CN112769143B - 基于泛在配电物联网的智慧化安全管控方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于泛在配电物联网的智慧化安全管控方法，该系统包括系统后台服务器、台区智能管理员、三级剩余电流保护器、三相换相开关、无功功率补偿控制器和智能电表，台区智能管理员主要执行任务如下：1、环境温度、湿度及配电变压器油温监测任务流程；2、总线通信类设备监控任务流程：各级保护器、断路器以及其他基于RS‑485总线和LORA无线通信形式，并具备一定通信协议的设备，统称为总线通信类设备，此类设备的处理流程主要分为数据发送任务和数据接收任务；3、数据统计和存储任务。该方法采用远程移动网络实现信息的全系统共享，实现末端设备的闭环控制。

Description

基于泛在配电物联网的智慧化安全管控方法

技术领域

本发明属于电力管理控制技术领域，具体涉及一种基于泛在配电物联网的智慧化安全管控方法。

背景技术

2019年国家电网有限公司提出了“三型两网、世界一流”的战略目标。建设泛在电力物联网，要充分挖掘和利用好内部大数据，把这些数据与客户和社会共享，充分发挥好电网枢纽平台的作用，根据国网公司给出的定义，泛在电力物联网能将电力用户及其设备，电网企业及其设备，发电企业及其设备，供应商及其设备，以及人和物连接起来，产生共享数据，为用户、电网、发电、供应商和政府社会服务。以电网为枢纽，发挥平台和共享作用，为全行业和更多市场主体发展创造更大机遇，提供价值服务。

10kv/0.4kv配网变压器作为电力系统末级变压设备，用户用电电能的直接供给方，分布在全国各个位置，不同地区配电台区供电容量、安装设备的种类和数量不同，目前普遍使用的有剩余电流保护器、无功功率补偿控制器、智能开关等设备。为保证供电电网的安全运行和了解电网的运行状况，各地电力局投入了大量的人力、物力进行安全保障工作，布置了大量的电网巡线人员，巡线人员劳动强度大，而且数据的准确可靠性完全依赖于巡线人员的工作责任心，反馈的电网参数也不及时，且由于用电负荷的多变性及电气设备无法24小时连续监测，很难做到配电设备的常年无故障。而在应用中这部分配电线路往往是最容易发生故障、且线损发生最主要环节。

目前在有些地区通过采用远程数据传输装置直接将电网运行信息等数据汇总到服务器监控平台进行数据计算、分析,对于提高低压配电电网管理的自动化水平，提高工作效率、保证数据采集的准确性及加强现场事故应急处理起到一定的作用，但由于台区智能开关的增多，数据处理实时性要求的，服务器网络压力越来越大。

配电网作为电力系统的末端与用户相连起分配电能作用的网络，配电物联网将是泛在电力物联网的核心，为加快物联网和传统配电网络建设、运维、管理水平，要实现这一目标，单凭低压台区的主要保护设备剩余电流动作保护器已不能承载这一重要职责，但提高安全用电又离不开剩余电流保护器。因此，解决当前配变台区设备处于孤立运行状态问题是当务之急。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种基于泛在配电物联网的智慧化安全管控方法，该方法采用远程移动网络实现信息的全系统共享，实现末端设备的闭环控制。

为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：

基于泛在配电物联网的智慧化安全管控方法，应用于基于泛在配电物联网的智慧化安全管控系统，该系统包括系统后台服务器、台区智能管理员、三级剩余电流保护器、三相换相开关、无功功率补偿控制器和智能电表，智能台区管理员通过移动通信网络与系统后台服务器连接，三级剩余电流保护器包括台区总剩余电流保护器、中级剩余电流保护器和家庭剩余电流保护器，智能台区管理员通过RS-485总线与台区总剩余电流保护器、无功功率补偿控制器进行连接，智能台区管理员通过无线通信接口与中级剩余电流保护器、三相换相开关、家庭剩余电流保护器、智能电表进行连接，智能台区管理员将收集的数据进行分析、处理，根据管理员预设参数对中级剩余电流保护器、三相换相开关、家庭剩余电流保护器、智能电表处理控制，形成系统的闭环控制；并将运行参数、处理信息等数据上传系统后台服务器，后台服务器通过一段时间运行数据对比分析，对智能台区管理员参数进行优化设置，后台服务器与台区管理员形成一个新的闭环控制，通过台区智能管理员仅对信息报表或已过滤需要服务器处理的信息上传，台区智能管理员主要执行任务如下：

（1）、环境温度、湿度及配电变压器油温监测任务流程

采样过程和采样结果的产生由DMA方式进行后台处理；当采样达到一定次数后，对采样结果进行数字滤波处理，得到相对稳定的数据结果，根据数据结果，判断是否超过阈值，当存在过阈值情况时，根据设置的bypass时间，判断是否进行过阈值异常状态处理；异常状态的处理，通过任务间消息队列传递给负责异常处理的任务来执行；

（2）、总线通信类设备监控任务流程

各级保护器、断路器以及其他基于RS-485总线和LORA无线通信形式，并具备一定通信协议的设备，统称为总线通信类设备，此类设备的处理流程主要分为数据发送任务和数据接收任务；

（2.1）、数据发送任务通常情况下，由轮询间隔时间来触发，但当存在远程控制数据时，需要及时响应，则通过远程数据创建的消息队列来触发；在任务中对于触发方式进行判断，根据触发方式发送不同的总线协议数据；数据发送后设置后台超时定时，当通信无应答导致超时时，由定时进程触发异常处理任务，处理通信超时异常；

（2.2）、数据接收任务通过通信数据创建的消息队列进行触发，接收到数据后，任务根据数据内容对数据进行处理和存储，当数据属于报警异常数据时，则通过移动网络上报至主站服务器；

（3）、数据统计和存储任务

台区智能管理员设有大容量ROM存储器或SD卡，且在软件具有文件系统或者轻量型数据库的支持，满足长时间大规模的数据统计和存储功能，台区智能管理员还设有统计报表的导出功能，并能在接收端转换统计报表的格式。

作为优选方案：台区智能管理员使用实时内核对多个不同功能软件模块进行调度执行，任务从触发机制分为常规任务和突发任务，常规任务为周期性执行的任务包括定时数据轮询、定时存储或服务器注册，突发任务为需要通过一定外部条件触发执行的任务，包括告警信息上报或异常状态处理。

作为优选方案：所述异常处理的内容包括并不限于：通过移动网络上报异常信息给主站服务器、控制相应通路断开或记录异常信息。

作为优选方案：所述台区智能管理员包括输入模块、处理模块、执行动作单元和电源模块，所述电源模块给处理模块供电，所述输入模块将采集的数据传输给处理模块，所述处理模块对接受的数据进行存储并通过移动通信网络传输给系统后台服务器，系统后台服务器通过移动通信网络对处理模块进行参数设置，并使得处理模块驱动执行动作单元。

作为优选方案：所述处理模块包括设置在印刷控制电路板上的ARM控制单元，与ARM控制单元双向通信的RS485收发器、无线通信接口、GPRS通信模块、存储电路和时钟电路，为ARM控制单元提供输入信号的按键输入、电源变换处理和信号处理电路，由ARM控制单元提供控制信号的继电器隔离驱动、显示驱动和显示模块。

作为优选方案：所述执行动作单元包括中间继电器、合闸电机和脱扣器，所述中间继电器驱动合闸电机带动脱扣器动作。

作为优选方案：所述输入模块包括穿心式零序电流互感器、穿心式电流互感器、温度传感器、湿度传感器、运行状态监测器和电压采集器。

作为优选方案：所述电源模块包括采用多级互补的防浪涌电压电路的抗浪涌电压模块。

作为优选方案：该系统还包括通过移动通信网络接受系统后台服务器信息的移动终端。

本发明的方法以台区人工智能管理员装置为控制核心，实现低压台区精细化运维，停电故障研判，故障实时隔离，提高供电质量，通过台区智能管理员仅对信息报表或已过滤需要服务器处理的信息上传，减少对后台服务器的压力和提高处理速度，避免因网络带宽等原因造成的延时和信息丢失。本发明还采用三级剩余电流保护装置和三相平衡调节技术实现用电的高安全可靠，达到台区自治管理，采用远程移动网络实现信息的全系统共享，实现末端设备的闭环控制。

附图说明

图1为本发明的系统整体示意图；

图2为本发明的台区智能管理员的硬件结构示意图；

图3为本发明的台区智能管理员的控制流程示意图；

图4为本发明的环境温度、湿度及配电变压器油温检测任务流程示意图；

图5为本发明的总线通信类设备监控任务流程示意图。

具体实施方式

为了相关技术人员更清晰的了解本发明的技术方案，现结合附图对本发明做进一步的详细说明。

如图1至图5所示，本发明提供基于泛在配电物联网的智慧化安全管控方法，应用于基于泛在配电物联网的智慧化安全管控系统，该系统包括系统后台服务器、台区智能管理员、三级剩余电流保护器、三相换相开关、无功功率补偿控制器和智能电表，智能台区管理员通过移动通信网络与系统后台服务器连接，三级剩余电流保护器包括台区总剩余电流保护器、中级剩余电流保护器和家庭剩余电流保护器，智能台区管理员通过RS-485总线与台区总剩余电流保护器、无功功率补偿控制器进行连接，智能台区管理员通过无线通信接口与中级剩余电流保护器、三相换相开关、家庭剩余电流保护器、智能电表进行连接，智能台区管理员将收集的数据进行分析、处理，根据管理员预设参数对中级剩余电流保护器、三相换相开关、家庭剩余电流保护器、智能电表处理控制，形成系统的闭环控制；并将运行参数、处理信息等数据上传系统后台服务器，后台服务器通过一段时间运行数据对比分析，对智能台区管理员参数进行优化设置，后台服务器与台区管理员形成一个新的闭环控制。台区智能管理员主要执行任务如下：

（1）、环境温度、湿度及配电变压器油温监测任务流程

采样过程和采样结果的产生由DMA方式进行后台处理；当采样达到一定次数后，对采样结果进行数字滤波处理，得到相对稳定的数据结果，根据数据结果，判断是否超过阈值，当存在过阈值情况时，根据设置的bypass时间，判断是否进行过阈值异常状态处理；异常状态的处理，通过任务间消息队列传递给负责异常处理的任务来执行；

（2）、总线通信类设备监控任务流程

各级保护器、断路器以及其他基于RS-485总线和LORA无线通信形式，并具备一定通信协议的设备，统称为总线通信类设备，此类设备的处理流程主要分为数据发送任务和数据接收任务；

（2.1）、数据发送任务通常情况下，由轮询间隔时间来触发，但当存在远程控制数据时，需要及时响应，则通过远程数据创建的消息队列来触发；在任务中对于触发方式进行判断，根据触发方式发送不同的总线协议数据；数据发送后设置后台超时定时，当通信无应答导致超时时，由定时进程触发异常处理任务，处理通信超时异常；

（2.2）、数据接收任务通过通信数据创建的消息队列进行触发，接收到数据后，任务根据数据内容对数据进行处理和存储，当数据属于报警等异常数据时，则通过移动网络上报至主站服务器；

（3）、数据统计和存储任务

台区智能管理员设有大容量ROM存储器或SD卡，且能运行文件系统或者轻量型数据库的支持，满足长时间大规模的数据统计和存储功能，台区智能管理员还设有统计报表的导出功能，并能在接收端转换统计报表的格式。

台区智能管理员使用实时内核对多个不同功能模块进行调度执行，任务从触发机制分为常规任务和突发任务，常规任务为周期性执行的任务包括定时数据轮询、定时存储或服务器注册，突发任务为需要通过一定外部条件触发执行的任务，包括告警信息上报或异常状态处理。

所述异常处理的内容包括并不限于：通过移动网络上报异常信息给主站服务器、控制相应通路断开或记录异常信息。

所述台区智能管理员包括输入模块、处理模块、执行动作单元和电源模块，所述电源模块给处理模块供电，所述输入模块将采集的数据传输给处理模块，所述处理模块对接受的数据进行存储并通过移动通信网络传输给系统后台服务器，系统后台服务器通过移动通信网络对处理模块进行参数设置，并使得处理模块驱动执行动作单元。

所述处理模块包括设置在印刷控制电路板上的ARM控制单元，与ARM控制单元双向通信的RS485收发器、无线通信接口、GPRS通信模块、存储电路和时钟电路，为ARM控制单元提供输入信号的按键输入、电源变换处理和信号处理电路，由ARM控制单元提供控制信号的继电器隔离驱动、显示驱动和显示模块。

所述执行动作单元包括中间继电器、合闸电机和脱扣器，所述中间继电器驱动合闸电机带动脱扣器动作。

所述输入模块包括穿心式零序电流互感器、穿心式电流互感器、温度传感器、湿度传感器、运行状态监测器和电压采集器。所述电源模块包括采用多级互补的防浪涌电压电路的抗浪涌电压模块。该系统还包括通过移动通信网络接受系统后台服务器信息的移动终端。管理人员手机是本系统组成补充，可作为独立部分存在。

智能台区管理员作为系统组成应用中的关键设备，主要解决配变台区下各个设备均处于孤立运行状态问题，通过对配变台区所连接设备24小时连续监测、数据采集分析、定时将统计数据无线远传、系统后台服务器数据处理及闭环控制等部分，做到设备异常预警、严重异常保护、设备运行参数动态调节、实时采集配变台区所有重要数据并进行大数据处理，使整个配变台区所有设备安全、稳定、高效运行。

智能台区管理员通过移动通信网络与系统后台服务器连接，主要完成数据报表上传，服务器通过数据处理，必要时通过智能台区管理员参数进行设置，以形成对末端设备的闭环控制。

本发明的硬件结构如下，且优势明显：1、抗浪涌电压模块：采用多级互补的防浪涌电压电路，减少由电源线侵入的感应雷击和其它浪涌过电压的破坏，采用独立设计、安装，必要时方便更换；2、三相电压输入：采用三相电压差分信号输入进行采样电压值和相位；3、运行状态监测输入：采用信号过压和隔离保护获得开关状态；4、零序电流输入：采用穿心式零序电流互感器采样整个线路的漏电电流信号；5、三相电流输入：用穿心式电流互感器采样三相负载电流信号；6、环境温湿度输入:通过温度、湿度传感器获得相应模拟量信号，实时对户外配电站的温、湿度信息以及变压器油温进行监测；7、信号处理电路：通过对输入信号进行信号处理，获得可供识别的剩余电流、三相电压、三相电流、开关状态、环境温湿度情况、变压器油温等模拟量信号；8、RS-485通信电路：与台区总剩余电流保护器、无功功率补偿控制器进行通信，读取剩余电流动作保护器运行状态和剩余电流等数值，读取监控无功补偿设备运行参数及出力情况。读取三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、电能量等数据等；9、无线通信接口，连接内置无线通信的中级剩余电流保护器、支持数据采集的家庭剩余电流保护器以及三相换相开关，读取剩余电流动作保护器和剩余电流等数值，三相换相开关当前相位、运行状态、剩余电流值等运行参数；10、移动网络通信模块，建立健全台区档案包括有10kv线路归属、台区变压器档案信息、台区管理人员信息、三级漏保设备参数信息；及时上报告警数据；及时上报设备状态、参数变化；11、ARM控制单元：产品核心控制单元，包括了存储、电源处理等单元电路；采用多中断、多线程数据处理，获得三相电压、三相电流、剩余电流等电网运行参数，计算获得三相不平衡电流，根据控制策略，进行相应功能保护和进行不平衡调节等控制措施；12、执行动作单元：通过中间继电器控制合闸电机、脱扣器动作，完成产品的分合闸控制；13、通过变压器电源输入和电源变化处理获得产品的信号处理、控制电源；14、通过时钟电路和存储电路对产品的各种信息和操作进行存储并记录发生时间，定时记录连接设备的开关状态、运行参数（电压、电流、剩余电流）并形成报表；15、采用按键、显示模块和指示灯建立友好人机交换界面，可通过按键选择剩余电流的门限值,负载电流的门限值，三相电压的高低门限值、分断时间设置，各种功能的启用/禁用，各种运行参数实时查询，检测互感器工作状态等

本发明方法使用实时内核对多个不同功能模块进行调度执行，任务从触发机制分为常规任务和突发任务，常规任务包括定时数据轮询、定时存储、服务器注册等周期性执行过程，突发任务包括告警信息上报、异常状态处理等需要通过一定外部条件触发执行的过程如图3所示。

本发明的环境温度、湿度及配电变压器油温监测任务流程如图4所示，该功能为常规任务，周期性由对应任务进程发起对目标参数的采样。

采样过程和采样结果的产生由DMA方式进行后台处理，减少处理器开销。当采样达到一定次数后，对采样结果进行数字滤波处理，得到相对稳定的数据结果，根据数据结果，判断是否超过阈值，当存在过阈值情况时，根据设置的bypass时间，判断是否进行过阈值异常状态处理。异常状态的处理，通过任务间消息队列传递给负责异常处理的任务来执行。异常处理的内容包括并不限于：通过移动网络上报异常信息给主站服务器、控制相应通路断开、记录异常信息。

本发明的总线通信类设备监控任务流程：各级保护器、断路器以及其他基于RS-485总线和LORA无线通信形式，并具备一定通信协议的设备，统称为总线通信类设备，该类设备的监控任务在流程处理上具备相似性，在此一并讨论。

此类设备的流程如图5所示。为确保整体系统运行的流畅性，处理流程主要分为数据发送任务和数据接收任务。

数据发送任务为周期性执行的常规任务，通常情况下，由轮询间隔时间来触发，但当存在远程控制数据时，需要及时相应，则又可以通过远程数据创建的消息队列来触发。在任务中对于触发方式进行判断，根据触发方式发送不同的总线协议数据。数据发送后设置后台超时定时，当通信无应答导致超时时，由定时进程触发异常处理任务，处理通信超时异常。

数据接收任务通过通信数据创建的消息队列进行触发。接收到数据后，任务根据数据内容对数据进行处理和存储，当数据属于报警等异常数据时，则还需要通过移动网络上报至主站服务器。

本发明的数据统计和存储任务：长时间大规模的数据统计和存储功能，从硬件上需要大容量ROM存储器或SD卡的支持，且需要文件系统甚至于轻量型数据库的支持。至于统计报表的导出功能，若仅采用ARM7内核处理器加实时内核的结构，则仅限于生成TXT形式的文件，如果需要XLS等报表形式，则需要再在接收端进行转换。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的情况下，还可以作出若干改进和变型，这也视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.基于泛在配电物联网的智慧化安全管控方法，应用于基于泛在配电物联网的智慧化安全管控系统，其特征在于：该系统包括系统后台服务器、台区智能管理员、三级剩余电流保护器、三相换相开关、无功功率补偿控制器和智能电表，智能台区管理员通过移动通信网络与系统后台服务器连接，三级剩余电流保护器包括台区总剩余电流保护器、中级剩余电流保护器和家庭剩余电流保护器，智能台区管理员通过RS-485总线与台区总剩余电流保护器、无功功率补偿控制器进行连接，智能台区管理员通过无线通信接口与中级剩余电流保护器、三相换相开关、家庭剩余电流保护器、智能电表进行连接，智能台区管理员将收集的数据进行分析、处理，根据管理员预设参数对中级剩余电流保护器、三相换相开关、家庭剩余电流保护器、智能电表处理控制，形成系统的闭环控制；并将运行参数、处理信息数据上传系统后台服务器，后台服务器通过一段时间运行数据对比分析，对智能台区管理员参数进行优化设置，后台服务器与台区管理员形成一个新的闭环控制，通过台区智能管理员仅对信息报表或已过滤需要服务器处理的信息上传，台区智能管理员主要执行任务如下：

（1）、环境温度、湿度及配电变压器油温监测任务流程

采样过程和采样结果的产生由DMA方式进行后台处理；当采样达到一定次数后，对采样结果进行数字滤波处理，得到相对稳定的数据结果，根据数据结果，判断是否超过阈值，当存在过阈值情况时，根据设置的bypass时间，判断是否进行过阈值异常状态处理；异常状态的处理，通过任务间消息队列传递给负责异常处理的任务来执行；

（2）、总线通信类设备监控任务流程

各级保护器、断路器以及其他基于RS-485总线和LORA无线通信形式，并具备一定通信协议的设备，统称为总线通信类设备，此类设备的处理流程主要分为数据发送任务和数据接收任务；

（2.1）、数据发送任务通常情况下，由轮询间隔时间来触发，但当存在远程控制数据时，需要及时响应，则通过远程数据创建的消息队列来触发；在任务中对于触发方式进行判断，根据触发方式发送不同的总线协议数据；数据发送后设置后台超时定时，当通信无应答导致超时时，由定时进程触发异常处理任务，处理通信超时异常；

（2.2）、数据接收任务通过通信数据创建的消息队列进行触发，接收到数据后，任务根据数据内容对数据进行处理和存储，当数据属于报警异常数据时，则通过移动网络上报至主站服务器；

（3）、数据统计和存储任务

台区智能管理员设有大容量ROM存储器或SD卡，且在软件具有文件系统或者轻量型数据库的支持，满足长时间大规模的数据统计和存储功能，台区智能管理员还设有统计报表的导出功能，并能在接收端转换统计报表的格式。

2.根据权利要求1所述的基于泛在配电物联网的智慧化安全管控方法，其特征在于：台区智能管理员使用实时内核对多个不同功能软件模块进行调度执行，任务从触发机制分为常规任务和突发任务，常规任务为周期性执行的任务包括定时数据轮询、定时存储或服务器注册，突发任务为需要通过一定外部条件触发执行的任务，包括告警信息上报或异常状态处理。

3.根据权利要求1所述的基于泛在配电物联网的智慧化安全管控方法，其特征在于：所述异常处理的内容包括并不限于：通过移动网络上报异常信息给主站服务器、控制相应通路断开或记录异常信息。

4.根据权利要求1所述的基于泛在配电物联网的智慧化安全管控方法，其特征在于：所述台区智能管理员包括输入模块、处理模块、执行动作单元和电源模块，所述电源模块给处理模块供电，所述输入模块将采集的数据传输给处理模块，所述处理模块对接受的数据进行存储并通过移动通信网络传输给系统后台服务器，系统后台服务器通过移动通信网络对处理模块进行参数设置，并使得处理模块驱动执行动作单元。

5.根据权利要求4所述的基于泛在配电物联网的智慧化安全管控方法，其特征在于：所述处理模块包括设置在印刷控制电路板上的ARM控制单元，与ARM控制单元双向通信的RS485收发器、无线通信接口、GPRS通信模块、存储电路和时钟电路，为ARM控制单元提供输入信号的按键输入、电源变换处理和信号处理电路，由ARM控制单元提供控制信号的继电器隔离驱动、显示驱动和显示模块。

6.根据权利要求4所述的基于泛在配电物联网的智慧化安全管控方法，其特征在于：所述执行动作单元包括中间继电器、合闸电机和脱扣器，所述中间继电器驱动合闸电机带动脱扣器动作。

7.根据权利要求4所述的基于泛在配电物联网的智慧化安全管控方法，其特征在于：所述输入模块包括穿心式零序电流互感器、穿心式电流互感器、温度传感器、湿度传感器、运行状态监测器和电压采集器。

8.根据权利要求4所述的基于泛在配电物联网的智慧化安全管控方法，其特征在于：所述电源模块包括采用多级互补的防浪涌电压电路的抗浪涌电压模块。

9.根据权利要求1所述的基于泛在配电物联网的智慧化安全管控方法，其特征在于：该系统还包括通过移动通信网络接受系统后台服务器信息的移动终端。

Images