CN112671111B - 一种基于边缘计算的电力监测预警采集系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于边缘计算的电力监测预警采集系统和方法，它包括发送采集指令的虚拟前端采集模块，采集电力数据的物联网采集设备，对电力数据进行分析处理的虚拟前端分析模块；判断电力数据是否符合预设正常范围，若电力数据符合预设正常范围，则将相应电力数据存储到数据云端云平台，若电力数据不符合预设正常范围，则生成事件触发信息，根据事件触发信息触发事务。本发明将前端电力数据的采集功能独立出来，不但能够提高电力数据的采集效率，还能避免了采集工作的多样性和不确定性对主控模块造成影响；而且虚拟前端采集模块采用多任务工作模式，能够针对各总线上仪表类型、数量的不同进行个性化配置，提升了系统的整体适应性和兼容性。

Description

一种基于边缘计算的电力监测预警采集系统和方法

技术领域

本发明属于电力监测技术领域，具体来说，涉及一种基于边缘计算的电力监测预警采集系统和方法。

背景技术

中小微用电企业和机构通常具备自主管理及维护的配电房和计量仪表，配电房通常处于长期的无人值守工作模式，平时几乎疏于管理，一旦出现事故，所带来的经济影响和社会影响往往比较可观；此外，抄表工作通常采用人工抄表方式，即不方便又需投入人力成本，还存在漏抄、误抄的可能性。

当前，市场上也有不少类似的电力监测系统，均需要对前端各种基于Modbus协议的监测仪表进行数据采集，并将采集结果上传到电力监测系统中。

前端监测仪表通常为从端（Modbus Slave），电力监测系统通常为主端（ModbusMaster）。一般情况下，从端不会主动发送数据给主端，必须等到主端发送请求命令后，从端才做出响应，将对应的数据发送给主端。

现有技术主要通过电力监测系统主功能软件模块进行数据采集，存在以下技术上的缺点：

1、模块与主软件之间是紧密耦合的，因此所采用的开发语言必须一致，无法根据任务特点选择最适合的开发语言进行开发，软件性能和效率受到一定的影响；

2、Modbus采集调度、触发告警、通知等功能均由主软件进行控制，当总线数量比较多时，主软件的负荷是非常重的；

3、各总线之间由主软件进行调度，无法进行逻辑上的隔离，难免产生相互影响。

发明内容

针对现有技术中存在的主控软件与采集模块之间耦合度低、主控软件负荷重以及采集模块没有进行逻辑隔离的问题，本发明提供了一种能够提高系统紧密耦合性、降低主控软件负荷、优化系统逻辑的基于边缘计算的电力监测预警采集系统。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于边缘计算的电力监测预警采集系统，包括：

虚拟前端采集模块，其用于发送电力数据采集指令；

物联网采集设备，其根据接收的电力数据采集指令从前端仪表采集电力数据；

虚拟前端分析模块，其按照预设规则，对所述物联网采集设备返回的电力数据进行分析处理；

数据云端，其在电力数据符合预设正常范围时存储相应电力数据；

主控模块，其在电力数据不符合预设正常范围时，根据虚拟前端分析模块生成事件触发信息触发事务。

进一步限定，所述虚拟前端采集模块包括多个采集任务端，每个所述采集任务端通过主控模块独立配置采集规则。

进一步限定，所述物联网采集设备包括有与采集任务端一一对应的多条前端Modbus总线，每条前端Modbus总线从基于ModbusRTU通讯协议的前端仪表上采集电力数据。

进一步限定，还包括告警模块和通知模块，所述主控模块根据事件触发信息控制告警模块进行告警以及控制通知模块将告警信息发送到终端。

本申请的另一个发明目的是提供一种基于边缘计算的电力监测预警采集方法，具体包括：

发送电力数据采集指令；

根据电力数据采集指令从前端仪表采集电力数据；

按照预设规则，对采集的电力数据进行分析处理，并判断电力数据是否符合预设正常范围；

若电力数据符合预设正常范围，则将相应电力数据存储到数据云端；

若电力数据不符合预设正常范围，则生成事件触发信息；

根据事件触发信息触发事务。

进一步限定，所述发送电力数据采集指令之前还包括：

建立多个独立的采集任务；

给每个采集任务配置采集规则；

根据采集规则生成电力数据采集指令。

进一步限定，所述根据电力数据采集指令从前端仪表采集电力数据包括：

建立与每个采集任务一一对应的前端Modbus总线；

根据电力数据采集指令建立前端Modbus总线与其连接的前端仪表之间的通信连接；

按照配置的采集规则基于ModbusRTU通讯协议采集前端仪表上的电力数据；

将采集的电力数据通过Modbus总线回传，完成采集任务。

进一步限定，所述给每个采集任务配置采集规则包括给每个采集任务设置采集频率以及采集方式。

进一步限定，所述前端Modbus总线按照设置的采集频率循环采集与其连接的前端仪表的电力数据，每次采集方式是按照前端仪表的地址大小顺序依次采集电力数据。

进一步限定，根据事件触发信息触发事务包括：

根据事件触发信息发出警报信号；

以及将不符合预设正常范围的电力数据及其对应的前端仪表的地址发送到终端；

所述电力数据包括配电回路电力参数、电能质量和各回路用电量；

所述配电回路电力参数包括相电压、线电压、相电流、有功/无功/视在功率、功率因素以及线缆温度；

所述电能质量包括电源频率、电压电流畸变率和三相不平衡度。

本发明相比现有技术，具有如下有益效果：

1、本发明将前端电力数据的采集功能独立出来，专注于做采集工作，一方面可以对采集工作进行精细化管理，大大提高了采集效率，另一方面避免了采集工作的多样性和不确定性对主控软件造成影响。

2、虚拟前端采集模块采用多任务工作模式，能够针对各总线上仪表类型、数量的不同进行个性化配置，更加灵活，提升了系统的整体适应性和兼容性。

3、本系统采用互联网和大数据技术，以公有云多租户的模式，为中小微用电企业和机构提供配电房7x24小时在线监测服务和在线自动抄表服务；同时，在此基础上，提供电能质量分析、用电分析、数据报表、异常事件报警和记录、运行环境监测等增值服务，并支持多平台、多终端数据访问和服务。

附图说明

图1为一种基于边缘计算的电力监测预警采集方法的流程图；

图2为电力数据采集指令的生成流程图；

图3为从前端仪表采集电力数据的流程图；

图4为一种基于边缘计算的电力监测预警采集系统的框架示意图；

图5为一种基于边缘计算的电力监测预警采集系统的模块示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

如图1所示，一种基于边缘计算的电力监测预警采集方法，具体包括如下步骤：

S10：发送电力数据采集指令

所述电力数据采集指令需要按照图2所示流程生成：

S11：首先建立多个独立的采集任务；

S12：给每个采集任务配置采集规则；

S13：最后根据采集规则生成电力数据采集指令。

其中，在给每个采集任务配置采集规则中，需要给每个采集任务设置采集频率、采集时间段、采集方式以及采集哪些具体电力数据等。

生成电力数据采集指令后，就将该指令分配给对应的采集任务，采集任务将电力数据采集指令发送到前端，由于每个采集任务相互独立，系统可以根据每个采集任务不同的需要配置不完全相同的采集规则，这样

比如对工厂、学校、部队、医院、酒店、居民小区或商业写字楼等目标客户进行电力数据的采集，由于每个用电端的需求不同，每个采集任务就需要制定不同的采集规则。

当然不同的采集任务也可以采用相同的采集规则，比如一个居民小区的电力数据采集过程对应一个采集任务，那么一般情况下，相同区域的不同小区完全可以使用同样的采集规则。

S20：根据电力数据采集指令从前端仪表采集电力数据

参考图3，其示出了从前端仪表采集电力数据的过程，具体包括：

S21：建立与每个采集任务一一对应的前端Modbus总线；

S22：根据电力数据采集指令建立前端Modbus总线与其连接的前端仪表之间的通信连接；

S23：按照配置的采集规则基于ModbusRTU通讯协议采集前端仪表上的电力数据；

S24：将采集的电力数据通过前端Modbus总线回传，完成采集任务。

本申请对前端各种基于Modbus协议的前端仪表进行数据采集，并将采集结果上传。

采集前从采集规则中提取出采集频率、采集方式等参数，前端Modbus总线按照设置的参数循环采集与其连接的前端仪表的电力数据，优选地，每次采集按照前端Modbus总线对应的前端仪表的地址大小顺序依次采集。

S30：按照预设规则，对采集的电力数据进行分析处理，并判断电力数据是否符合预设正常范围。

这里的预设规则是事先设定的电力数据正常范围，采集到电力数据后，将其与电力数据正常范围进行比较，从而判断出电力数据是否正常。

当然这里的“是否正常”可以分成多个级别，可以根据偏离电力数据正常范围的多少来确定，当电力数据处于不同级别时，可以采取不同的操作。

S40：针对电力数据是否正常的判断，仅有两种可能。

第一种是电力数据符合预设正常范围，此时需要将收集的电力数据通过LAN、WiFi、2G、4G和/或LoRa等泛物联网通信手段上传到数据云端，这样可以根据需要在数据云端查询历史电力数据。

第二种是电力数据不符合预设正常范围，此时则生成事件触发信息，根据事件触发信息触发事务。

具体地，本申请所提到的电力数据包括配电回路电力参数、电能质量和各回路用电量。

其中配电回路电力参数包括相电压、线电压、相电流、有功/无功/视在功率、功率因素以及线缆温度等指标。

电能质量包括电源频率、电压电流畸变率以及三相不平衡度。

根据事件触发信息触发事务包括：

在电力数据不符合预设正常范围时，发出警报信号；同时可将不符合预设正常范围的电力数据及其对应的前端仪表的地址发送到（移动）终端，终端根据收到的通知可以知晓哪个地方的电力数据存在问题以及存在怎样的问题。

如图4所示，一种基于边缘计算的电力监测预警采集系统，包括主控模块、虚拟前端采集模块、物联网采集设备、虚拟前端分析模块和数据云端。

其中，主控模块给虚拟前端采集模块配置电力数据采集指令，虚拟前端采集模块将电力数据采集指令发送出去从而采集电力数据。

物联网采集设备接收到电力数据采集指令后，从前端仪表采集电力数据，并将采集的电力数据返回到虚拟前端分析模块。

虚拟前端分析模块按照预设规则，对物联网采集设备每一次返回的电力数据进行分析处理，判断电力数据是否符合预设正常范围。

数据云端在电力数据符合预设正常范围时对相应电力数据进行存储。

电力数据不符合预设正常范围时，虚拟前端分析模块生成事件触发信息，并通过主控模块来触发事务。

具体地，如图5所示，虚拟前端采集模块包括多个采集任务端，每个采集任务端通过主控模块独立配置采集规则。

物联网采集设备包括有与采集任务端一一对应的多条前端Modbus总线，每条前端Modbus总线从基于ModbusRTU通讯协议的前端仪表上采集电力数据。

本申请还设有连接到主控模块的告警模块和通知模块，用于触发事务工作，具体为：主控模块控制告警模块进行告警，比如发出声光报警信号，还控制通知模块将告警信息发送到终端，方便从终端知晓电力数据存在的问题。

以上对本申请提供的一种基于边缘计算的电力监测预警采集系统和方法进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于边缘计算的电力监测预警采集系统，其特征在于，包括：

虚拟前端采集模块，其用于发送电力数据采集指令；

所述虚拟前端采集模块包括多个采集任务端，每个所述采集任务端通过主控模块独立配置采集规则；

其中，每个采集任务相互独立，系统根据每个采集任务不同的需要配置不完全相同的采集规则；

每个采集任务对应一个前端Modbus总线，每个前端Modbus总线对应多个前端仪表；

根据采集规则生成所述电力数据采集指令；

物联网采集设备，其根据接收的电力数据采集指令从前端仪表采集电力数据；

虚拟前端分析模块，其按照预设规则，对所述物联网采集设备返回的电力数据进行分析处理；

数据云端，其在电力数据符合预设正常范围时存储相应电力数据；

主控模块，其在电力数据不符合预设正常范围时，根据虚拟前端分析模块生成事件触发信息触发事务；

所述物联网采集设备包括有与采集任务端一一对应的多条前端Modbus总线，每条前端Modbus总线从基于ModbusRTU通讯协议的前端仪表上采集电力数据；

所述根据虚拟前端分析模块生成事件触发信息触发事务包括：

根据事件触发信息发出警报信号；

以及将不符合预设正常范围的电力数据及其对应的前端仪表的地址发送到终端；

所述电力数据包括配电回路电力参数、电能质量和各回路用电量；

所述配电回路电力参数包括相电压、线电压、相电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素以及线缆温度；

所述电能质量包括电源频率、电压电流畸变率和三相不平衡度。

2.根据权利要求1所述的电力监测预警采集系统，其特征在于，还包括告警模块和通知模块，所述主控模块根据事件触发信息控制告警模块进行告警以及控制通知模块将告警信息发送到终端。

3.一种基于边缘计算的电力监测预警采集方法，其特征在于，包括：

建立多个独立的采集任务；

虚拟前端采集模块包括多个采集任务端，每个所述采集任务端通过主控模块独立配置采集规则；

其中，每个采集任务相互独立，系统根据每个采集任务不同的需要配置不完全相同的采集规则；

其中，每个采集任务对应一个前端Modbus总线，每个前端Modbus总线对应多个前端仪表；

根据采集规则生成电力数据采集指令；

使用虚拟前端采集模块发送电力数据采集指令；

根据电力数据采集指令从前端仪表采集电力数据；

在虚拟前端分析模块中按照预设规则，对采集的电力数据进行分析处理，并判断电力数据是否符合预设正常范围；

若电力数据符合预设正常范围，则将相应电力数据存储到数据云端；

若电力数据不符合预设正常范围，则生成事件触发信息；

根据事件触发信息触发事务；

其中，所述根据电力数据采集指令从前端仪表采集电力数据包括：

建立与每个采集任务一一对应的前端Modbus总线；

根据电力数据采集指令建立前端Modbus总线与其连接的前端仪表之间的通信连接；

按照配置的采集规则基于ModbusRTU通讯协议采集前端仪表上的电力数据；

将采集的电力数据通过Modbus总线回传，完成采集任务；

给每个采集任务配置采集规则包括给每个采集任务设置采集频率以及采集方式；

所述前端Modbus总线按照设置的采集频率循环采集与其连接的前端仪表的电力数据，每次采集方式是按照前端仪表的地址大小顺序依次采集电力数据；

其中，所述根据事件触发信息触发事务包括：

根据事件触发信息发出警报信号；

以及将不符合预设正常范围的电力数据及其对应的前端仪表的地址发送到终端；

所述电力数据包括配电回路电力参数、电能质量和各回路用电量；

所述配电回路电力参数包括相电压、线电压、相电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因素以及线缆温度；

所述电能质量包括电源频率、电压电流畸变率和三相不平衡度。

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