CN112235249A - 基于ii型集中器的台区数据分钟级同频采集方法及系统 - Google Patents

Abstract

基于II型集中器的台区数据分钟级同频采集方法及系统，台区通过Ⅱ型集中器采集电表数据，所述集中器配置分钟级通信协议，实现对电表数据的分钟级同频采集。本发明扩展了集中器的通信协议，对应配置分钟级采集方案，实现分钟级数据采集，提高了用电信息采集频率，针对原先的实时循环采集机制在分钟级采集任务中可能导致的部分采集数据无法有效采集的问题，设计了新的采集机制，有效解决了这一问题。本发明为对配电网台区深入进行用电特性分析、用电预期评估、用电潜力挖掘、用电需求适应等用电服务质量提升工作提供了良好的基础。

Description

基于II型集中器的台区数据分钟级同频采集方法及系统

技术领域

本发明属于电力技术领域，涉及配电网中现场数据的采集，为一种基于II型集中器的台区数据分钟级同频采集方法及系统。

技术背景

随着电力技术的发展，泛在电力物联网的相关技术日益发展。为满足泛在电力物联网建设对配电网相关信息采集系统的更高要求，对配电网云端、管理端、边缘端和终端的运行与控制进行全面的性能提升成为必然趋势。目前，在配电端电力数据的采集方案中，存在Ⅱ型集中器+485表、Ⅰ型集中器+载波表、Ⅰ型集中器+Ⅰ型采集器+485表、Ⅰ型集中器+Ⅱ型采集器+485表四种部署方式。其中Ⅱ型集中器+485表的部署方式较为特殊，不经过采集器而直接进行数据采集上报。此种模式应用广泛，采用此种模式进行部署的电表约占所有电表的三分之一左右。

目前Ⅱ型集中器+485表的采集机制是实时循环采集机制，收到采集指令后，以当前最新的采集数据进行回复。采集数据内容包括日冻结、月冻结、15/60分钟历史曲线、60分钟事件等。集中器主要通过DL/T645电力通信协议对电表进行数据抄录。此种采集方案应用广泛，技术成熟度高，可靠性好，稳定性强。但对于目前泛在电力物联网的建设、分析用户特性、用户需求、用电潜力并进一步为用户提供更优质的用电服务来说目前的采集频率仍然过低，这就急需进一步提高数据采集频率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：当前用电信息采集系统对于进一步为用户提供更优质的用电服务来说，目前的采集频率仍然过低，集中器设备最高只能提供15分钟级的采集任务，不能满足用电信息采集对精细化、实时化的需求。

本发明的技术方案为：基于Ⅱ型集中器的台区数据分钟级同频采集方法，台区通过Ⅱ型集中器采集电表数据，所述集中器配置分钟级通信协议，所述分钟级通信协议基于DL/T 645和Q/GDW 1376.2协议扩展；对DL/T 645的扩展为：在DL/T 645协议基础上实现支持分钟级采集的通信接口，在645报文中加入时标使集中器识别数据采集时间，对645报文的数据标识进行扩展，使其通过一个数据标识采集包括电压、相线电流和有功功率在内的多个数据项；对Q/GDW 1376.2的扩展为：对Q/GDW 1376.2协议通信抄表报文格式进行扩展，在1376.2协议上下行报文中封装的645报文格式中加入时标，通信载体对象在收集全下行报文里所有645报文的应答后，统一组成一帧回复给集中器。

进一步的，Ⅱ型集中器还分别与用电信息采集平台和/或边缘物联代理通信，边缘物联代理用于实现电力物联网。

本发明还提供一种基于II型集中器的台区数据分钟级同频采集系统，包括II型集中器和RS485电表，所述采集系统设备中配置有通信协议和采集程序，所述通信协议和采集程序被执行时实现上述的台区数据分钟级同频采集方法。

与现有技术方案相比，本发明具有的有益效果是：

1、本发明实现了分钟级同频采集，从软硬件部署上提升集中器的性能。由以往的15分钟级采集频率提升为分钟级采集频率，采集频率的提高带来的直接问题就是数据通信量的增加，对设备间的通信设置、设备的结构部署等均提出了新要求。通过多方面软硬件及系统框架的共同协调设计，实现分钟级同频采集，在本发明方案下，可有利于实现台区状态实时感知、故障定位、主动抢修、能效分析、线损精益化管理等功能，这是以往15分钟级数据采集无法实现的；还为深入地对用户进行用电特性分析、用电预期评估、用电潜力挖掘、用电需求适应，用电服务质量提升提供了良好的基础，真正实现了“云、大、物、移、智”的深度结合。

2、针对现有技术中II型集中器的实时循环采集机制在分钟级采集任务中可能导致的部分采集数据无法有效采集的问题，本发明进一步设计了新的采集机制，通过在645报文中加入时标，同时放弃原有的实时循环采集机制，设计了整分采集机制，分为采集周期小于1分钟与大于1分钟两种情况来完成数据采集，有效解决了这一问题。

3、本发明专注于用电信息采集，设计了一种台区数据用电信息采集方法系统，通过边缘物联代理的部署，进行边端融合，实现了感知层营销与配电数据贯通，避免了过度传感建设，避免了功能重复及感知设备的资源浪费，降低了系统运维成本，提高了经济性。

附图说明

图1为本发明的Ⅱ型集中器+485表分钟级采集方案概图。

图2为现有技术实时循环采集机制产生的时标重复说明图。

图3为本发明的1分钟内的整分采集机制说明图。

图4为本发明的超过1分钟的整分采集机制说明图。

具体实施方式

本发明提出一种台区数据分钟级采集方法及其系统，实现分钟级用电数据的实时主动上报，将抄表周期由15分钟缩短至1分钟，提升对客户侧用电情况的感知能力，为提高用电数据应用效率、提高服务质量提供了支撑。本发明基于Ⅱ型集中器+485表采集机制，对台区集中器软硬件进行协议扩展升级，给出了适用于台区数据分钟级同频采集的系统及方法，本发明的分钟级通信协议基于DL/T 645和Q/GDW 1376.2协议扩展，并根据扩展的协议对应扩大集中器存储空间；对DL/T 645的扩展为：在DL/T 645协议基础上实现支持分钟级采集的通信接口，对645报文的数据标识进行扩展，使其通过一个数据标识采集包括电压、相线电流和有功功率在内的多个数据项；Q/GDW 1376.2涉及集中器的通信，为解决系统接入的电表数量较多，集中器在某一分钟用于分钟级数据的传输时间不足，不能在该分钟内上传所有电表的分钟级数据的问题，对Q/GDW 1376.2的扩展为：对Q/GDW 1376.2协议通信抄表报文格式进行扩展，在1376.2协议上下行报文中封装的645报文格式中加入时标，通信载体对象在收集全下行报文里所有645报文的应答后，统一组成一帧回复给集中器。DL/T645是多功能电能表通信协议，Q/GDW 1376.2为电力用户用电信息采集系统通信协议，均为电力行业标准协议，本发明对这两个协议进行扩展，既要符合协议标准规定的各项内容，又要做出改变以使得扩展的协议能够用于分钟级的数据采送，是本发明的重点技术特征之一。

下面具体说明本发明的实施。

本发明包括Ⅱ型集中器采集数据项、采集任务调度与采集机制三方面。

Ⅱ型集中器的采集数据项包括日冻结任务、月冻结任务、60分钟任务、15分钟任务、1分钟任务。定时任务的优先级低于中继任务，当有中继任务需要执行时，停止当前定时采集任务，执行完所有中继任务后，恢复定时采集任务。在采集任务调度上，集中器按照日冻结、月冻结、60分钟、15分钟、1分钟的优先顺序进行任务执行，高优先级的任务会打断低优先级的任务。采集任务按照DL/T 645规约定义的报文交互流程及数据帧格式等技术要求实现。

在本地数据存储方面，日冻结数据每天采集一次，每次采集的数据存储在集中器自带的存储器中，最多可以存储31天的数据；月冻结数据每月采集记录一次，当天多次采集，最多可以存储12个月的数据；包括集中器事件和电能表事件在内的事件写入集中器自带的存储器中等待上报，最多可存储各类事件共50条；历史采集的15分钟数据不予存储；1分钟数据采集任务启动时需先缓存上一分钟数据。以上数据在存储器容量满后自动覆盖最早数据。

在采集机制方面，本发明对于现有技术中II型集中器的采集策略做出了改进。原先的采集策略采取实时循环机制，收到采集指令后以当前最新的采集数据进行回复，这对于15分钟以上的数据采集任务没有影响。而在添加了分钟级任务后，由于Ⅱ型集中器一般都会连接10块以上的电表，极端情况下可能连接20-30块电表，考虑到传输延迟、通信条件等，可能导致集中器连接的电表在一分钟内无法将所有分钟级采集数据全部上传，需要多花几分钟采集完所有数据。为解决这一问题，本发明在645报文中加入时标用于识别数据采集时间，但在实时循环采集机制中又衍生产生了如附图2所示的同一秒内采集到时标相同的数据的问题，这将导致本是两次采集的数据由于时标相同带来的数据丢失。图2中，数字1-10表示电表的编号，时间T、T+1、T+2表示时标，时标以分钟为单位，电表数据是在哪一分钟采集的，就打上那一分钟的时标。以图2所示Ⅱ型集中器下挂10块电表为例，当全部电表将所有数据上传完毕所用的时间小于1分钟时，如采集时刻为7点1分30秒，则1分30秒到2分30秒之间这个时间段内的电表数据包含了7点1分和7点2分两种时标，在下一采集时刻2分30秒，包含了7点2分和7点3分两种时标，而电表的数据上传并没有固定顺序或时间，根据实际通信信道情况只能保证在1分钟内完成数据上传，这就使得电表数据的时标可能出现重复，例如图2中编号为7、8、9、10的四块电表可能在7点2分10秒～20秒将数据传输至集中器，都被打上7点2分的时标，而在下一次采集中，这4个电表的数据可能在7点2分40秒～55秒内上传至集中器，同样被打上7点2分的时标，这样就导致后一次采集到的编号为7、8、9、10的四块电表的采集数据会因为时标重复而被集中器弃用而造成了数据丢失，进一步导致无法有效处理采集数据。为解决这一问题，本发明放弃实时循环采集机制，转而设计采用整分采集机制，分为采集周期小于1分钟与大于1分钟两种情况。当采集周期小于1分钟时，即所有电表数据在1分钟内能够完成上传给集中器，则在整分开启采集，例如0分0秒，1分1秒，结束后Ⅱ型集中器进入休息状态，直至下个整分再开启采集；当采集周期大于1分钟时，即所有电表数据需要几分钟才能完成全部上传，同样整分开启采集，1分钟结束后不停止而继续进行采集，直到本次所有电表采集全部结束为止，并在当前结束分钟的剩下时间内进入休息状态，待到下个整分时刻再开启。Ⅱ型集中器对采集数据进行缓存，数据采集、数据打时标、数据回复流程分别以采集周期小于1分钟和大于1分钟如图3、图4所示。

按照本发明，结合在总体台区部署的基于统一边缘框架的边缘物联代理/TTU/融合终端，设计出下述Ⅱ型集中器分钟级采集方案如图1所示，图中的新Ⅱ型集中器即指配置了本发明扩展通信协议的Ⅱ型集中器。

1.新Ⅱ型集中器对被监测电压采用有效值采样，采样周期至少每秒1次，并作为预处理值贮存。1分钟作为一个统计单元，取1分钟内电压预处理值的平均值，作为被监测系统即时的实际运行电压；

2.通过新Ⅱ型集中器与智能边设备和载波模块进行HPLC组网，智能边设备部署分钟级数据同频采集APP实现对Ⅱ型集中器数据采集，同时采用载波并发模式提高HPLC通道利用率；

3.增加Ⅱ型集中器存储(128k)，将采集到的电表当前数据进行存储后再打包上传，修改抄表策略，在满足现有用采抄表业务前提下，实现对电表分钟采集任务，预先采集所有电表数据并存储到本地。

4.针对原先的实时循环采集机制在分钟级采集任务中可能导致的部分采集数据无法有效采集的问题，设计了新的采集机制，有效解决了这一问题。

基于上述分钟级同频采集方法，本发明还提供分钟级同频采集系统，包括II型集中器和RS485电表，依据上述方法实现台区数据分钟级采集。进一步还基于电力物联网，建立基于物联网的台区数据分钟级同频采集系统，包括用电信息采集平台和边缘物联代理，基于边缘计算框架布置用电信息采集平台和边缘组，边缘组包括集中器和边缘物联代理，所述采集系统设备中配置有通信协议和采集程序，所述通信协议和采集程序被执行时实现上述台区数据分钟级同频采集方法。

作为进一步改进，边缘物联代理还连接物联管理平台，物联管理平台至少连接一个边缘物联代理，物联管理平台与用电信息采集平台数据通信连接。物联管理平台可以对边缘物联代理进行管理，远程配置等。

本发明系统的边缘物联代理遵照Q/GDW 1376.2规约定义的报文交互流程及数据帧格式等技术要求实现；边缘物联代理采集的数据在边缘物联代理上进行缓存，缓存时间自定义，采集的数据作为事件统一存储，存储的数据内容至少包含数据产生的设备名称、产生的时间和调用接口的名称，存储数据的方式为数据项列表，当数据项列表中支持多个数据项，每个数据项将作为一个对象保存，数据项内容为数据项名称和数据项的取值。边缘物联代理中部署分钟级数据同频采集APP实现对新Ⅰ型集中器数据采集汇聚、边缘计算；所述分钟级数据同频采集APP即为一个数据主动采集程序。

综上所示，本发明提出了一种基于Ⅱ型集中器的台区数据分钟级同频采集方法及系统，解决现有用电信息采集系统运维成本高、采集频率低的问题，实现分钟级采送同频的数据采集，为台区深入进行用电特性分析、用电预期评估、用电潜力挖掘、用电需求适应等用电服务质量提升工作提供了良好的基础。本发明一方面扩展了集中器相关的通信协议，得到新的集中器设备，克服了原有通信协议和设备对大量数据通信带来的限制，进而修改抄表策略实现分钟级数据采集，充分激发了智能电表感知能力，提高了用电信息采集频率，另一方面采用载波并发模式提高HPLC通道利用率，配合采送频率的提高，提高设备间数据的传输能力。

Claims (8)

1.基于II型集中器的台区数据分钟级同频采集方法，其特征是台区通过II型集中器采集电表数据，所述集中器配置分钟级通信协议，所述分钟级通信协议基于DL/T 645和Q/GDW1376.2协议扩展；对DL/T 645的扩展为：在DL/T 645协议基础上实现支持分钟级采集的通信接口，在645报文中加入时标使集中器识别数据采集时间，对645报文的数据标识进行扩展，使其通过一个数据标识采集包括电压、相线电流和有功功率在内的多个数据项；对Q/GDW 1376.2的扩展为：对Q/GDW 1376.2协议通信抄表报文格式进行扩展，在1376.2协议上下行报文中封装的645报文格式中加入时标，通信载体对象在收集全下行报文里所有645报文的应答后，统一组成一帧回复给集中器。

2.根据权利要求1所述的基于II型集中器的台区数据分钟级同频采集方法，其特征是按照如下方式配置集中器：

II型集中器的采集数据项为定时采集任务，包括日冻结任务、月冻结任务、60分钟任务、15分钟任务和1分钟任务；定时采集任务的优先级低于中继任务，中继任务为由上位设备发来的任务，当有中继任务需要执行时，停止当前定时采集任务，执行完所有中继任务后，恢复定时采集任务；在采集任务调度上，集中器按照日冻结、月冻结、60分钟、15分钟、1分钟的优先顺序进行任务执行，高优先级的任务会打断低优先级的任务，采集任务按照DL/T 645规约定义的报文交互流程及数据帧格式等技术要求实现；

在本地数据存储方面，日冻结数据每天采集一次，每次采集的数据存储在集中器自带的存储器中；月冻结数据每月选取一天采集，当天采集多次；包括集中器事件和电能表事件在内的事件写入集中器自带的存储器中等待上报；历史采集的15分钟数据不予存储；1分钟数据采集任务启动时先缓存上一分钟的数据；以上数据在存储器容量满后自动覆盖最早数据。

3.根据权利要求1或2所述的基于II型集中器的台区数据分钟级同频采集方法，其特征是II型集中器分钟级数据采集部署如下：

1)II型集中器对被监测电压采用有效值采样，采样周期至少每秒1次，并作为预处理值贮存；新II型集中器以1分钟作为一个统计单元，取1分钟内电压预处理值的平均值，作为被监测对象即时的实际运行电压；其中，电表数据的采集采用整分采集机制，分为采集周期小于1分钟与大于1分钟两种情况，当采集周期小于1分钟时，在整分开启采集，结束后II型集中器进入休息状态，下个整分再开启采集；当采集周期大于1分钟时，整分开启采集，1分钟结束后不停止而继续进行采集，直到本次采集全部结束为止，并在结束分钟的剩下时间内进入休息状态，待到下个整分时刻再开启；

2)II型集中器与上位设备进行HPLC组网，上位设备中部署分钟级数据同频采集程序实现对II型集中器数据采集，同时采用载波并发模式提高HPLC通道利用率；

3)增加II型集中器的存储，将采集到的电表当前数据进行存储后再打包上传，修改抄表策略，在满足现有用采抄表业务前提下，实现对电表分钟采集任务，预先采集所有电表数据并存储到本地。

4.根据权利要求1或2所述的基于II型集中器的台区数据分钟级同频采集方法，其特征是II型集中器与上位设备通信，上位设备包括用电信息采集平台和/或边缘物联代理，边缘物联代理用于实现电力物联网；边缘物联代理遵照扩展的Q/GDW 1376.2的报文交互流程及数据帧格式要求实现通信；边缘物联代理采集的数据在边缘物联代理上进行缓存，缓存时间自定义，采集的数据作为事件统一存储，存储的数据内容至少包含数据产生的设备名称、产生的时间和调用接口的名称，存储数据的方式为数据项列表，当数据项列表中支持多个数据项，每个数据项将作为一个对象保存，数据项内容为数据项名称和数据项的取值。

5.根据权利要求5所述的基于II型集中器的台区数据分钟级同频采集方法，其特征是边缘物联代理部署分钟级数据同频采集程序，实现对集中器的数据采集与边缘计算。

6.基于II型集中器的台区数据分钟级同频采集系统，其特征是包括II型集中器和RS485电表，所述采集系统设备中配置有通信协议和采集程序，所述通信协议和采集程序被执行时实现权利要求1-3任一项所述的台区数据分钟级同频采集方法。

7.根据权利要求6所述的基于II型集中器的台区数据分钟级同频采集系统，其特征是还包括用电信息采集平台和边缘物联代理，基于边缘计算框架布置用电信息采集平台和边缘组，边缘组包括集中器和边缘物联代理，集中器与用电信息采集平台和边缘物联代理通信，所述采集系统设备中配置有通信协议和采集程序，所述通信协议和采集程序被执行时实现权利要求4所述的台区数据分钟级同频采集方法。

8.根据权利要求6所述的基于II型集中器的台区数据分钟级同频采集系统，其特征是边缘物联代理还连接物联管理平台，物联管理平台至少连接一个边缘物联代理，物联管理平台与用电信息采集平台数据通信连接。

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