CN113840005A - 配电网低电压闭环监控系统及监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配电网低电压闭环监控系统，包括数据中心单元、供电指挥单元、时钟同步单元、若干个监控终端单元、若干个汇聚节点单元和监控局端单元；数据中心单元提供电力数据和用户信息并上传；时钟同步单元用于时钟同步；监控终端单元获取用电用电数据信息并上传；汇聚节点单元汇集数据并上传；供电指挥单元实现所述配电网低电压的闭环监控。本发明还公开了一种所述配电网低电压闭环监控系统的监控方法。本发明通过创新的监控系统的拓扑结构设计和通信过程的统一，避免了现有的电网系统中因为多个低压配电网中时差、数据不统一、数据存在遗漏等问题，实现了配电网低压闭环监控，而且可靠性高、实用性好且自动化程度较高。

Description

配电网低电压闭环监控系统及监控方法
技术领域
本发明属于电气自动化领域，具体涉及一种配电网低电压闭环监控系统及监控方法。
背景技术
随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源，给人们的生产和生活带来了无尽的便利。因此，保障电能的稳定可靠供应，就成为了电力系统最重要的任务之一。
供配电系统由总降压变电所(高压配电所)、高压配电线路、车间变电所、低压配电电线路及用电设备组成；其低压配电网是指小于1kV的部分，低压部分主要用于最后将电能传输至用户端，并直接为用户提供工业用电或者家庭用电。
目前我国绝大部分地区35kV以上高压电网调度监控系统已经基本达到实用化水平。基于电网调度监控系统的稳定可靠的“四遥”乃至“五遥”功能，调度员能够对所辖电网运行状况做到尽在掌握。电网调度监控系统为电网的安全稳定运行提供了强有力的技术支持和信息保障。
相对于35kV以上高压电网，低压配电网的特点是线路长、设备多、覆盖广和规模大。因此，对于低压配电网的监控系统来说，出现的问题包括建设场景复杂、建设点位多、数据标准不统一、采集时钟难以同步、建设成本较高等；上述因素都导致了现有低压配电网的监控系统出现了建设困难、运行困难和维护困难的问题；例如对于低压配电网内部存在的电压过低的检测，以往的检测手段都是由使用者自行发现，然后报告给相关检修人员进行实地检修后上报，无法主动发现电压过低的情况。
同时，由于多个低压配电网的监控数据存在时间差，同一时间统计至上级系统的数据则不能反映真实的用电数据，这使得现有的低压配电网的监控系统的实用性和可靠性大打折扣。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种可靠性高、实用性好且自动化程度较高的配电网低电压闭环监控系统。
本发明的目的之二在于提供一种所述配电网低电压闭环监控系统的监控方法。
本发明提供的这种配电网低电压闭环监控系统，包括数据中心单元、供电指挥单元、时钟同步单元、若干个监控终端单元、若干个汇聚节点单元和监控局端单元；监控局端单元和数据中心单元均与供电指挥单元连接；时钟同步单元和若干个汇聚节点单元均与监控局端单元连接；若干个监控终端单元与若干个汇聚节点单元连接；数据中心单元用于给所述配电网低电压闭环监控系统提供电力数据和用户信息，并上传供电指挥单元；时钟同步单元用于通过监控局端单元与监控终端单元和汇聚节点单元进行时钟同步；监控终端单元用于获取各个用户的用电用电数据信息并上传汇聚节点单元；汇聚节点单元用于汇集监控终端单元的数据并上传监控局端单元；供电指挥单元用于实现所述配电网低电压的闭环监控。
所述的数据中心单元用于给所述配电网低电压闭环监控系统提供电力数据和用户信息，具体为数据中心单元用于给所述配电网低电压闭环监控系统提供电力GIS地图和用户信息。
所述的监控终端单元具体包括抄表子单元、三相电检测子单元、环境传感器子单元、开关量采集子单元、监控终端本地时钟子单元和数据处理子单元；抄表子单元、三相电检测子单元、环境传感器子单元、开关量采集子单元和监控终端本地时钟子单元均与数据处理子单元连接；抄表子单元用户抄读用户电能表数据并上传数据至数据处理子单元；三相电检测子单元用于检测三相电的参数新型并上传数据至数据处理子单元；环境传感器子单元用于检测环境数据并行并上传数据至数据处理子单元；开关量采集子单元用于检测开关量数据并行并上传数据至数据处理子单元；子模块本地时钟子单元用于提供时钟信号并上传至数据处理子单元；数据处理子单元用于接收上传的数据，进行数据处理后再上传至汇聚节点单元。
所述的环境传感器子单元具体包括温湿度传感器、烟雾传感器和水浸传感器；所述的抄表子单元利用RS485串行数据接口或者RS232串行数据接口与智能电表进行连接，从而读取电表数据；三相电检测子单元利用设置在三相线上的电压互感器和电流互感器检测电压波动以及电力能耗数据；开关量采集子单元用于采集配电箱或者强电井内的电气开关的开关量。
所述的汇聚节点单元包括控制器子单元、协议转换子单元、汇聚时钟子单元和数据接口子单元；协议转换子单元、汇聚时钟子单元和数据接口子单元均与控制器子单元连接；协议转换子单元用于进行通信协议间的转换，并将转换后的数据信息上传至控制器子单元；汇聚时钟子单元用于监控终端本地时钟子单元，并进行时钟信号的同步；数据接口子单元作为数据接口，用于连接监控终端单元或监控局端单元。
所述的协议转换子单元具体包括以太网协议转换子单元、电力载波协议转换子单元、无线传输协议转换子单元；太网协议转换子单元用于对以太网通信协议数据进行转换；电力载波协议转换子单元用于对电力载波通信协议数据进行转换；无线传输协议转换子单元用于对无线传输通信协议数据进行转换。
本发明还公开了一种所述配电网低电压闭环监控系统的监控方法，具体包括如下步骤：
S1.获取通信链路的通信时延；
S2.根据步骤S1获取的通信时延，对系统中的所有设备进行时钟同步；
S3.时钟同步后，对系统中的所有设备均添加唯一的身份信息；
S4.监控终端单元按照设定的第一时间获取采集的原始数据，打包并添加本地时钟信息后，发送至汇聚节点单元；
S5.汇聚节点单元将接收到的数据统一转换为以太网数据，并发送至监控局端单元；
S6.监控局端单元按照设定的第二时间将接收到的数据上传至供电指挥单元；
S7.供电指挥单元对接收到的数据，进行电网低电压的闭环监控。
步骤S1所述的获取通信链路的通信时延，具体为重复获取若干次临时的通信时延，并将获取的若干次临时的通信时延取平均值后，作为最总的通信时延。
本发明提供的这种配电网低电压闭环监控系统及监控方法，通过创新的监控系统的拓扑结构设计和通信过程的统一，避免了现有的电网系统中因为多个低压配电网中时差、数据不统一、数据存在遗漏等问题，实现了配电网低压闭环监控，而且可靠性高、实用性好且自动化程度较高。
附图说明
图1为本发明系统的功能模块示意图。
图2为本发明系统中的监控终端单元的功能模块示意图。
图3为本发明系统中的汇聚节点单元的功能模块示意图。
图4为本发明方法的方法流程示意图。
具体实施方式
如图1所示为本发明系统的功能模块示意图：本发明提供的这种配电网低电压闭环监控系统，包括数据中心单元、供电指挥单元、时钟同步单元、若干个监控终端单元、若干个汇聚节点单元和监控局端单元；监控局端单元和数据中心单元均与供电指挥单元连接；时钟同步单元和若干个汇聚节点单元均与监控局端单元连接；若干个监控终端单元与若干个汇聚节点单元连接；数据中心单元用于给所述配电网低电压闭环监控系统提供电力数据和用户信息，并上传供电指挥单元；时钟同步单元用于通过监控局端单元与监控终端单元和汇聚节点单元进行时钟同步；监控终端单元用于获取各个用户的用电用电数据信息并上传汇聚节点单元；汇聚节点单元用于汇集监控终端单元的数据并上传监控局端单元；供电指挥单元用于实现所述配电网低电压的闭环监控。
具体实施时，数据中心单元与集中存储器、电网数据库和GIS地图服务器连接；数据中心单元用于给所述配电网低电压闭环监控系统提供电力GIS地图和用户信息。
如图2所示为本发明系统中的监控终端单元的功能模块示意图：监控终端单元具体包括抄表子单元、三相电检测子单元、环境传感器子单元、开关量采集子单元、监控终端本地时钟子单元和数据处理子单元；抄表子单元、三相电检测子单元、环境传感器子单元、开关量采集子单元和监控终端本地时钟子单元均与数据处理子单元连接；抄表子单元用户抄读用户电能表数据并上传数据至数据处理子单元；三相电检测子单元用于检测三相电的参数新型并上传数据至数据处理子单元；环境传感器子单元用于检测环境数据并行并上传数据至数据处理子单元；开关量采集子单元用于检测开关量数据并行并上传数据至数据处理子单元；子模块本地时钟子单元用于提供时钟信号并上传至数据处理子单元；数据处理子单元用于接收上传的数据，进行数据处理后再上传至汇聚节点单元。
具体实施时，环境传感器子单元具体包括温湿度传感器、烟雾传感器和水浸传感器；同时，抄表子单元利用RS485串行数据接口或者RS232串行数据接口与集中设置在强电井或者配电箱内的智能电表进行连接，从而读取电表数据；三相电检测子单元利用设置在三相线上的电压互感器和电流互感器检测电压波动以及电力能耗数据；开关量采集子单元用于采集配电箱或者强电井内的空开、继电器等电气开关的开关量，用于对故障判断进行辅助。
如图3所示为本发明系统中的汇聚节点单元的功能模块示意图：汇聚节点单元包括控制器子单元、协议转换子单元、汇聚时钟子单元和数据接口子单元；协议转换子单元、汇聚时钟子单元和数据接口子单元均与控制器子单元连接；协议转换子单元用于进行通信协议间的转换，并将转换后的数据信息上传至控制器子单元；汇聚时钟子单元用于监控终端本地时钟子单元，并进行时钟信号的同步；数据接口子单元作为数据接口，用于连接监控终端单元或监控局端单元。
具体实施时，协议转换子单元具体包括以太网协议转换子单元、电力载波协议转换子单元、无线传输协议转换子单元；太网协议转换子单元用于对以太网通信协议数据进行转换，以太网有线传输链路适合用于敷设在高层楼栋强电井、厂房等容易铺设且距离不远的场景中，以太网的优点是传输速度快且传输稳定，但是在汇聚节点与一体化监控终端距离较远时，数量众多的一体化监控终端需要大量的网络线缆来完成覆盖，成本较高；电力载波协议转换子单元用于对电力载波通信协议数据进行转换，电力载波是使用输电线作为信号传输线的一种通信方式，优点是可以利用现有的线路，从而最大程度的节省成本，但是缺点是容易受到干扰，延时较高，传输距离较短；无线传输协议转换子单元用于对无线传输通信协议数据进行转换，现有的无线收发器很很多种，如Zigbee、Lora等，如果汇聚节点与一体化监控终端之间存在以下情况时使用无线传输链路：a.距离较远且对应的一体化监控终端数量较多，使用网路线缆的成本较高；b.环境限制不便使用有线覆盖；c.使用电力载波传输时电缆太长，难以传输，使用以太网线缆成本较高，而附近恰好有属于其他子系统或者一个子系统中的不对应的汇聚节点时，便可以加装无线收发器进行无线传输。
此外，汇聚节点单元将接收到的数据以以太网传输的方式上传给监控局端单元；以太帧起始部分由前同步码和帧开始定界符组成，后面紧跟着一个以太网报头，以MAC地址说明目的地址和源地址，本实施例中目的地址、原地址等MAC即为对应的身份信息，监控网络配置过程中会对每一个设备身份信息。
以太帧的中部是该帧负载的包含其他协议报头的数据包，如IP协议。由于在汇聚节点单元传输至监控局端的网络中均为以太网传输，因此直接使用IP/TCP协议，并将IP地址作为每一个汇聚节点单元和监控局端单元的身份信息，但是由于一些监控终端单元采用无线传输，不按照IP/TCP协议，因此需要在系统构建过程中对其进行IP地址赋值，本实施例搭建的网络均采用固定IP的形式，因此对其进行IP赋值后便是唯一的身份信息；以太帧由一个32位冗余校验码结尾，用于检验数据传输是否出现损坏。
多个汇聚节点单元通过以太网有线传输链路与监控局端单元连接，汇聚节点单元用于将监控终端单元采集的数据进行标准化处理，主要为数据类型标准化和格式标准化；位于不同的子系统中的监控终端单元和汇聚节点单元通过无线传输链路通讯连接，位于不同子系统中的汇聚节点单元通过以太网有线传输链路通讯连接，考虑到低压配电网的复杂性，如果一体化监控终端一定要接入到对应的配电箱或者强电井所在的汇聚节点中，会比较容易出现无法布线或者成本太高的情况，因此由于每个监控终端单元和汇聚节点单元均有自己的一个唯一身份MAC，因此可以选择最近的一个汇聚节点单元进行无线了链路传输，接入至网络中，避免出现数据孤岛；同步各个时钟单元用于输出时钟信号至监控局端，监控局端通过链路将时钟信号转发至各个汇聚节点；多个子系统内的监控局端均通过现有网络(高压配电网的电力监控传输网络)连接至供电指挥单元中对应的供电指挥业务接口。
如图4所示为本发明方法的方法流程示意图：本发明公开的这种所述配电网低电压闭环监控系统的监控方法，具体包括如下步骤：
S1.获取通信链路的通信时延；具体为重复获取若干次临时的通信时延，并将获取的若干次临时的通信时延取平均值后，作为最总的通信时延；
S2.根据步骤S1获取的通信时延，对系统中的所有设备进行时钟同步；
S3.时钟同步后，对系统中的所有设备均添加唯一的身份信息；
S4.监控终端单元按照设定的第一时间获取采集的原始数据，打包并添加本地时钟信息后，发送至汇聚节点单元；
S5.汇聚节点单元将接收到的数据统一转换为以太网数据，并发送至监控局端单元；
S6.监控局端单元按照设定的第二时间将接收到的数据上传至供电指挥单元；
S7.供电指挥单元对接收到的数据，进行电网低电压的闭环监控。
具体实施时，“低电压”指用户计量装置处电压值低于国家标准所规定的电压下限值，即20KV及以下三相供电用户的计量装置处电压值低于标称电压的7％，220V单相供电用户的计量装置处电压值低于标称电压的10％，其中持续时间超过1小时的“低电压”用户应纳入重点监控范围。

Claims (8)

1.一种配电网低电压闭环监控系统，其特征在于包括数据中心单元、供电指挥单元、时钟同步单元、若干个监控终端单元、若干个汇聚节点单元和监控局端单元；监控局端单元和数据中心单元均与供电指挥单元连接；时钟同步单元和若干个汇聚节点单元均与监控局端单元连接；若干个监控终端单元与若干个汇聚节点单元连接；数据中心单元用于给所述配电网低电压闭环监控系统提供电力数据和用户信息，并上传供电指挥单元；时钟同步单元用于通过监控局端单元与监控终端单元和汇聚节点单元进行时钟同步；监控终端单元用于获取各个用户的用电用电数据信息并上传汇聚节点单元；汇聚节点单元用于汇集监控终端单元的数据并上传监控局端单元；供电指挥单元用于实现所述配电网低电压的闭环监控。
2.根据权利要求1所述的配电网低电压闭环监控系统，其特征在于所述的数据中心单元用于给所述配电网低电压闭环监控系统提供电力数据和用户信息，具体为数据中心单元用于给所述配电网低电压闭环监控系统提供电力GIS地图和用户信息。
3.根据权利要求1或2所述的配电网低电压闭环监控系统，其特征在于所述的监控终端单元具体包括抄表子单元、三相电检测子单元、环境传感器子单元、开关量采集子单元、监控终端本地时钟子单元和数据处理子单元；抄表子单元、三相电检测子单元、环境传感器子单元、开关量采集子单元和监控终端本地时钟子单元均与数据处理子单元连接；抄表子单元用户抄读用户电能表数据并上传数据至数据处理子单元；三相电检测子单元用于检测三相电的参数新型并上传数据至数据处理子单元；环境传感器子单元用于检测环境数据并行并上传数据至数据处理子单元；开关量采集子单元用于检测开关量数据并行并上传数据至数据处理子单元；子模块本地时钟子单元用于提供时钟信号并上传至数据处理子单元；数据处理子单元用于接收上传的数据，进行数据处理后再上传至汇聚节点单元。
4.根据权利要求3所述的配电网低电压闭环监控系统，其特征在于所述的环境传感器子单元具体包括温湿度传感器、烟雾传感器和水浸传感器；所述的抄表子单元利用RS485串行数据接口或者RS232串行数据接口与智能电表进行连接，从而读取电表数据；三相电检测子单元利用设置在三相线上的电压互感器和电流互感器检测电压波动以及电力能耗数据；开关量采集子单元用于采集配电箱或者强电井内的电气开关的开关量。
5.根据权利要求3所述的配电网低电压闭环监控系统，其特征在于所述的汇聚节点单元包括控制器子单元、协议转换子单元、汇聚时钟子单元和数据接口子单元；协议转换子单元、汇聚时钟子单元和数据接口子单元均与控制器子单元连接；协议转换子单元用于进行通信协议间的转换，并将转换后的数据信息上传至控制器子单元；汇聚时钟子单元用于监控终端本地时钟子单元，并进行时钟信号的同步；数据接口子单元作为数据接口，用于连接监控终端单元或监控局端单元。
6.根据权利要求5所述的配电网低电压闭环监控系统，其特征在于所述的协议转换子单元具体包括以太网协议转换子单元、电力载波协议转换子单元、无线传输协议转换子单元；太网协议转换子单元用于对以太网通信协议数据进行转换；电力载波协议转换子单元用于对电力载波通信协议数据进行转换；无线传输协议转换子单元用于对无线传输通信协议数据进行转换。
7.一种权利要求1～6之一所述的配电网低电压闭环监控系统的监控方法，其特征在于具体包括如下步骤：
S1.获取通信链路的通信时延；
S2.根据步骤S1获取的通信时延，对系统中的所有设备进行时钟同步；
S3.时钟同步后，对系统中的所有设备均添加唯一的身份信息；
S4.监控终端单元按照设定的第一时间获取采集的原始数据，打包并添加本地时钟信息后，发送至汇聚节点单元；
S5.汇聚节点单元将接收到的数据统一转换为以太网数据，并发送至监控局端单元；
S6.监控局端单元按照设定的第二时间将接收到的数据上传至供电指挥单元；
S7.供电指挥单元对接收到的数据，进行电网低电压的闭环监控。
8.根据权利要求7所述的监控方法，其特征在于步骤S1所述的获取通信链路的通信时延，具体为重复获取若干次临时的通信时延，并将获取的若干次临时的通信时延取平均值后，作为最总的通信时延。
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