CN113848361A - 一种电表箱智能感知装置、负荷辨识及开锁授权方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电表箱智能感知装置、负荷辨识及开锁授权方法，包括智能断路器模块，所述智能断路器模块用于采集当前电路的用电信息并主动上传；HPLC模块，所述HPLC模块用于电表箱智能感知终端与能源控制器之间的数据传送；环境监测模块，所述环境监测模块用于监测电表箱内的工作环境状况；状态监测模块，所述状态监测模块用于监测电表箱的箱门开关动作。本发明结构简单，使用方便，能够实现对电力电表箱的工况、安全性和环境状态进行在线监控，对突发事件告警，并可以实现操作权限获得、电表箱地理位置定位查询、电表资源浏览与管理、电表箱开锁授权等功能，同时通过物联网技术实现系统融合，构成一个有机整体，协同配合完成系统所需的全部功能。

Description

一种电表箱智能感知装置、负荷辨识及开锁授权方法

技术领域

本发明属于电力测量技术领域，具体涉及一种电表箱智能感知装置、负荷辨识及开锁授权方法。

背景技术

随着电力实业的长足发展、智能电网建设的深入，以及社会的发展、生活水平的提高、各类电器的普及，现在人们的生活已经和供电息息相关。与此同时，随着电力系统服务的不断改进和人们居住环境的变化，现在的电表安装方式已经不再是安装在每个家庭内，而是通过电表箱集中安装在每栋楼的特定位置。但是，出于美观以及安全的考虑，电表箱往往都被安装在较为偏僻的地方(常见的如地下层、楼层夹道等)。

电表箱是集中安装电表、开关、导线等设备的基础设施，电表箱方便停、送电，起到计量和判断停、送电和电表集中管理的作用，保障用电的安全性和方便性。一旦电表箱的环境不可靠，状态不稳定，就会影响电表箱内部设备的正常运行，对供用电的可靠性和安全性构成威胁。

随着电力体制改革的深化，更多企业将参与售电，用电环境越来越复杂。然而用于直接为终端用户提供电力服务的电表箱只能够为电表提供最基本的防御防潮保护，无法向主站提供反映运行状态的状态信息，只有在运维人员进行定期巡视的时候才能对电表箱的工况进行检查。但是由于电表箱的运行安全指标涉及电气、环境、安全等指标，而且瞬息万变，往往等到电表箱已经发生故障、且成括大之势后才能被发现问题，往往会造成重大后果，从而直接对配电网的安全运行和用户的安全用电造成重大影响。此外电力稽查发现，在一些电表箱监管不到位的地区，电表箱常常被居民私自打开，搭接线路，盗窃电能，给电力部门造成了严重的经济损失。

发明内容

本发明提供了一种电表箱智能感知装置、负荷辨识及开锁授权方法，其目的在于解决了随着电力体制改革的深化，更多企业将参与售电，用电环境越来越复杂。然而用于直接为终端用户提供电力服务的电表箱只能够为电表提供最基本的防御防潮保护，无法向主站提供反映运行状态的状态信息，只有在运维人员进行定期巡视的时候才能对电表箱的工况进行检查。但是由于电表箱的运行安全指标涉及电气、环境、安全等指标，而且瞬息万变，往往等到电表箱已经发生故障、且成括大之势后才能被发现问题，往往会造成重大后果，从而直接对配电网的安全运行和用户的安全用电造成重大影响。此外电力稽查发现，在一些电表箱监管不到位的地区，电表箱常常被居民私自打开，搭接线路，盗窃电能，给电力部门造成了严重的经济损失的问题。

本发明实施例提供了一种电表箱智能感知装置，包括：

智能断路器模块，所述智能断路器模块用于采集当前电路的用电信息并主动上传；

用电信息包括表箱进线端的电压、电流、功率、功率因数、电能、谐波；

HPLC模块，所述HPLC模块用于电表箱智能感知终端与能源控制器之间的数据传送；

环境监测模块，所述环境监测模块用于检测电表箱内的工作环境状况；

工作环境状况包括温度、湿度、TVOC有害气体浓度；

状态监测模块，所述状态监测模块用于检测电表箱的箱门开关动作。

能源控制器，所述能源控制器用于处理HPLC模块传输的信息；

所述智能断路器模块、环境监测模块、状态监测模块通过HPLC模块与能源控制器通讯连接。

进一步地，所述智能断路器模块包括：

用电信息采集模块，所述用电信息采集模块用于采集当前电路的用电信息并发送至处理控制单元；

用电信息采集单元的电压测量采用PT互感器，220V高压经过PT互感器得到的mV级的低压交流小信号后送入计量芯片的采集通道；电流测量采用CT互感器实现，大电流经过CT后同样得到mV级的低压交流小信号，再将低压交流小信号送入计量芯片的采集通道；计量芯片的两个采集通道都加入保护二极管，使两个通道有干扰信号输入的情况下也可保持在一定的电压范围之内；电流采集通道还加入滤波电感和压敏电阻，增强两个通道的抗干扰能力和保证数据采集的精确性。

处理控制单元，所述处理控制单元用于存储所述信息采集单元采集到的用电信息，并实时上传用电信息，所述的处理控制包括处理器、存储器和RS485接口；

处理控制单元的处理器选用超低功耗的MCU，处理控制单元用于捕获模拟信号、将模拟信号转换为数字值、处理器对数据进行处理并上传；存储器可根据需存储的数据量的大小来选择适合容量的存储器，在存储数据时可选择加密存储，大大增加了数据存储的安全性；RS485接口芯片可根据性能、成本需求选择不同厂商的芯片；

漏电保护单元，所述漏电保护单元用于在检测到当前电路漏电时断开所述智能断路器的开关；

漏电保护单元选用A型漏电保护器专用电路，A型漏电保护器除了对交流漏电起保护外还对直流脉动漏电起保护作用。

进一步地，所述环境监测模块包括：

温度监测单元，所述温度监测单元用于检测箱体内的温度，并将温度信号发送给能源控制器；

温度检测单元采用温度传感器；

湿度监测单元，所述湿度监测单元用于检测箱体内的湿度，并将湿度信号发送给能源控制器；

湿度检测单元采用湿度传感器；

TVOC传感器，所述TVOC传感器用于检测箱体内的烟雾量，并将烟雾量信号发送给能源控制器；

TVOC传感器采用烟雾传感器。

进一步地，所述状态监测模块包括门开关监测单元；

所述门开关监测单元包括霍尔接近开关和磁铁；

所述门开关监测单元为门位置检测传感器；

所述磁铁安装在电表箱的箱门上；

所述霍尔接近开关安装在电表箱内；

当电表箱门打开瞬间，门位置检测传感器用于检测到状态信息并发送给能源控制器，能源控制器用于对每次开箱人员的信息进行记录并发送给主站，主站与监控终端后台数据库用于记录的工作人员信息进行匹配，并及时发现并对不法分子违规开箱行为进行报警；另一方面，门位置检测传感器实时上传电表箱状态信息至主站，实现对电表箱门的状态控制，并将电表箱工作状态及周边环境信息传递给主站，进而防止窃电行为。

本发明还提供一种电表箱负荷辨识方法，包括：

S1：智能感知终端采集每户的用能数据，智能感知终端通过预设模式识别算法分解用户用电负荷成分，智能感知终端识别用电设备类型与用电设备工作情况，预设模式识别算法为基于负荷特征识别算法，稳态特征主要包括有功功率、无功功率、电压电流的基波及谐波分量等，稳态特征提取一般采用时域分析或谐波分析等方法；暂态特征主要包括瞬时电流、瞬时功率等，采用频谱分析、小波分析等分析方法；

S2：智能感知终端将识别结果加入台区用电负荷，并形成以用电设备类型、用电设备工况、额定负荷和实际负荷为样本的负荷印记数据集，能源控制器对台区用电负荷进行趋势分析和自主均衡，并形成以用电设备类型、用电设备工况、台区负荷趋势、用户行为为样本的负荷印记数据集，能源控制器对整体负荷印记分析；

S3：智能感知终端获取每个用电设备的电压和电流波形，并记录负荷变化的过程；

S4：智能感知终端实时检测负荷状态的变化，并根据负荷变化特点与特征库比对输出负荷变化事件，智能感知终端获取用户侧总电源入口的用户负荷总电流和端电压，进而获得每个用电设备电流占比，以此得出用电设备的类别。

本发明还提供一种电表箱开锁授权方法，包括：

S1：能源控制器通过HPLC模块连接电表箱状态监测模块，能源控制器将自身的设备编码信息发送给主站服务器；

S2：主站服务器将开锁授权信息发送给能源控制器，能源控制器将开锁授权信息与主站服务器的预设开锁授权信息进行比较，当开锁授权信息与预设开锁授权信息一致时，能源控制器则判断授权合法，可以打开电表箱门，所述预设开锁授权信息包括预设开锁授权信息包含开锁人信息、开锁时间。

本发明的积极效果为：

本发明结构简单，使用方便，能够实现对电力电表箱的工况、安全性和环境状态进行在线监控，对突发事件告警，并通过HPLC通道定时或实时将状态信息回传给能源控制器，能源控制器通过4G无线网络与主站服务器建立连接，可以实现操作权限获得、电表箱地理位置定位查询、电表资源浏览与管理、电表箱开锁授权等功能，电表箱智能感知终端、能源控制器和主站服务器三个部分通过物联网技术实现系统融合，构成一个有机整体，协同配合完成系统所需的全部功能。

附图说明

图1为本发明实施例的电表箱智能感知装置结构示意图；

具体实施方式

为使本发明的上述目的，特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图和具体实施方式，对本发明实施例中技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1，本发明实施例提出一种电表箱智能感知装置，包括：

智能断路器模块，所述智能断路器模块用于采集当前电路的用电信息并主动上传，用电信息包括表箱进线端的电压、电流、功率、功率因数、电能、谐波，所述智能断路器模块包括：

用电信息采集模块，所述用电信息采集模块用于采集当前电路的用电信息并发送至处理控制单元；

用电信息采集单元的电压测量采用PT互感器，220V高压经过PT互感器得到的mV级的低压交流小信号后送入计量芯片的采集通道；电流测量采用CT互感器实现，大电流经过CT后同样得到mV级的低压交流小信号，再将低压交流小信号送入计量芯片的采集通道；计量芯片的两个采集通道都加入保护二极管，使两个通道有干扰信号输入的情况下也可保持在一定的电压范围之内；电流采集通道还加入滤波电感和压敏电阻，增强两个通道的抗干扰能力和保证数据采集的精确性。

处理控制单元，所述处理控制单元用于存储所述信息采集单元采集到的用电信息，并实时上传用电信息，所述的处理控制包括处理器、存储器和RS485接口；

处理控制单元的处理器选用超低功耗的MCU，处理控制单元用于捕获模拟信号、将模拟信号转换为数字值、处理器对数据进行处理并上传；存储器可根据需存储的数据量的大小来选择适合容量的存储器，在存储数据时可选择加密存储，大大增加了数据存储的安全性；RS485接口芯片可根据性能、成本需求选择不同厂商的芯片；

漏电保护单元，所述漏电保护单元用于在检测到当前电路漏电时断开所述智能断路器的开关；

漏电保护单元选用A型漏电保护器专用电路，A型漏电保护器除了对交流漏电起保护外还对直流脉动漏电起保护作用；

HPLC模块，所述HPLC模块用于电表箱智能感知终端与能源控制器之间的数据传送；

环境监测模块，所述环境监测模块用于检测电表箱内的工作环境状况，工作环境状况包括温度、湿度、TVOC有害气体浓度，所述环境监测模块包括：

温度监测单元，所述温度监测单元用于检测箱体内的温度，并将温度信号发送给能源控制器；

温度检测单元采用温度传感器；

湿度监测单元，所述湿度监测单元用于检测箱体内的湿度，并将湿度信号发送给能源控制器；

湿度检测单元采用湿度传感器；

TVOC传感器，所述TVOC传感器用于检测箱体内的烟雾量，并将烟雾量信号发送给能源控制器；

TVOC传感器采用烟雾传感器；

状态监测模块，所述状态监测模块用于检测电表箱的箱门开关动作，所述状态监测模块包括门开关监测单元；

所述门开关监测单元包括霍尔接近开关和磁铁；

所述门开关监测单元为门位置检测传感器；

所述磁铁安装在电表箱的箱门上；

所述霍尔接近开关安装在电表箱内；

当电表箱门打开瞬间，门位置检测传感器用于检测到状态信息并发送给能源控制器，能源控制器用于对每次开箱人员的信息进行记录并发送给主站，主站与监控终端后台数据库用于记录的工作人员信息进行匹配，并及时发现并对不法分子违规开箱行为进行报警；另一方面，实时上传电表箱状态信息至主站，实现对电表箱门的状态控制，并将电表箱工作状态及周边环境信息传递给主站，进而防止窃电行为。

能源控制器，所述能源控制器用于处理HPLC模块传输的信息；

所述智能断路器模块、环境监测模块、状态监测模块通过HPLC与能源控制器通讯连接。

本发明还提供一种电表箱负荷辨识方法，包括以下步骤：

S1：智能感知终端采集每户的用能数据，智能感知终端通过预设模式识别算法分解用户用电负荷成分，智能感知终端识别用电设备类型与用电设备工作情况，预设模式识别算法为基于负荷特征识别算法，稳态特征主要包括有功功率、无功功率、电压电流的基波及谐波分量等，稳态特征提取一般采用时域分析或谐波分析等方法；暂态特征主要包括瞬时电流、瞬时功率等，采用频谱分析、小波分析等分析方法；

S2：智能感知终端将识别结果加入台区用电负荷，并形成以用电设备类型、用电设备工况、额定负荷和实际负荷为样本的负荷印记数据集，能源控制器对台区用电负荷进行趋势分析和自主均衡，并形成以用电设备类型、用电设备工况、台区负荷趋势、用户行为为样本的负荷印记数据集，能源控制器对整体负荷印记分析；

S3：智能感知终端获取每个用电设备的电压和电流波形，并记录负荷变化的过程；

S4：智能感知终端实时检测负荷状态的变化，并根据负荷变化特点与特征库比对输出负荷变化事件，智能感知终端获取用户侧总电源入口的用户负荷总电流和端电压，进而获得每个用电设备电流占比，以此得出用电设备的类别。

本发明还提供一种电表箱开锁授权方法，包括以下步骤：

S1：能源控制器通过HPLC模块连接电表箱状态监测模块，能源控制器将自身的设备编码信息发送给主站服务器；

S2：主站服务器将开锁授权信息发送给能源控制器，能源控制器将开锁授权信息与主站服务器的预设开锁授权信息进行比较，当开锁授权信息与预设开锁授权信息一致时，能源控制器则判断授权合法，可以打开电表箱门，所述预设开锁授权信息包括预设开锁授权信息包含开锁人信息、开锁时间。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种电表箱智能感知装置，其特征在于，包括：

智能断路器模块，所述智能断路器模块用于采集当前电路的用电信息并主动上传；

HPLC模块，所述HPLC模块用于电表箱智能感知终端与能源控制器之间的数据传送；

环境监测模块，所述环境监测模块用于监测电表箱内的工作环境状况；

状态监测模块，所述状态监测模块用于监测电表箱的箱门开关动作。

能源控制器，所述能源控制器用于处理HPLC模块传输的信息；

所述智能断路器模块、环境监测模块、状态监测模块通过HPLC与能源控制器通讯连接。

2.根据权利要求1所述的一种电表箱智能感知装置，其特征在于，所述智能断路器模块包括：

用电信息采集模块，所述用电信息采集模块用于采集当前电路的用电信息并发送至处理控制单元；

处理控制单元，所述处理控制单元用于存储所述信息采集单元采集到的用电信息，并实时上传用电信息，所述的处理控制包括处理器、存储器和RS485接口；

漏电保护单元，所述漏电保护单元用于在检测到当前电路漏电时断开所述智能断路器的开关。

3.根据权利要求1所述的一种电表箱智能感知装置，其特征在于：所述环境监测模块包括：

温度监测单元，所述温度监测单元用于检测箱体内的温度，并将温度信号发送给能源控制器；

湿度监测单元，所述湿度监测单元用于检测箱体内的湿度，并将湿度信号发送给能源控制器；

TVOC传感器，所述TVOC传感器用于检测箱体内的烟雾量，并将烟雾量信号发送给能源控制器；

4.根据权利要求1所述的一种电表箱智能感知装置，其特征在于，所述状态监测模块包括门开关监测单元；

所述门开关监测单元包括霍尔接近开关和磁铁；

所述门开关监测单元为门位置检测传感器；

所述磁铁安装在电表箱的箱门上；

所述霍尔接近开关安装在电表箱内；

5.一种电表箱负荷辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：智能感知终端采集每户的用能数据，智能感知终端通过预设模式识别算法分解用户用电负荷成分，智能感知终端识别用电设备类型与用电设备工作情况；

S2：智能感知终端将识别结果加入台区用电负荷，并形成以用电设备类型、用电设备工况、额定负荷和实际负荷为样本的负荷印记数据集，能源控制器对台区用电负荷进行趋势分析和自主均衡，并形成以用电设备类型、用电设备工况、台区负荷趋势、用户行为为样本的负荷印记数据集，能源控制器对整体负荷印记分析；

S3：智能感知终端获取每个用电设备的电压和电流波形，并记录负荷变化的过程；

S4：智能感知终端实时检测负荷状态的变化，并根据负荷变化特点与特征库比对输出负荷变化事件，智能感知终端获取用户侧总电源入口的用户负荷总电流和端电压，进而获得每个用电设备电流占比，以此得出用电设备的类别。

6.一种电表箱开锁授权方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：能源控制器通过HPLC模块连接电表箱状态监测模块，能源控制器将自身的设备编码信息发送给主站服务器；

S2：主站服务器将开锁授权信息发送给能源控制器，能源控制器将开锁授权信息与主站服务器的预设开锁授权信息进行比较，当开锁授权信息与预设开锁授权信息一致时，能源控制器则判断授权合法，可以打开电表箱门，所述预设开锁授权信息包括预设开锁授权信息包含开锁人信息、开锁时间。

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