器总编号和下游电力运行数据，再同步至主站；

新型集中器，设置在变压器与下游电路之间，新型集中器设有RS-485接口模块、台区识别模块、I型集中器模块和高速载波模块，所述RS-485接口模块用于连接台区总表和各电表，采集台区总表数据，所述台区识别模块用于识别变压器编号；所述I型集中器模块和高速载波模块用于收集各电表、电子换向开关、分支箱终端、表箱终端的数据并传输至中压载波通信从机；

电子换相开关主机，安装与集中器与分支箱之间，内置高速载波模块和自动断路模块，用于和集中器通信，自动断路模块用于控制低压台区的分合闸，

分支箱监测终端，安装于分支箱各出线的电子换相开关从机，终端内置分支开关识别模块、高速载波模块及计量模块，计量模块用于监测各电子换相开关从机的电压、电压、电流、功率和功率因数，分支开关识别模块用于识别电子换相开关从机编号和监测开关状态，高速载波模块用于实时上报分合闸事件和开关运行数据；

表箱监测终端，安装于各表箱，表箱监测终端内置台区识别模块、高速载波模块及计量模块，计量模块监测各表箱的电压、电流、功率、功率因数和表箱开关状态，台区识别模块用于识别分支开关编号和监测开关状态；高速载波模块用于采集表箱内各电表信息和监测电表用电情况，并实时上报分合闸事件和开关运行数据；

电表监测终端，安装于各用户电表，电表监测终端内置高速载波模块，高速载波模块用于用户电表数据的通信传输；

所述数据层包括数据传输模块、数据存储模块、数据加密模块和整合模块数据，所述数据传输模块包括WiFi、ZigBee、Bluetooh和4G，用于同步中压载波通信主机和主站的信息，所述数据存储模块包括U盘和本地云盘，U盘用于备份中压载波通信从机的数据，本地云盘用于中压载波通信主机数据，所述数据加密模块用于主站的数据信息加密，所述数据整合模块用于压缩和解压U盘和本地云盘用户电表数据。

2.根据权利要求1所述的一种配电网运行数据实时采集系统，其特征是：所述故障抢修模块包括抢修无人机、抢修载具库和抢修工具库。

3.根据权利要求2所述的一种配电网运行数据实时采集系统，其特征是：所述技改大修模块包括远程协助子模块、检修机器人和大修问题数据库。

4.根据权利要求3所述的一种配电网运行数据实时采集系统，其特征是：所述配电网规划模块包括虚拟城市电网建设子模块、电网仿真子模块和推送方案信息子模块。

5.根据权利要求1或2所述的一种配电网运行数据实时采集方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1，新型集中器下行报文，通过高速载波模块将并发抄表命令加载于电力线，发送抄表信号；电子换相开关主机、电表监测终端、分支箱监测终端和表箱监测终端接收抄表信号；

步骤2，电子换相开关主机上报低压台区的分合闸状态，电表监测终端采集并上报用户电表数据；分支箱监测终端上报电子换相开关从机编号和监测开关状态；表箱监测终端上报各表箱的电压、电压、电流、功率、功率因数和表箱开关状态；

步骤3，新型集中器接收上述电子换相开关主机、电表监测终端、分支箱监测终端和表箱监测终端上报的电力数据，再通过I型集中器模块传输将电力数据到中压载波通信从机；

步骤4，中压载波通信从机通过无线网络或中压载波通信链路将数据传输到中压载波通信主机；中压载波通信从机上的数据通过U盘进行临时备份；

步骤5，中压载波通信主机读取中压载波通信从机上的变压器总编号和下游电力运行数据，再同步至主站，中压载波通信主机数据同步到本地云盘进行临时备份。

6.根据权利要求5所述的一种配电网运行数据实时采集方法，其特征是，步骤1中的新型集中器的下行报文步骤如下：

(1)配置高频采集规则，确定Q/GDW 1376.2报文多帧数，确定每个报文中包含电表协议帧数；

(2)新型集中器组装完成Q/GDW 1376.2下行报文并下发；规约类型为01H或02H时，报文内容不超过13条DL/T645报文；规约类型为00H或03H时，报文内容总长度不超过2000字节；

(3)新型集中器连续发送多个AFN＝F1-F1读表帧Q/GDW1376.2下行至电表监测终端，当收到电表监测终端否认应答时，暂停发送抄表帧。

Images