CN113098001A - 一种基于Docker容器的台区智能配变终端系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于Docker容器的台区智能配变终端系统，包括计量营销云端、配电云端、智能配变终端、计量营销采集设备、配电采集设备；所述智能配变终端与所述计量营销云端和所述配电云端建立通信连接，实现计量营销云端、配电云端与智能配变终端的数据交互；所述智能配变终端通讯连接所述计量营销采集设备和所述配电采集设备，实现智能配变终端对计量营销采集设备和配电采集设备的业务数据采集。本发明通过将传统的集中器和负荷管理终端、配变终端模式合为一体，不仅实现了传统配变终端在采集和边缘计算的能力，还满足集中器和负荷管理终端功能的要求，降低了配电台区建设成本，提升低压配电网管理水平。
Description
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，具体涉及一种基于Docker容器的台区智能配变终端系统。
背景技术
传统配电网建设主要集中在10kV及以上电力设备的中压监测网，而忽视低压配电网，特别是系统末端最后一公里的监测。随着配电网规模的不断扩大和低压配电网可控设备的增加，对配电网全环节的信息监测越来越重要。配电网供电可靠性和减少停电时间的需求逐渐增强，需要供电企业提升用电服务能力，加强对低压配网的精益化管理。配变台区存在点多面广、所带户表数量大和低压供电方式变化快等情况，致使10kV台区与户表分相电源关系准确率低，而且通过人工方式核查的管理难度大、成本高，核查准确率和及时性难以保证。基于此，计量营销专业在台区侧专门装设集中器和负荷管理终端，主要采集台区下用户电能表数据供营销远程抄表和提升供电服务能力。10kV配变台区至用户电表之间0.4kV供用电设备自动化水平一直较低，其运行状态基本属于监控盲区，且0.4kV低压电网故障占比最大，同时运维单位不能时间掌握停电范围、受影响用户数量及客户等具体情况，因此故障抢修率低，特别是涉及低压重要客户的服务工作十分被动。基于此，配电运检专业在台区侧专门装设配变终端，主要监控台区下用户电能质量数据、变压器油温、断路器位置等以提高供电可靠性。但是分别采用两套设备处理同一低压台区的不同问题，往往造成低压配电网运维量剧增、设备功能重复数据壁垒以及不经济等问题。
随着低压配电网的架构由原来的“云-终端”架构向“云-边缘-终端”架构转型，作为重要的边缘设备，集中器和负荷管理终端、配变终端等必须具备快速、准确、实时、安全处理各种来自终端设备的数据以及来自云端的控制命令，而终端设备往往种类繁多，通信协议多样且互不兼容，传统的集中器和负荷管理终端、配变终端模式已不能胜任。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于Docker容器的台区智能配变终端系统，可以解决现有技术中需要采用两套设备处理同一低压台区造成的低压配电网运维量剧增、设备功能重复数据壁垒以及不经济和因终端设备种类繁多，通信协议多样且互不兼容的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种基于Docker容器的台区智能配变终端系统，包括计量营销云端、配电云端、智能配变终端、计量营销采集设备、配电采集设备；所述智能配变终端与所述计量营销云端和所述配电云端建立通信连接，实现计量营销云端、配电云端与智能配变终端的数据交互；所述智能配变终端通讯连接所述计量营销采集设备和所述配电采集设备，实现智能配变终端对计量营销采集设备和配电采集设备的业务数据采集。
进一步的，所述智能配变终端包括硬件平台模块和软件平台模块；
所述硬件平台模块采用ARM9和DSP双CPU控制核心，包括MCU电路、交流量采样回路、数字量输入回路、数字量输出回路、电源回路、存储系统及通信接口；
所述软件平台模块包括硬件设备驱动、边缘计算操作系统、系统管理APP、MQTT消息总线、Docker容器及应用APP。
进一步的，所述交流采样回路采用ADSP-BF518的DSP芯片，所述交流采样回路中接入电流互感器和电压互感器二次侧的交流模拟量，经过经过隔离变压器、调理电路、低通滤波和多路开关，将模拟量变换为模拟电信号供A-D转换接收并转换为数字信号，发送至DSP芯片进行实时数据计算和分析。
进一步的，所述数字量输入回路包括电阻R52、电容C31、开关二极管VD28、光电耦合器U23A及电阻R53，所述光电耦合器U23A的发光二极管的阴极端分别连接遥信输入端YX_IN、电容C31的一端以及开关二极管VD28的阳极端，所述光电耦合器U23A的发光二极管的阳极端分别连接电容C31的另一端、开关二极管VD28的阴极端以及电阻R52的一端，所述电阻R52的另一端连接电源正极；所述光电耦合器U23A的光敏晶体管的集电极引脚连接遥信输出端和电阻R53的一端，所述电阻R53的另一端连接电源正极，所述光敏晶体管的发射极引脚接地。
进一步的，所述数字量输出回路包括电阻R29、光电耦合器U18A、电阻R37、光电耦合器U19A、电阻R30、三极管Q3、电阻R79、电容C7、光电二极管VD32、开关二极管VD17及继电器K1，所述电阻R29的一端连接电源正极，另一端连接所述光电耦合器U18A的发光二极管的阳极端，所述光电耦合器U18A的发光二极管的阴极端连接遥控使能输出端YK-YZ；所述光电耦合器U18A的光敏晶体管的集电极端引脚连接电源正极，发射极端引脚分别连接电阻R30的一端和电阻R79的一端，所述电阻R79的另一端分别连接电容C7的一端和光电二极管VD32的阳极端，所述电容C7的另一端和光电二极管VD32的阴极端连接地；所述电阻R37一端连接电源正极，另一连接所述光电耦合器U19A的发光二极管的阳极端，所述光电耦合器U19A的发光二极管的阴极端连接遥控使能输出端YK-ZX；所述光电耦合器U19A的光敏晶体管的集电极端连接所述电阻R30的另一端，所述光电耦合器U19A的光敏晶体管的发射极端连接三极管Q3的基极端，所述三极管Q3的集电极端分别连接开关二极管VD17的阳极端和继电器K1的一端，所述开关二极管VD17的阴极端和继电器K1的另一端分别连接电源，所述三极管Q3的发射极端接地。
进一步的，所述电源回路包括电源管理模块AD-DC和电源模块DC,所述电源回路中的工作电源取自线路电压互感器二次侧输出的220V交流电，通过所述电管理模块AD-DC将该交流电压变换为直流电压供给站所终端,所述电源模块DC将直流电压变换为所述ARM9和DSP双CPU控制核心芯片所需的工作电源。
进一步的，所述通讯接口包括网口、RS485接口、SD卡接口、USB接口。
进一步的，所述系统管理APP的功能包括APP管理、安全认证、软件升级、容器管理；所述APP管理包括APP安装、应用信息查询、停止、启动及卸载；所述容器管理包括容器安装、信息查询配置容器资源、容器停止及资源越限。
进一步的，所述Docker容器的工作原理为：
所述Docker容器是基于Linux容器，具有管理Linux容器的能力，所述Docker容器利用Linux容器实现并增加了镜像管理和联合文件系统，所述Docker容器可以快速的完成从开发到部署的过程，把程序运行于箱体内部进行安全隔离，从而实现在主机上同时运行多个容器。
进一步的，所述计量营销采集设备的业务数据包括台区总表数据、用户电表数据和能源路由器数据；所述配电采集设备的业务数据包括用户电能质量数据、变压器油温及断路器位置。
本发明通过基于Docker容器的台区智能配变终端采用了模块化硬件设计和Docker容器软件APP设计，将传统的集中器和负荷管理终端、配变终端模式合为一体，可适应配电台区各种业务的接入，实现软硬件完全解耦，数据可同时接入计量营销和配电运检云端，不仅可以充分发挥传统配变终端在采集和边缘计算的能力，又能满足集中器和负荷管理终端功能的要求，在降低配电台区建设成本的同时，全面提升低压配电网精益化管理水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明的基于Docker容器的台区智能配变终端系统整体框图；
图2为本发明的配电台区监测总体架构；
图3为本发明的基于Docker容器的台区智能配变终端硬件框图；
图4为本发明的基于Docker容器的台区智能配变终端软件框图；
图5为本发明的数字量输入回路电路原理图；
图6为本发明的数字量输出回路电路原理图；
图7为本发明的Docker容器工作原理图；
图8为本发明的营销、配电容器中APP梳理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
请参阅图1，本发明提供了一种基于Docker容器的台区智能配变终端系统，其特征在于，包括计量营销云端、配电云端、智能配变终端、计量营销采集设备、配电采集设备；所述智能配变终端与所述计量营销云端和所述配电云端建立通信连接，实现计量营销云端、配电云端与智能配变终端的数据交互；所述智能配变终端通讯连接所述计量营销采集设备和所述配电采集设备，实现智能配变终端对计量营销采集设备和配电采集设备的业务数据采集。
另外，如图2所示，智能配变终端是安装在智能台区内的本地监控设备，完成站端传感、计量等装置数据汇集、处理、远传功能及站室设备的智能联动等功能，同时将处理后的状态信息通过标准规约上传至全域物联网平台，执行本地指令控制，实现与风机控制器、摄像头、无功补偿装置等智能联动，对相关的检测数据、告警数据及文件数据进行本地存储；低压分支监测单元是安装在低压线路或分支线路上的本地监控设备，配置电流互感器，具备三相电压、三相电流采集功能，并可计算有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率，电压、电流，能可靠实现断路器应能具备过载、短路短延时、短路瞬时保护功能，具有RS-485标准通信接口、支持Modbus等通信规约，具备将相关电气量采集信息和开关信号上传至智能边缘终端功能。
具体的，如图1和图3所示，所述智能配变终端包括硬件平台模块和软件平台模块；
所示所述硬件平台模块采用ARM9和DSP双CPU控制核心，包括MCU电路、交流量采样回路、数字量输入回路、数字量输出回路、电源回路、存储系统及通信接口；智能配电终端采用模块化分层设计，并通过不同的可拔插式的功能板卡来实现配电终端灵活配置、即插即用功能，且在遥测电流采集端子上采取了防开路措施。外箱设计采用标准化“6U”结构。主CPU芯片采用ARM926EJ-S内核，主频最高可达到454MHz，并配置128MB DDR2内存和128MBFlash存储器。该芯片可使用Linux操作系统开发应用软件，系统的可扩展性高，功能强大，能够极大地丰富终端的各种高级应用。
所述软件平台模块包括硬件设备驱动、边缘计算操作系统、系统管理APP、MQTT消息总线、Docker容器及应用APP。
具体实施中，如图3所示，所述交流采样回路采用ADSP-BF518的DSP芯片，所述交流采样回路中接入电流互感器和电压互感器二次侧的交流模拟量，经过经过隔离变压器、调理电路、低通滤波和多路开关，将模拟量变换为模拟电信号供A-D转换接收并转换为数字信号，发送至DSP芯片进行实时数据计算和分析。同时，交流采集回路设计根据实际应用场合综合考虑，主要包括需要监视的交流通道数量和各通道的输入范围、前置低通滤波的参数、A-D转换的位数、输入范围和转换速度。
具体的，所述数字量输入回路包括电阻R52、电容C31、开关二极管VD28、光电耦合器U23A及电阻R53，所述光电耦合器U23A的发光二极管的阴极端分别连接遥信输入端YX_IN、电容C31的一端以及开关二极管VD28的阳极端，所述光电耦合器U23A的发光二极管的阳极端分别连接电容C31的另一端、开关二极管VD28的阴极端以及电阻R52的一端，所述电阻R52的另一端连接24V电源正极；所述光电耦合器U23A的光敏晶体管的集电极引脚连接遥信输出端和电阻R53的一端，所述电阻R53的另一端连接5V电源正极，所述光敏晶体管的发射极引脚接地。
需要说明的是，数字量输入信号主要为开关位置信号、弹簧储能信号、接地开关信号以及工作电源的失电信号等，设计数字量回路要充分考虑触点防抖问题。具体电路原理如图5所示，当外部开关状态量发生变位，遥信输入端YX_IN检测到低电平信号，光电耦合器的发光二极管导通，内部晶体管接收到高电平，控制光敏晶体管导通，遥信输出端YX_OUT检测到低电平信号。通过DSP芯片的中断捕获功能进行遥信变位的检测和确认。
具体的，如图6所示，所述数字量输出回路包括电阻R29、光电耦合器U18A、电阻R37、光电耦合器U19A、电阻R30、三极管Q3、电阻R79、电容C7、光电二极管VD32、开关二极管VD17及继电器K1，所述电阻R29的一端连接5V电源正极，另一端连接所述光电耦合器U18A的发光二极管的阳极端，所述光电耦合器U18A的发光二极管的阴极端连接遥控使能输出端YK-YZ；所述光电耦合器U18A的光敏晶体管的集电极端引脚连接24V电源正极，发射极端引脚分别连接电阻R30的一端和电阻R79的一端，所述电阻R79的另一端分别连接电容C7的一端和光电二极管VD32的阳极端，所述电容C7的另一端和光电二极管VD32的阴极端连接地；所述电阻R37一端连接5V电源正极，另一连接所述光电耦合器U19A的发光二极管的阳极端，所述光电耦合器U19A的发光二极管的阴极端连接遥控使能输出端YK-ZX；所述光电耦合器U19A的光敏晶体管的集电极端连接所述电阻R30的另一端，所述光电耦合器U19A的光敏晶体管的发射极端连接三极管Q3的基极端，所述三极管Q3的集电极端分别连接开关二极管VD17的阳极端和继电器K1的一端，所述开关二极管VD17的阴极端和继电器K1的另一端分别连接电源，所述三极管Q3的发射极端接地。
需要说明的是，数字量输出回路是终端的遥控执行接口，无论软件还是硬件都应考虑为顺序逻辑控制出口，以保证动作的可靠性。遥控输出还必须设计相应的反校回路，由于机械执行机构需要一定时间才能完成一次分或合操作，提供反校通道能保证在错误的遥控命令已发出的情况下，通过反校回路还能及时发现错误命令并立即闭锁遥控出口，避免事故发生。
具体实施中，所述电源回路包括电源管理模块AD-DC和电源模块DC,所述电源回路中的工作电源取自线路电压互感器二次侧输出的220V交流电，通过所述电管理模块AD-DC将该交流220V电压变换为直流24V电压供给站所终端,所述电源模块DC将24V直流电压变换为所述ARM9和DSP双CPU控制核心芯片所需的5V或3.3V的工作电源。
另外，后备电源可选用蓄电池或超级电容，超级电容的优势在于免维护，充放电次数多，但其容量有效；蓄电池可以采用铅酸蓄电池，出于安全考虑，蓄电池电压等级选择24V，容量为12安时。如果蓄电池处于长期未投入使用情况下，电源充放电模块利用自动活化功能，对蓄电池进行定时定周期自动充放电过程，以提高蓄电池的使用寿命。
具体的，所述通讯接口包括网口、RS485接口、SD卡接口、USB接口。
具体的，所述系统管理APP的功能包括APP管理、安全认证、软件升级、容器管理；所述APP管理包括APP安装、应用信息查询、停止、启动及卸载；所述容器管理包括容器安装、信息查询配置容器资源、容器停止及资源越限。
具体实施中，所述Docker容器的工作原理为：
所述Docker容器是基于Linux容器，具有管理Linux容器的能力，所述Docker容器利用Linux容器实现并增加了镜像管理和联合文件系统，所述Docker容器可以快速的完成从开发到部署的过程，把程序运行于箱体内部进行安全隔离，从而实现在主机上同时运行多个容器。采用Docker容器将应用APP进行隔离，使应用APP独立于宿主机和其他应用APP。这种属于操作系统层面的虚拟技术使应用APP具备独立的虚拟运行环境，某个应用APP运行异常时不影响其他容器中APP的独立运行。
另外，所述智能配变终端应用软件根据业务需求分为三个容器，分别为基础容器、营销容器和配电容器。基础容器中的APP对公共端口和资源进行管理，提供端口和资源的统一操作接口，具备多APP同时访问的防冲突设计。营销容器主要包含与营销相关的业务APP，主要有用电采集APP、窃电监测APP、停电上报、负荷识别以及正反相负荷计量APP等，营销业务APP与营销云端通信；配电容器主要包含与配电相关的业务APP，主要包括基础数据APP(包括配变监测、环境监测、低压线路监测等功能)、运维管理APP(包括故障主动上报、故障自动隔离、低压配电网拓扑动态识别等功能)、用户服务APP(包括用户负荷柔性控制、故障主动抢修、充电桩有序充电管理和分布式电源管控等功能)，配电业务APP与配电云端进行数据交互。营销、配电容器中APP梳理如图8所示。
具体的，所述计量营销采集设备的业务数据包括台区总表数据、用户电表数据和能源路由器数据；所述配电采集设备的业务数据包括用户电能质量数据、变压器油温及断路器位置。
本发明通过基于Docker容器的台区智能配变终端采用了模块化硬件设计和Docker容器软件APP设计，将传统的集中器和负荷管理终端、配变终端模式合为一体，可适应配电台区各种业务的接入，实现软硬件完全解耦，数据可同时接入计量营销和配电运检云端，不仅可以充分发挥传统配变终端在采集和边缘计算的能力，又能满足集中器和负荷管理终端功能的要求，在降低配电台区建设成本的同时，全面提升低压配电网精益化管理水平。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于Docker容器的台区智能配变终端系统，其特征在于，包括计量营销云端、配电云端、智能配变终端、计量营销采集设备、配电采集设备；所述智能配变终端与所述计量营销云端和所述配电云端建立通信连接，实现计量营销云端、配电云端与智能配变终端的数据交互；所述智能配变终端通讯连接所述计量营销采集设备和所述配电采集设备，实现智能配变终端对计量营销采集设备和配电采集设备的业务数据采集。
2.根据权利要求1所述的基于Docker容器的台区智能配变终端系统，其特征在于，所述智能配变终端包括硬件平台模块和软件平台模块；
所述硬件平台模块采用ARM9和DSP双CPU控制核心，包括MCU电路、交流量采样回路、数字量输入回路、数字量输出回路、电源回路、存储系统及通信接口；
所述软件平台模块包括硬件设备驱动、边缘计算操作系统、系统管理APP、MQTT消息总线、Docker容器及应用APP。
3.根据权利要求2所述的基于Docker容器的台区智能配变终端系统，其特征在于，所述交流采样回路采用ADSP-BF518的DSP芯片，所述交流采样回路中接入电流互感器和电压互感器二次侧的交流模拟量，经过隔离变压器、调理电路、低通滤波和多路开关，将模拟量变换为模拟电信号供A-D转换接收并转换为数字信号，发送至DSP芯片进行实时数据计算和分析。
4.根据权利要求2所述的基于Docker容器的台区智能配变终端系统，其特征在于，所述数字量输入回路包括电阻R52、电容C31、开关二极管VD28、光电耦合器U23A及电阻R53，所述光电耦合器U23A的发光二极管的阴极端分别连接遥信输入端YX_IN、电容C31的一端以及开关二极管VD28的阳极端，所述光电耦合器U23A的发光二极管的阳极端分别连接电容C31的另一端、开关二极管VD28的阴极端以及电阻R52的一端，所述电阻R52的另一端连接电源正极；所述光电耦合器U23A的光敏晶体管的集电极引脚连接遥信输出端和电阻R53的一端，所述电阻R53的另一端连接电源正极，所述光敏晶体管的发射极引脚接地。
5.根据权利要求2所述的基于Docker容器的台区智能配变终端系统，其特征在于，所述数字量输出回路包括电阻R29、光电耦合器U18A、电阻R37、光电耦合器U19A、电阻R30、三极管Q3、电阻R79、电容C7、光电二极管VD32、开关二极管VD17及继电器K1，所述电阻R29的一端连接电源正极，另一端连接所述光电耦合器U18A的发光二极管的阳极端，所述光电耦合器U18A的发光二极管的阴极端连接遥控使能输出端YK-YZ；所述光电耦合器U18A的光敏晶体管的集电极端引脚连接电源正极，发射极端引脚分别连接电阻R30的一端和电阻R79的一端，所述电阻R79的另一端分别连接电容C7的一端和光电二极管VD32的阳极端，所述电容C7的另一端和光电二极管VD32的阴极端连接地；所述电阻R37一端连接电源正极，另一连接所述光电耦合器U19A的发光二极管的阳极端，所述光电耦合器U19A的发光二极管的阴极端连接遥控使能输出端YK-ZX；所述光电耦合器U19A的光敏晶体管的集电极端连接所述电阻R30的另一端，所述光电耦合器U19A的光敏晶体管的发射极端连接三极管Q3的基极端，所述三极管Q3的集电极端分别连接开关二极管VD17的阳极端和继电器K1的一端，所述开关二极管VD17的阴极端和继电器K1的另一端分别连接电源正极，所述三极管Q3的发射极端接地。
6.根据权利要求2所述的基于Docker容器的台区智能配变终端系统，其特征在于，所述电源回路包括电源管理模块AD-DC和电源模块DC,所述电源回路中的工作电源取自线路电压互感器二次侧输出的220V交流电压，通过所述电源管理模块AD-DC将该交流电压变换为直流电压供给站所终端,所述电源模块DC将直流电变换为所述ARM9和DSP双CPU控制核心芯片所需的工作电源。
7.根据权利要求2所述的基于Docker容器的台区智能配变终端系统，其特征在于，所述通讯接口包括网口、RS485接口、SD卡接口、USB接口。
8.根据权利要求2所述的基于Docker容器的台区智能配变终端系统，其特征在于，所述系统管理APP的功能包括APP管理、安全认证、软件升级、容器管理；所述APP管理包括APP安装、应用信息查询、停止、启动及卸载；所述容器管理包括容器安装、信息查询配置容器资源、容器停止及资源越限。
9.根据权利要求2所述的基于Docker容器的台区智能配变终端系统，其特征在于，所述Docker容器的工作原理为：
所述Docker容器是基于Linux容器，具有管理Linux容器的能力，所述Docker容器利用Linux容器实现并增加了镜像管理和联合文件系统，所述Docker容器可以快速的完成从开发到部署的过程，把程序运行于箱体内部进行安全隔离，从而实现在主机上同时运行多个容器。
10.根据权利要求1所述的基于Docker容器的台区智能配变终端系统，其特征在于，所述计量营销采集设备的业务数据包括台区总表数据、用户电表数据和能源路由器数据；所述配电采集设备的业务数据包括用户电能质量数据、变压器油温及断路器位置。
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