CN112202916A - 一种基于边缘计算的台区智能管理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于边缘计算的台区智能管理装置，包括CPU、移动通信模块、有线通信模块、缓存模块、存储模块、实时时钟模块、指示灯和蜂鸣器模块、按键模块、显示模块、安全加密模块、蓝牙通信模块、充电电池模块和电源模块；本装置通过有线通信模块与集中器或采集器连接，通过向终端发送相关通信数据，获取终端参数、终端的智能电表档案信息、智能电表参数、实时数据和冻结数据等数据，以便于进行边缘计算分析，通过主站深度挖掘现有数据价值、边缘侧分析计算、节省数据流量、解决窃电问题、因电能表时钟超差问题导致电力系统无法远程跳闸、电能表相位识别完成之后，可以为三相不平衡台区提供分析解决依据和数据支撑。

Description

一种基于边缘计算的台区智能管理装置
技术领域
本发明涉及低压配电台区，具体是一种基于边缘计算的台区智能管理装置。
背景技术
目前电力系统中低压配电台区建设的用户用电信息采集系统，数据采集和数据分析存在较大的瓶颈，并且采集频率达到秒级之后，现有的用户用电信息采集系统基本无法满足高频次，大数据量的通信，导致很多电力相关业务无法有效的落实和解决；如果对用户用电信息采集系统进行改造，将会给用户用电信息采集系统技术架构带来较大的冲击，整个系统性的改造付出的人力物力财力，将远超过带来的成效本身。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于边缘计算的台区智能管理装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于边缘计算的台区智能管理装置，包括CPU、移动通信模块、有线通信模块、缓存模块、存储模块、实时时钟模块、指示灯和蜂鸣器模块、按键模块、显示模块、安全加密模块、蓝牙通信模块、充电电池模块和电源模块；所述移动通信模块、有线通信模块、缓存模块、存储模块、实时时钟模块、指示灯和蜂鸣器模块、按键模块、显示模块、安全加密模块、蓝牙通信模块、充电电池模块和电源模块均与CPU相连接，CPU负责边缘计算和各模块的协同工作，内部运行安全操作系统，保证边缘计算、各模块工作及应用任务安全可靠运行。
所述移动通信模块连接后台管理系统，将分析的结果和佐证数据传输给管理后台，同时提供边缘计算模型更新和升级、数据采集策略下发；所述有线通信模块包括与台区集中器通信的RS485、RS232和以太网接口，负责采集台区集中器和与集中器连接的智能电表的各种数据；所述缓存模块为SDRAM或者EEPROM，负责缓存采集获取的集中器、采集器和智能电表的各种数据、设备参数、设备采集策略、边缘计算中间数据和安全操作系统运行数据，直接提高CPU的计算速度；所述存储模块为Flash、EMMC、SSD、机械硬盘的其中一种，负责存储CPU启动程序、安全操作系统、设备驱动文件、文件系统、应用镜像、采集获取的各种原始数据、整理过的各种数据库文件、边缘计算分析结果数据、系统日志和升级备份文件；所述实时时钟模块主要为本地时钟，负责精确本地日期和时间；所述指示灯和蜂鸣器模块分别为LED指示灯和PWM蜂鸣器，负责用电指示和相关业务报警；所述显示屏模块为LCD液晶屏或者OLED屏幕，负责显示日期时间、设备信息、网络状态、信号强度、蓝牙状态、电池电量、、升级状态等；所述电源模块为220V或者380V电源转换部分，为各个功能模块提供稳定可靠的电源。
作为本发明的优选方案：所述充电电池模块为可充电聚合物或者可充电锂电池及相关的充电监测部分组成，设备掉电之后，由可充电电池进行供电；设备接电之后，可充电电池停止工作，进入充电状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本装置通过有线通信模块与集中器或采集器连接，通过向终端发送相关通信数据，获取终端参数、终端的智能电表档案信息、智能电表参数、实时数据和冻结数据等数据，以便于进行边缘计算分析，通过主站深度挖掘现有数据价值、边缘侧分析计算、节省数据流量、解决窃电问题、因电能表时钟超差问题导致电力系统无法远程跳闸、电能表相位识别完成之后，可以为三相不平衡台区提供分析解决依据和数据支撑。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1，本发明实施例中，一种基于边缘计算的台区智能管理装置，包括CPU、移动通信模块、有线通信模块、缓存模块、存储模块、实时时钟模块、指示灯和蜂鸣器模块、按键模块、显示模块、安全加密模块、蓝牙通信模块、充电电池模块和电源模块；所述移动通信模块、有线通信模块、缓存模块、存储模块、实时时钟模块、指示灯和蜂鸣器模块、按键模块、显示模块、安全加密模块、蓝牙通信模块、充电电池模块和电源模块均与CPU相连接。
CPU是本装置的核心，主要负责边缘计算和各模块的协同工作，内部运行安全操作系统，保证边缘计算、各模块工作及应用任务安全可靠运行。
所述移动通信模块连接后台管理系统，移动通信模块负责与后台管理系统进行连接通信，将分析的结果和佐证数据传输给管理后台，同时提供边缘计算模型更新和升级、数据采集策略下发等功能。
所述有线通信模块包括与台区集中器通信的RS485、RS232和以太网接口，有线通信模块主要负责采集台区集中器和与集中器连接的智能电表的各种数据。
所述缓存模块为SDRAM或者EEPROM，负责缓存采集获取的集中器、采集器和智能电表的各种数据、设备参数、设备采集策略、边缘计算中间数据和安全操作系统运行数据等，直接提高CPU的计算速度。
所述存储模块主要为Flash、EMMC、SSD、机械硬盘的其中一种，负责存储CPU启动程序、安全操作系统、设备驱动文件、文件系统、应用镜像、采集获取的各种原始数据、整理过的各种数据库文件、边缘计算分析结果数据、系统日志和升级备份文件等。
所述实时时钟模块主要为本地时钟，负责精确本地日期和时间。
所述指示灯和蜂鸣器模块分别为LED指示灯和PWM蜂鸣器，负责用电指示和相关业务报警。
所述按键模块主要为用户提供操作使用，具备开机、关机、紧急通信、蓝牙开启、蓝牙关闭等功能。
所述显示屏模块主要为LCD液晶屏或者OLED屏幕，负责显示日期时间、设备信息、网络状态、信号强度、蓝牙状态、电池电量、升级状态等信息。
所述安全加密模块主要用于安全接入电力内部网络、身份认证、权限认证等功能。
所述蓝牙通信模块主要负责与电力现场作业终端进行通信，主要功能是为设备提供参数设置、边缘分析结果传输等提供通信支持。
所述电源模块主要为220V或者380V电源转换部分，为各个功能模块提供稳定可靠的电源。
本装置通过有线通信模块与集中器或采集器(以下简称终端)连接，通过向终端发送相关通信数据，获取终端参数、终端的智能电表档案信息、智能电表参数、实时数据和冻结数据等数据，以便于进行边缘计算分析。
如下说明时钟治理原理：通过本装置获取电力内网母钟服务器日期时间
Figure BDA0002722695950000041
(以下简称母钟时间)，集中器或者采集器下面的电能表档案和集中器或者采集器的日期时间
Figure BDA0002722695950000042
(以下简称终端时间)，并通过集中器后者采集器获取各个电能表的本地日期时间t0(以下简称表时间)。
终端时间治理：将
Figure BDA0002722695950000057
与
Figure BDA0002722695950000058
进行比对，如果发现不一致则对终端时间进行校准，本装置通过给终端发送终端对时相关命令，对集中器进行校时给治理成功之后，再次读取母钟时间和终端时间，确定时钟一致，则完成终端时间治理。
表时间治理：当母钟时间和终端时间一致时，然后再进行表时间治理。将
Figure BDA0002722695950000059
和t0进行比对，如果发现不一致的情况，则对表时间进行校准，本装置先与电力内网加密机进行通信，获取电能表密文数据，利用本装置的安全加密模块与电能表的安全加密模块进行通信认证，然后下发电能表校时命令，治理成功之后，再次读取表时间，确定时钟一致，则完成治理。
如下分析单相表窃电原理：根据基尔霍夫电流定律，节点处的输入电流等于输出电流。单相电表的火线默认为A相，并且A相电流与零序电流无相角差。本装置获取的某块单相智能电表的t1时刻实时电流数据，如IA(t1)，I0(t1)分别表示A相t1实时电流、零序t1实时电流，将IA(t1)与I0(t1)进行比较，α(t1)＝I0(t1)/IA(t1)，其中α(t1)表示时刻t1零火线电流比，如果α(t1)≥0.1，则对该单相表进行着重监测。当
Figure BDA0002722695950000051
其中n表示采集次数，m表示总采集次数，tn表示第n次实时采集的时间，仍然出现α(m)≥0.1，则认为该单相电表存在较大窃电嫌疑，并将分析结果和计算使用的原始数据发送给用户。
如下分析三相表窃电原理：本装置获取的某块三相智能电表的t1时刻实时电流数据，如
Figure BDA0002722695950000052
分别表示A相t1实时电流、B相t1实时电流、C相t1实时电流、零序t1实时电流，将
Figure BDA0002722695950000053
与
Figure BDA0002722695950000054
进行比较，
Figure BDA0002722695950000055
其中
Figure BDA0002722695950000056
其中δ(t1)表示t1时刻ABC三相零火线电流比，θ，β，η分别表示A相、B相、C相电流相位，如果δ(t1)≥0.1，则对该三相表进行着重监测。
当
Figure BDA0002722695950000061
亦或
Figure BDA0002722695950000062
其中n表示采集次数，m表示总采集次数，tn表示第n次实时采集的时间，当δ(m)≥0.1，则认为该三相电表存在较大窃电嫌疑，并将分析结果和计算使用的原始数据发送给用户。
如下分析相位分析原理：本装置获取的某块单相智能电表的t1时刻的实时电压数据，由于单相表规定所有的电能表各个数据都在A相上。同时获取台区总表t1时刻的实时A、B、C相电压数据，如
Figure BDA0002722695950000063
分别表示台区总表A相、B相、C相在t1实时电压，通过分析VA(t1)和
Figure BDA0002722695950000064
的关系，确定该电能表是否与台区总表的那个相位相关度较高。
具体公式如
Figure BDA0002722695950000065
Figure BDA0002722695950000066
Figure BDA0002722695950000067
根据RA，RB，RC的数值如0.85≤RA≤1或0.85≤RB≤1或0.85≤RC≤1则，可以假设该电表在相对应的相位。本装置将边缘计算分析结果和相关原始数据发送给用户。
异常用电分析：各个电能表本身可以存储各种事件和记录，本装置通过获取电能表本地的时间判定各种电表用电异常。异常时间记录保存在本装置存储模块里面，结合窃电分析、时钟超差、接错线等事件记录。当异常用电事件发生以后，本装置将边缘计算分析的结果和原始相关数据发送给用户。
实施例2：
在实施例1的基础之上，所述充电电池模块主要为可充电聚合物或者可充电锂电池及相关的充电监测部分组成，设备掉电之后，由可充电电池进行供电；设备接电之后，可充电电池停止工作，进入充电状态。
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。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于边缘计算的台区智能管理装置，其特征在于，包括CPU、移动通信模块、有线通信模块、缓存模块、存储模块、实时时钟模块、指示灯和蜂鸣器模块、按键模块、显示模块、安全加密模块、蓝牙通信模块、充电电池模块和电源模块；所述移动通信模块、有线通信模块、缓存模块、存储模块、实时时钟模块、指示灯和蜂鸣器模块、按键模块、显示模块、安全加密模块、蓝牙通信模块、充电电池模块和电源模块均与CPU相连接，CPU负责边缘计算和各模块的协同工作，内部运行安全操作系统，保证边缘计算、各模块工作及应用任务安全可靠运行。
2.根据权利要求1所述的一种基于边缘计算的台区智能管理装置，其特征在于，所述移动通信模块连接后台管理系统，将分析的结果和佐证数据传输给管理后台，同时提供边缘计算模型更新和升级、数据采集策略下发。
3.根据权利要求2所述的一种基于边缘计算的台区智能管理装置，其特征在于，所述有线通信模块包括与台区集中器通信的RS485、RS232和以太网接口，负责采集台区集中器和与集中器连接的智能电表的各种数据。
4.根据权利要求3所述的一种基于边缘计算的台区智能管理装置，其特征在于，所述缓存模块为SDRAM或者EEPROM，负责缓存采集获取的集中器、采集器和智能电表的各种数据、设备参数、设备采集策略、边缘计算中间数据和安全操作系统运行数据，直接提高CPU的计算速度。
5.根据权利要求4所述的一种基于边缘计算的台区智能管理装置，其特征在于，所述存储模块为Flash、EMMC、SSD、机械硬盘的其中一种，负责存储CPU启动程序、安全操作系统、设备驱动文件、文件系统、应用镜像、采集获取的各种原始数据、整理过的各种数据库文件、边缘计算分析结果数据、系统日志和升级备份文件。
6.根据权利要求5所述的一种基于边缘计算的台区智能管理装置，其特征在于，所述显示屏模块为LCD液晶屏或者OLED屏幕，负责显示日期时间、设备信息、网络状态、信号强度、蓝牙状态、电池电量、升级状态等。
7.根据权利要求6所述的一种基于边缘计算的台区智能管理装置，所述安全加密模块主要用于安全接入电力内部网络、身份认证、权限认证等功能。
8.根据权利要求7所述的一种基于边缘计算的台区智能管理装置，所述蓝牙通信模块主要负责与电力现场作业终端进行通信，主要功能是为设备提供参数设置、边缘分析结果传输等提供通信支持。
9.根据权利要求9所述的一种基于边缘计算的台区智能管理装置，其特征在于，所述电源模块为220V或者380V电源转换部分，为各个功能模块提供稳定可靠的电源。
10.根据权利要求1或2所述的一种基于边缘计算的台区智能管理装置，其特征在于，所述充电电池模块为可充电聚合物或者可充电锂电池及相关的充电监测部分组成，设备掉电之后，由可充电电池进行供电；设备接电之后，可充电电池停止工作，进入充电状态。
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