CN112671097A - 一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化系统和方法，所述系统包括采集模块、数据存储模块、嵌入式处理器、数据分发模块和IO模组；采集模块，采集电力负荷数据；数据存储模块存储采集的数据；嵌入式处理器对采集得到的负荷数据进行分类识别和状态监测，实时动态地获取用户的电力负荷特征；数据分发模块将电力负荷数据分发至电力数据云端，电力部门通过对电力负荷数据进行处理，生成以用户为单位的电力负荷印记特征数据库；IO模组用于数据状态显示和操作设置。本发明通过和智能电表建立通信，自动获取电力负荷数据并进行实时处理。
Description
技术领域
本发明属于负荷监测技术领域，具体涉及一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化系统和方法。
背景技术
负荷监测作为高级量测体系(advanced metering infrastructure，简称AMI)最重要的组成部分之一，是实现智能电网的关键，必须突破目前电表只能自动读取用电总量，而不能深入分析用户内部负荷成分，获取的负荷信息有限等瓶颈，以完善用电信息采集系统与智能用电系统，支撑双向互动服务与智能用能服务。
传统的负荷监测采取侵入式的方法，通过在用户的各用电设备上安装传感器记录其使用情况。该方法优点在于监测数据准确可靠，缺点是可操作性差、实施成本高、用户接受程度较低。
非侵入式负荷监测(non-intrusive load monitoring，简称NILM)将用户总负荷信息分解为各用电设备的信息，进而获取用电设备能耗情况与用户用电规律等用电信息。这些用电信息具有很高的应用价值，可为电网公司、用户等多方带来效益。与侵入式负荷监测相比，NILM具有经济投入小、实用性强等优点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化系统和方法，通过和智能电表建立通信，自动获取电力负荷数据并进行实时处理。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化系统，包括采集模块、数据存储模块、嵌入式处理器、数据分发模块和IO模组；
所述采集模块，采集电力负荷数据；
所述数据存储模块，用于存储采集的数据；
所述嵌入式处理器，用于对采集得到的负荷数据进行分类识别和状态监测，实时动态地获取用户的电力负荷特征；
所述数据分发模块，用于将电力负荷数据分发至电力数据云端，电力部门通过对电力负荷数据进行处理，生成以用户为单位的电力负荷印记特征数据库。
所述IO模组，用于数据状态显示和操作设置。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的采集模块与智能电表的RS485接口连接，采用DL/T645-2007通信协议，根据负荷监测数据分析的需要，获取电力负荷数据。
采用DL/T645-2007电表通信协议进行数据采集时遵循如下规则：
(1)通信协议规定下的传输次序是所有的数据，不论是主站发送给从站，还是从站返回给主站，全部都是低字节在前先传输低位字节，高字节在后后传输高位字节；
(2)关于数据项保存数据的形式，在本协议中信息帧携带的信息的保存方式使用已经完成压缩的BCD码来表示；
(3)每帧数据域中的每个字节均加33H进行加密处理，在接收时，对接收到的电表返回帧的数据域数据减33H解密；
(4)在发送信息帧之前，发送4字节的FEH，以在传输信息前唤醒接收的一方。
上述数据存储模块采用Access数据库存储数据，Access数据库中，每一个数据库实体，其属性包括日期/时间、电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率和电量。
上述数据分发模块，采用WIFI串口模块实现对电力负荷数据的分发，模块采用LVTTL串口与嵌入式系统通信，内置TCP/IP协议栈，能够实现串口与WIFI之间的转换。
上述的IO模组内置处理器，包括显示驱动板、外壳、LCD液晶显示屏；
IO模组通过串口根据指令，完成在LCD液晶显示屏上绘图的所有操作。
IO模组设有串口指令集，界面设计采用拖拽方式实现。
一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化方法，包括：
步骤1、初始化参数；
步骤2、根据负荷特征提取和识别的需要，通过IO模组对数据存储参数进行设置，以获得不同采样速率的电力负荷数据；
步骤3、采集模块与智能电表进行RS485通信，基于DL/T645-2007通信协议获取电表电力负荷数据，将接收到的电力负荷数据存储在数据存储模块中；
步骤4、嵌入式处理器提取负荷数据的印记特征，对负荷进行分类识别和状态监测；
步骤5、通过IO模组实时显示分类识别和状态监测结果。
当需要进行电力负荷数据分发时，数据分发模块通过WIFI模块将电力负荷数据分发至电力数据云端，建立以用户为单位的电力负荷印记特征数据库。
本发明具有以下有益效果：
1、传统侵入式电力负荷监测通过在用户的用电设备上安装传感器记录其使用情况，可操作性差、实施成本高、用户接受程度较低，针对该问题本发明提出了一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化系统，该系统通过RS485总线和电表连接，基于DL/T645协议进行通信，获取所需的负荷数据，对数据进行实时处理，完成对用电负荷的分类识别和状态监测，具有经济投入小、实用性强等优点。
2、该系统的数据采集速率可根据负荷监测任务的需要进行灵活配置，具有可编程能力。电力数据的低频成分和高频成分包含了不同的负荷印记特征，数据采集速率的可编程能力能够满足负荷识别算法对数据速率的要求。
3、对采集获得的电力负荷数据进行数据库存储。数据库系统是在文件系统的基础上发展而来的，和文件系统存储相比，数据库系统将程序和数据进行分离，以记录和字段为单位的数据共享，操作方便，使用灵活。
4、采用具有较强处理能力的嵌入式处理器，能够对采集的电力负荷数据进行实时处理，获得负荷类型和状态信息，实时动态地获取用户的电力负荷特征。
5、该系统具有对电力负荷数据的二次分发能力，通过无线WIFI接口，将数据分发至电力数据云端。
6、采用串口人机交互显示模组实现系统状态显示，通过串口和系统建立连接，内置一套指令集，通过调用指令完成处理器和模组之间的IO操作。
附图说明
图1是本发明系统应用示意图；
图2是本发明系统组成框图；
图3是本发明系统工作流程图；
图4是本发明系统功能示意图；
图5是本发明串口通信流程图；
图6是本发明IO模组显示界面图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
该发明提出了一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化系统，该系统是一个位于入户端的智能量测设备。如图1所示，该系统监测其下各种用电设备的用电状况，通过分析其量测点处的电压、电流等电气量，实现对用户总负荷的分解，估计出单个用电设备的使用状态、能耗等用能信息。
本发明的一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化系统组成框图如图2所示，通过串口通信方式获取电表数据，完成数据存储和处理，而且具有数据无线分发能力。
包括采集模块、数据存储模块、嵌入式处理器、数据分发模块和IO模组；
所述采集模块，采集电力负荷数据，数据采集间隔可编程，从而产生数据速率可变的负荷数据；
所述数据存储模块，用于存储采集的数据；
所述嵌入式处理器，用于对采集得到的负荷数据进行分类识别和状态监测，实时动态地获取用户的电力负荷特征；
所述数据分发模块，用于通过无线WIFI接口，将电力负荷数据分发至电力数据云端，电力部门通过对电力负荷数据进行处理，生成以用户为单位的电力负荷印记特征数据库。
所述IO模组，用于数据状态显示和操作设置。
实施例中，采集模块和智能电表的RS485接口连接，基于电表的DL/T645-2007协议完成智能电表和采集模块之间的数据通信；
嵌入式处理器获得电表数据，将负荷数据以数据库方式存储于数据存储模块。
嵌入式处理器和IO模组连接，实现数据状态显示和操作设置，如图4所示。
所述采集模块与智能电表的RS485接口连接，采用DL/T645-2007通信协议，根据负荷监测数据分析的需要，获取电压、电流、电量等电力负荷数据。
实施例中，DL/T645通信协议：
RS485是隶属于OSI模型物理层的电气特性规定为二线、半双工、多点通信的标准。它的电气特性和RS232不同，RS485用传输线缆两端的电压差值来表示传递信号。
主站与从站之间的数据通信基于DL/T645-2007协议，其信息帧结构见表1。
表1 DL/T645-2007信息帧结构
其次，在采用DL/T645-2007电表通信协议进行数据采集时遵循如下规则：
(1)通信协议规定下的传输次序是所有的数据，不论是主站发送给从站，还是从站返回给主站，全部都是低字节在前先传输低位字节，高字节在后后传输高位字节；
(2)关于数据项保存数据的形式，在本协议中信息帧携带的信息的保存方式大多数都是使用已经完成压缩的BCD码来表示；
(3)每帧数据域中的每个字节均加33H进行加密处理，在接收时，对接收到的电表返回帧的数据域数据减33H解密；
(4)为了传输数据的准确性和及时性，在发送信息帧之前，发送4字节的FEH，以在传输信息前唤醒接收的一方。
RS485使用双绞线进行高电压差分平衡传输，传输距离远，其发送和接收需要设置为发送和接收模式，可配置便宜的广域网和单机发送、多机接收通信，而且提供了高速的数据通信速率。RS485串口通信流程图如图5所示。
实施例中，所述数据存储模块采用Access数据库存储数据，由数据库对数据进行统一管理。数据库可以科学地组织数据、存储数据，并能高效地检索数据、处理数据，既减少数据冗余，又能保障数据安全，实现数据共享。
设计的电力负荷Access数据库结构，建立一个数据库实体，其属性包括日期/时间、电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率和电量。
实施例中，系统采用串口人机交互显示模组(IO模组)实现系统状态显示，所述IO模组内置处理器，包括显示驱动板、外壳、LCD液晶显示屏；通过串口和本发明系统建立连接，接收用户处理器串口发送过来的指令，完成在LCD液晶显示屏上绘图的所有操作。
IO模组有一套串口指令集，界面设计采用拖拽方式实现，串口屏和处理器的交互过程就是串口屏和处理器之间的数据通信过程。指令名以及参数全部使用ASCII字符串数据，非HEX数据，设备接受指令结束符为”0XFF 0XFF 0XFF”3个字节。
IO模组的主要参数如下：
1、比例：15:10
2、有效显示尺寸(mm)：73.44×48.96
3、分辨率：480×320
4、亮度(int)：300
5、工作电压(V)：4.5～6.0
6、工作电流(mA)：120
7、flash容量：8MB
8、内存：3584B
9、串口指令缓存区：1kB
10、主控频率：64MHz
实施例中，系统采用WIFI串口模块ATK-ESP8266实现对电力负荷数据的分发，模块采用LVTTL串口与嵌入式系统通信，内置TCP/IP协议栈，能够实现串口与WIFI之间的转换，可接入电力系统数据云端。
WIFI串口模块主要参数如下：
1、网络标准：IEEE 802.11b、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n
2、频率范围：2.412GHz～2.484GHz
3、发射功率：11～18dBm
4、通信接口：TTL电平
5、天线：板载PCB天线
6、外形尺寸：19mm×29mm
设计的系统界面如图6所示。
一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化方法，包括：
步骤1、初始化参数；
步骤2、根据负荷特征提取和识别的需要，通过IO模组对数据存储参数进行设置，以获得不同采样速率的电力负荷数据；
步骤3、采集模块与智能电表进行RS485通信，基于DL/T645-2007通信协议获取电表电力负荷数据，将接收到的电力负荷数据存储在数据存储模块中；
步骤4、嵌入式处理器提取负荷数据的印记特征，对负荷进行分类识别和状态监测；
步骤5、通过IO模组实时显示分类识别和状态监测结果。
当需要进行电力负荷数据分发时，数据分发模块通过WIFI模块将电力负荷数据分发至电力数据云端，建立以用户为单位的电力负荷印记特征数据库。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化系统，其特征在于，包括采集模块、数据存储模块、嵌入式处理器、数据分发模块和IO模组；
所述采集模块，采集电力负荷数据；
所述数据存储模块，用于存储采集的数据；
所述嵌入式处理器，用于对采集得到的负荷数据进行分类识别和状态监测，实时动态地获取用户的电力负荷特征；
所述数据分发模块，用于将电力负荷数据分发至电力数据云端，电力部门通过对电力负荷数据进行处理，生成以用户为单位的电力负荷印记特征数据库；
所述IO模组，用于数据状态显示和操作设置。
2.根据权利要求1所述的一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化系统，其特征在于，所述采集模块与智能电表的RS485接口连接，采用DL/T645-2007通信协议，根据负荷监测数据分析的需要，获取电力负荷数据。
3.根据权利要求2所述的一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化系统，其特征在于，采用DL/T645-2007电表通信协议进行数据采集时遵循如下规则：
(1)通信协议规定下的传输次序是所有的数据，不论是主站发送给从站，还是从站返回给主站，全部都是低字节在前先传输低位字节，高字节在后后传输高位字节；
(2)关于数据项保存数据的形式，在本协议中信息帧携带的信息的保存方式使用已经完成压缩的BCD码来表示；
(3)每帧数据域中的每个字节均加33H进行加密处理，在接收时，对接收到的电表返回帧的数据域数据减33H解密；
(4)在发送信息帧之前，发送4字节的FEH，以在传输信息前唤醒接收的一方。
4.根据权利要求1所述的一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化系统，其特征在于，所述数据存储模块采用Access数据库存储数据，Access数据库中，每一个数据库实体，其属性包括日期/时间、电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率和电量。
5.根据权利要求1所述的一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化系统，其特征在于，所述IO模组内置处理器，包括显示驱动板、外壳、LCD液晶显示屏；
IO模组通过串口根据指令，完成在LCD液晶显示屏上绘图的所有操作。
IO模组设有串口指令集，界面设计采用拖拽方式实现。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化系统的电力负荷数据采集存储一体化方法，其特征在于，包括：
步骤1、初始化参数；
步骤2、根据负荷特征提取和识别的需要，通过IO模组对数据存储参数进行设置，以获得不同采样速率的电力负荷数据；
步骤3、采集模块与智能电表进行RS485通信，基于DL/T645-2007通信协议获取电表电力负荷数据，将接收到的电力负荷数据存储在数据存储模块中；
步骤4、嵌入式处理器提取负荷数据的印记特征，对负荷进行分类识别和状态监测；
步骤5、通过IO模组实时显示分类识别和状态监测结果。
7.根据权利要求6所述的一种非侵入式电力负荷数据采集存储一体化方法，其特征在于，当需要进行电力负荷数据分发时，数据分发模块通过WIFI模块将电力负荷数据分发至电力数据云端，建立以用户为单位的电力负荷印记特征数据库。
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| CN116384707A (zh) * | 2023-05-31 | 2023-07-04 | 国网山东省电力公司滨州市滨城区供电公司 | 一种短期电力负荷预测方法、设备及可读存储介质 |
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