CN112134361A - 一种配电网智能监控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于配电网智能监控技术领域，尤其为一种配电网智能监控系统，所述系统包括变配电站现场采集单元、交换机、远程监控平台、本地服务器、算法引擎服务器、云端服务器、后台管理系统、电力消防管理平台和智能终端，其中，所述变配电站现场采集单元是由视频采集单元、人脸识别门禁系统、传感器组和数据处理终端组成。本发明采用Z‑score方法进行离群点监测，能够对云计算工作量进行分解，减少云计算的负担，有效提高系统数据处理的高效性，保证系统参数监测结果的可靠性，同时系统能够与电力消防系统进行联合，实现高效电力消防管控，降低电力火灾损失，多级联网运维，集中管理与分级管理相结合，达到提升管控质量、效率的目的。

Description

一种配电网智能监控系统
技术领域
本发明涉及配电网智能监控技术领域，具体为一种配电网智能监控系统。
背景技术
配电网智能监控系统是以一个平台监控多个站点的设计理念，实现分层级、分权限、集中化、智能化的监控方式，让散落在不同地理位置的变电站、配电房进行集中采集、监控、分析，达到统一运维、信息共享的目的，助力电力系统精细化维护的实现。
云计算是基于互联网的服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。狭义云计算指IT基础设施的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需资源；广义云计算指服务的交付和使用模式，指通过网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是IT和软件、互联网相关，也可是其他服务。它意味着计算能力也可作为一种商品通过互联网进行流通。
现有的配电网智能监控系统在运行过程中，云计算系统需收集及处理庞大的不同数据，计算繁杂，给云计算系统带来很大的额外负担，且配电网监控系统不能很好的与电力消防系统进行联合，消防反应较慢，不能降低电力火灾损失。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种配电网智能监控系统，解决了现有的配电网智能监控系统在运行过程中，云计算系统需收集及处理庞大的不同数据，计算繁杂，给云计算系统带来很大的额外负担，且配电网监控系统不能很好的与电力消防系统进行联合，消防反应较慢，不能降低电力火灾损失的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种配电网智能监控系统，所述系统包括变配电站现场采集单元、交换机、远程监控平台、本地服务器、算法引擎服务器、云端服务器、后台管理系统、电力消防管理平台和智能终端，其中，所述变配电站现场采集单元是由视频采集单元、人脸识别门禁系统、传感器组和数据处理终端组成，所述视频采集单元、人脸识别门禁系统和传感器组分别与数据处理终端电性连接，所述视频采集单元用于变配电站实时视频数据采集，所述人脸识别门禁系统用于变配电站智能门禁监控，所述传感器组用于变配电站高压柜、低压柜、开关柜、变压器及线缆温度、室内温湿度、烟雾、甲烷浓度、臭氧浓度、漏水系统数据监测，所述数据处理终端用于现场系统数据收集与处理，所述数据处理终端与交换机连接，所述交换机通过以太网分别与远程监控平台和本地服务器连接通讯，所述远程监控平台用于对变配电站进行远程视频及参数数据监控，所述本地服务器与算法引擎服务器连接，所述本地服务器和算法引擎服务器分别与云端服务器通讯交互，所述云端服务器分别与后台管理系统、电力消防管理平台和智能终端无线通讯，所述算法引擎服务器用于通过Z-score算法对变配电站异常系统数据进行监测，所述算法引擎服务器根据需监测的系统数据向本地服务器发出其所需要的算法数据结构与数据采集频率，所述本地服务器根据接收到的算法数据结构与数据采集频率向变配电站现场采集单元发送获取所需的系统参数需求，所述变配电站现场采集单元中数据处理终端对获取所需的系统参数计算处理后根据所需输出频率将所需数据回传给本地服务器，所述本地服务器用于将所获取的数据回传给算法引擎服务器进行异常数据计算处理。
作为本发明的一种优选技术方案，所述视频采集单元是由摄像头以及与摄像头连接的视频处理系统组成，视频处理系统是由依次连接的视频A/D转换模块、DSP处理模块和处理结果输出模块组成，其中视频A/D转换模块采用SAA7115视频解码芯片，DSP处理模块是以DM642为核心处理模块。
作为本发明的一种优选技术方案，所述传感器组包括用于变配电站高压柜、低压柜、开关柜、变压器及线缆温度监测的若干温度传感器以及用于室内温湿度、烟雾、甲烷浓度、臭氧浓度、漏水系统数据监测的温湿度传感器、烟雾传感器、甲烷浓度传感器、臭氧浓度传感器和浸水传感器。
作为本发明的一种优选技术方案，所述数据处理终端是由电源、处理芯片、储存模块、报警模块和无线通信模块组成，电源为处理芯片工作供电，储存模块、报警模块和无线通信模块分别与处理芯片电性连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述数据处理终端中处理芯片为单片机，无线通信模块采用GPRS、WIFI、ZigBee、2G、3G、4G网络中的一种。
作为本发明的一种优选技术方案，所述交换机的型号为YT-CM6020-G-F16G4。
作为本发明的一种优选技术方案，所述智能终端为智能手机、笔记本及平板电脑中的一种。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种配电网智能监控系统，具备以下有益效果：
该配电网智能监控系统，系统采用Z-score方法进行离群点监测，能够对云计算工作量进行分解，减少云计算的负担，有效提高系统数据处理的高效性，保证系统参数监测结果的可靠性，同时系统能够与电力消防系统进行联合，实现高效电力消防管控，降低电力火灾损失，多级联网运维，集中管理与分级管理相结合，达到提升管控质量、效率的目的。
附图说明
图1为本发明的系统原理框图；
图2为本发明中变配电站现场采集单元的系统原理框图；
图3为本发明的Z-score算法应用的公式示意图；
图4为本发明的Z-score算法中Python代码实现示意图。
图中：1、变配电站现场采集单元；101、视频采集单元；102、人脸识别门禁系统；103、传感器组；104、数据处理终端；2、交换机；3、远程监控平台；4、本地服务器；5、算法引擎服务器；6、云端服务器；7、后台管理系统；8、电力消防管理平台；9、智能终端。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1-4，本发明提供以下技术方案：一种配电网智能监控系统，系统包括变配电站现场采集单元1、交换机2、远程监控平台3、本地服务器4、算法引擎服务器5、云端服务器6、后台管理系统7、电力消防管理平台8和智能终端9，其中，变配电站现场采集单元1是由视频采集单元101、人脸识别门禁系统102、传感器组103和数据处理终端104组成，视频采集单元101、人脸识别门禁系统102和传感器组103分别与数据处理终端104电性连接，视频采集单元101用于变配电站实时视频数据采集，人脸识别门禁系统102用于变配电站智能门禁监控，传感器组103用于变配电站高压柜、低压柜、开关柜、变压器及线缆温度、室内温湿度、烟雾、甲烷浓度、臭氧浓度、漏水系统数据监测，数据处理终端104用于现场系统数据收集与处理，数据处理终端104与交换机2连接，交换机2通过以太网分别与远程监控平台3和本地服务器4连接通讯，远程监控平台3用于对变配电站进行远程视频及参数数据监控，本地服务器4与算法引擎服务器5连接，本地服务器4和算法引擎服务器5分别与云端服务器6通讯交互，云端服务器6分别与后台管理系统7、电力消防管理平台8和智能终端9无线通讯，算法引擎服务器5用于通过Z-score算法对变配电站异常系统数据进行监测，算法引擎服务器5根据需监测的系统数据向本地服务器4发出其所需要的算法数据结构与数据采集频率，本地服务器4根据接收到的算法数据结构与数据采集频率向变配电站现场采集单元1发送获取所需的系统参数需求，变配电站现场采集单元1中数据处理终端104对获取所需的系统参数计算处理后根据所需输出频率将所需数据回传给本地服务器4，本地服务器4用于将所获取的数据回传给算法引擎服务器5进行异常数据计算处理。
本实施方案中，Z-score算法是用于对采集数据进行离群点检测，离群点(outlier)是指和其他观测点偏离非常大的数据点，离群点是异常的数据点，但是不一定是错误的数据点，确定离群点对于数据分析会带来不利的影响，比如，增大错误方差、影响预测和影响正态性；
3a原则，这个原则有个前提条件：数据需要服从正态分布；在3a原则下，如果观测值与平均值的差值超过3倍标准差，那么可以将其视为异常值。正负3a的概率是99.7％，那么距离平均值3a之外的值出现的概率为P(|x-u|>3a)<＝0.003，属于极个别的小概率事件；
如果数据不服从正态分布，那么可以用远离平均值的多少倍标准差来描述，倍数就是Z-score，Z-score以标准差为单位去度量某一原始分数偏离平均数的距离，它回答了一个问题：“一个给定分数距离平均数多少个标准差？”，Z-score的公式是
Z-score＝(Observation—Mean)/Standard
Deviation
z＝(X—μ)/σ
Z-score需要根据经验和实际情况来决定，通常把远离标准差3倍距离以上的数据点视为离群点，也就是说，把Z-score大于3的数据点视作离群点，Python代码的实现如下：
Figure BDA0002710389700000061
算法引擎服务器5用于通过Z-score算法对变配电站异常系统数据进行监测，检测过程中将Z-score大于3的数据点视作离群点，能够对云计算工作量进行分解，减少云计算的负担，有效提高系统数据处理的高效性。
具体的，视频采集单元101是由摄像头以及与摄像头连接的视频处理系统组成，视频处理系统是由依次连接的视频A/D转换模块、DSP处理模块和处理结果输出模块组成，其中视频A/D转换模块采用SAA7115视频解码芯片，DSP处理模块是以DM642为核心处理模块。
本实施例中，进行实时视频采集时，首先通过摄像头采集视频信号，由摄像头采集的模拟视频信号经SAA7115模数转换后，形成YUV4:2:0格式的数字视频信号，从DM642视频端口输入，由基于DM642的软件编码器处理，生成处理结果，打包后通过RJ4S口经以太网传送到远程监控平台3和本地服务器4目的地。
具体的，传感器组103包括用于变配电站高压柜、低压柜、开关柜、变压器及线缆温度监测的若干温度传感器以及用于室内温湿度、烟雾、甲烷浓度、臭氧浓度、漏水系统数据监测的温湿度传感器、烟雾传感器、甲烷浓度传感器、臭氧浓度传感器和浸水传感器。
本实施例中，由传感器组103的设置，能够形成对高压柜、低压柜、开关柜、变压器、线缆温度监测，管控对象还包括室内温湿度、入侵检测、烟雾探测、门禁监控、甲烷浓度、臭氧浓度和漏水检测等。
具体的，数据处理终端104是由电源、处理芯片、储存模块、报警模块和无线通信模块组成，电源为处理芯片工作供电，储存模块、报警模块和无线通信模块分别与处理芯片电性连接。
具体的，数据处理终端104中处理芯片为单片机，无线通信模块采用GPRS、WIFI、ZigBee、2G、3G、4G网络中的一种。
具体的，交换机2的型号为YT-CM6020-G-F16G4。
本实施例中，CM6020-G-F16G4是一款电力变电站专用管理型工业级以太网交换机2，具备时钟同步和SV采样数据帧交换延时累加功能，提供4个千兆光口，16个百兆光口，采用无风扇、低功耗设计，具有IP40防护等级；具有-40～70℃的工作温度，支持先进的管理和安全特性，如IGMP snooping、IEEE 802.1QVLAN、QoS、ACL、LLDP、端口镜像、SNMP、SNTP防Dos等等，而用来冗余备份的Link Aggregation、EAPS和STP/RSTP则增加了网络的可靠性和可用性。
具体的，智能终端9为智能手机、笔记本及平板电脑中的一种。
本发明的工作原理及使用流程：首先在算法引擎服务器5依需要设置需监测的系统参数，针对该系统参数根据Z-score算法对变配电站异常系统数据进行监测，系统参数监测包括变配电站高压柜、低压柜、开关柜、变压器及线缆温度参数监测，以及室内温湿度、烟雾、甲烷浓度、臭氧浓度、漏水系统参数监测，算法引擎服务器5根据需监测的系统数据向本地服务器4发出其所需要的算法数据结构与数据采集频率，本地服务器4根据接收到的算法数据结构与数据采集频率向变配电站现场采集单元1发送获取所需的系统参数需求，变配电站现场采集单元1中数据处理终端104对获取所需的系统参数计算处理后根据所需输出频率将所需数据回传给本地服务器4，本地服务器4用于将所获取的数据回传给算法引擎服务器5进行异常数据计算处理；当由传感器组103探测到火灾时，由云端服务器6将处理后的探测数据传输给电力消防管理平台8，以减少损失；当由传感器组103探测到配电设备发生温度异常等事故时，由云端服务器6将处理后的探测数据传输给后台管理系统7，以便于对相应变配电站设备进行处理指令下发，以提高服务质量和自身管理水平，助力电力系统精细化维护的实现。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种配电网智能监控系统，其特征在于：所述系统包括变配电站现场采集单元(1)、交换机(2)、远程监控平台(3)、本地服务器(4)、算法引擎服务器(5)、云端服务器(6)、后台管理系统(7)、电力消防管理平台(8)和智能终端(9)，其中，所述变配电站现场采集单元(1)是由视频采集单元(101)、人脸识别门禁系统(102)、传感器组(103)和数据处理终端(104)组成，所述视频采集单元(101)、人脸识别门禁系统(102)和传感器组(103)分别与数据处理终端(104)电性连接，所述视频采集单元(101)用于变配电站实时视频数据采集，所述人脸识别门禁系统(102)用于变配电站智能门禁监控，所述传感器组(103)用于变配电站高压柜、低压柜、开关柜、变压器及线缆温度、室内温湿度、烟雾、甲烷浓度、臭氧浓度、漏水系统数据监测，所述数据处理终端(104)用于现场系统数据收集与处理，所述数据处理终端(104)与交换机(2)连接，所述交换机(2)通过以太网分别与远程监控平台(3)和本地服务器(4)连接通讯，所述远程监控平台(3)用于对变配电站进行远程视频及参数数据监控，所述本地服务器(4)与算法引擎服务器(5)连接，所述本地服务器(4)和算法引擎服务器(5)分别与云端服务器(6)通讯交互，所述云端服务器(6)分别与后台管理系统(7)、电力消防管理平台(8)和智能终端(9)无线通讯，所述算法引擎服务器(5)用于通过Z-score算法对变配电站异常系统数据进行监测，所述算法引擎服务器(5)根据需监测的系统数据向本地服务器(4)发出其所需要的算法数据结构与数据采集频率，所述本地服务器(4)根据接收到的算法数据结构与数据采集频率向变配电站现场采集单元(1)发送获取所需的系统参数需求，所述变配电站现场采集单元(1)中数据处理终端(104)对获取所需的系统参数计算处理后根据所需输出频率将所需数据回传给本地服务器(4)，所述本地服务器(4)用于将所获取的数据回传给算法引擎服务器(5)进行异常数据计算处理。
2.根据权利要求1所述的一种配电网智能监控系统，其特征在于：所述视频采集单元(101)是由摄像头以及与摄像头连接的视频处理系统组成，视频处理系统是由依次连接的视频A/D转换模块、DSP处理模块和处理结果输出模块组成，其中视频A/D转换模块采用SAA7115视频解码芯片，DSP处理模块是以DM642为核心处理模块。
3.根据权利要求1所述的一种配电网智能监控系统，其特征在于：所述传感器组(103)包括用于变配电站高压柜、低压柜、开关柜、变压器及线缆温度监测的若干温度传感器以及用于室内温湿度、烟雾、甲烷浓度、臭氧浓度、漏水系统数据监测的温湿度传感器、烟雾传感器、甲烷浓度传感器、臭氧浓度传感器和浸水传感器。
4.根据权利要求1所述的一种配电网智能监控系统，其特征在于：所述数据处理终端(104)是由电源、处理芯片、储存模块、报警模块和无线通信模块组成，电源为处理芯片工作供电，储存模块、报警模块和无线通信模块分别与处理芯片电性连接。
5.根据权利要求4所述的一种配电网智能监控系统，其特征在于：所述数据处理终端(104)中处理芯片为单片机，无线通信模块采用GPRS、WIFI、ZigBee、2G、3G、4G网络中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种配电网智能监控系统，其特征在于：所述交换机(2)的型号为YT-CM6020-G-F16G4。
7.根据权利要求1所述的一种配电网智能监控系统，其特征在于：所述智能终端(9)为智能手机、笔记本及平板电脑中的一种。
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