CN114024371A - 一种基于负荷识别技术的居民用电安全预警系统 - Google Patents

一种基于负荷识别技术的居民用电安全预警系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于负荷识别技术的居民用电安全预警系统,包括数据采集智能终端、主站服务器和客户端三个部分,各部分之间通过无线信道进行数据传输。数据采集智能终端采用基于机器学习方法的非侵入式用电负荷识别技术,该装置每周波采样32点,能够有效捕捉到暂态谐波信号,通过提取信号时域和频域特征,与存储在系统中的用电负荷特征库进行相似度匹配,从而判断是否有特定用电负荷接入电网,根据预设信息进行预警,并将预警信息上传至主站服务器。主站服务器用来存储、汇总分析台区用户的用电预警信息,并向客户终端推送告警提醒或者用电诊断意见。

Description

一种基于负荷识别技术的居民用电安全预警系统
技术领域
本发明专利涉及居民用电安全领域,尤其涉及一种基于非侵入式用电负荷识别方法的居民用电安全预警系统。
背景技术
非侵入式型负荷辨识技术是目前应用在智能电表上的一种高级测量技术,通过直接在用户的总电表接口处获取总功率、电压、电流的变化信息,以此来辨识出负荷的类别,运行情况以及相关参数等,续而分析出用户的细粒度用电行为,给用户提供像电话清单一样的用电清单,为用户用电安全以及节能做出相应指导。
为了实现对居民用电情况的监测,现有的智能电表系统主要针对居民的总体用电量进行采集,并不能对获取到的数据进行精细化的处理和分析,从而对用户的用电安全及能耗使用情况进行分析判断,难以适应居民越来越复杂的用电趋势。
因此,通过设计一种能够识别不同负载的智能采集监控终端,将智能电表中的居民用电数据进行分析处理,并通过一套安全预警系统,为电力公司及居民提供安全预警及用电建议,对于提高用户用电安全、改进电网公司用电管理、优化电力能源结构有着非常重要的作用。
发明内容
为实现上述目的,本发明专利公开的一种基于负荷识别技术的居民用电安全预警系统,通过增加负荷识别模块,将总的用电信息中不同用电负荷的数据划分开来,为用户提供更精确的用电分析和诊断建议;通过对特定用电负荷的能耗监控,为电力公司及用电居民提供合理化的建议,提高能源利用率;系统能够在不中断设备用电的情况下实现系统安装,具有安装简单、部署快捷、维护简便、高集成度、高智能化、高识别精度等优点。
本发明采用如下技术方案:
一种基于负荷识别技术的居民用电安全预警系统,包括数据采集智能终端、系统主站和客户端三个部分,相互之间通过无线信道进行数据传输。
所述数据采集智能终端,包括数据采集模块,负荷识别模块和数据通讯模块,三者皆为集成于CPU板上的功能模块,通过程序内部的数据变量进行数据传输数据采集模块将采集到的负荷用电数据传递给负荷识别模块,负荷识别模块对用电数据进行处理,识别出负荷类别和工作状态,并通过数据通信模块将预警信息及任务数据上传到系统主站。
所述数据采集模块通过电流互感器和漏电互感器获取用户的负荷用电数据。数据采集智能终端安装于用户电表箱外部,在每个用户的进线上套装一个电流传感器,采用三相拨码开关对用户的相别进行控制。采集到的数据存储于Flash Rom存储介质中,存储周期为一个月,循环存储。可以支持同时对多路用户的实时数据采集;
所述负荷识别模块采用基于机器学习的非侵入式用电负荷识别方法。模块将采集得到的数据与各类用电负荷正常工作时稳态和暂态功率特征量进行比较,然后将比较后的结果与数据库模板进行二次相似度匹配,得到用电负荷的类别、工作状态等数据,将功率总量细化到负荷内部的各个主要电器,最后将预警信息以及任务数据传输至数据通讯模块;
所述数据通讯模块传输方式采用2/3/4G全网无线通信,接收服务器任务,向服务器传输指定数据信息。
进一步地,所述数据采集智能终端包括装置底座和上盖以及两者之间的接线端子、4G通讯板、级联扩展板、电源板和CUP板;
所述底座作为装置基础,内部安装用于采集信号的互感器,用于控制的继电器,并固定其他配件。长边一侧固定接线端子部分,另一侧可插入4G通讯板和级联扩展板。再上一层为电源板,电源板上为CPU板,最上一层为上盖,与底座通过螺丝进行连接,将上述所有配件封装保护。底座下方装有插销,用于把装置固定在配电箱中的安装导轨上。
所述接线端子部分,为外部接线的接口,用于接转用户的电流、电压信号;
所述级联扩展板用于扩展监测单元,一套装置可以监测两户居民,通过级联,可以灵活扩展监控户数;
所述4G通讯板,把CPU板需要上传的相关信息通过串口转4G-CAT1上传给系统主站,同时也可以把系统主站的相关指令和数据下发到CPU板,控制终端装置的运行;
所述电源板,除为装置提供电源外,还包括为其他板卡提供转接功能;
所述CPU板,通过主CPU及配套芯片,用于采集信号,计算、设置、存储相关量值,通过串口和相关信号线向后台上传数据和事件记录;
所述上盖装有指示灯,包括电源灯、通讯灯、报警灯1和报警灯2。在接线端子对应部分,采用翻盖设计,在不影响接线的情况下保护接线端子。
进一步地,所述数据采集智能终端接收系统主站的任务主要为三遥任务,包括遥测任务、遥信任务和遥控任务;
所述遥测任务为控制终端装置采集并传送居民用电运行的实时参数,并通过无线通信返回系统主站;
所述遥信任务控制终端装置采集并传送装置保护的动作信息、继电器的状态信息等;
所述遥控任务系统主站控制装置改变设备运行模式。
进一步地,所述系统主站为云服务器,客户端包括手机、电脑等设备,接收系统主站发送的报警信息或诊断意见。
有益效果
本发明所提供的技术方案,基于负荷识别的居民用电安全预警系统具有非侵入式安装、识别速度快、预警准确度高的特点,可以实现对居民的用电安全譬如漏电、过流、过压、短路等及时保护功能。通过采用独立的识别检测终端,避免了对原有电表的直接操作,安装开销小。另外通过对电器指纹的监控分析,可以及时发现在住宅内或飞线进行各类电动车(包括铅酸电池、锂电池等)充电的危险行为,达到安全预警的目的。
附图说明
图1是本发明的系统架构图;
图2是本发明中的采智能控终端示意图;
图3是本发明中的采智能控终端设备爆炸装配图;
图4是本发明中的采智能控终端的安装接线示意图;
图5是本发明中的系统功能流程图。
附图标记说明:底座100,插销200,接线端子300,级联扩展板400,4G通讯板500,电源板600,CPU板700,上盖800;指示灯801,按键802,翻盖803;电能表火线进口1#,电能表零线进口2#,用户火线出口3#,用户零线出口4#。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进一步地说明。
如图1,一种基于负荷识别的居民用电安全预警系统,主要包括数据采集智能终端、系统主站和客户端三个部分,其中数据采集智能终端、系统主站和客户端之间通过2/3/4G无线通道进行数据通信。
采集智能终端包含有数据采集模块、负荷识别模块和数据通讯模块。
采集智能终端安装于客户电表侧,通过在用户与电表之间接入电流互感器和漏电互感器实现数据采集模块对用户用电数据的采集;数据采集模块包含有多个数据采集接口,能够实现同时对多个用户用电数据的监控。数据采集模块获取到用户用电数据后,一方面保存在采集智能终端中的存储介质中,另一方面传输至负荷识别模块。
负荷识别模块基于获取的用户总的用电数据将采集得到的数据与各类电器正常工作时稳态和暂态功率特征量进行比较,然后将比较后的结果与数据库模板进行二次相似度匹配,得到用电负荷的类别、工作状态等数据,将功率总量细化到负荷内部的各个主要电器,最后将预警信息以及任务数据传输至数据通讯模块。
其中内置存储介质采用Flash Rom,存储周期为一个月,循环存储。
数据通讯模块将负荷识别模块传输的信息发送至系统主站,同时会将自检、故障、异常等主动上报。
系统主站为云服务器,能够对采集监控装置发送的信息进行处理,对用电行为、电能消费情况进行分析,为用户提出节能策略,实现节电减支;将电能消费情况以及节能策略等通过无线信道用户端发送。
系统主站也可实现主动向采集监控装置发布任务,包括遥测任务、遥控任务和遥信任务,发送至采集监控装置的数据通讯模块接收。
如图2,数据采集智能终端结构图,其主要由底座100以及上盖800构成;上盖800包括指示灯801、按键802以及保护接线端子的翻盖803;底座100内安装有终端装置的各功能配件,底座外侧装有一个插销200,用于把装置固定在配电箱中的安装导轨上。
如图3所示为采集智能终端的爆炸装配图,图中可以看出采集智能终端的内部构造。
以底座100为基础底座100内安装有用于采集信号的互感器和用于控制的继电器,同时装有4G通讯板500和级联扩展版400。
4G通讯板500把CPU板700需要上传的相关信息通过串口转4G-CAT1上传给系统主站,同时也可以把系统主站发布的相关指令和数据下发到CPU板700,控制终端装置运行。
级联扩展板400用于扩展监测单元,一套装置可以监测二户居民,通过级联,可以灵活扩展监控户数。
接线端子300固定于底座上,与电源板600和CPU板700进行连接,是外部数据采集的接口,接转用户的电流、电压信号。
电源板600除为装置提供电源外,还包括为其他板卡提供转接功能。
CPU板700通过主CPU及配套芯片,用于采集信号,计算、设置、存储相关量值,通过串口和相关信号线向后台上传数据和事件记录。
上盖800与底座100之间通过螺丝进行连接封装。其中指示灯801包含有电源灯、通讯灯、报警灯1、报警灯2;按键802包括上键、下键、确认键与取消键,用于装置的常规设置;翻盖803保护接线端子。
如图4,采集智能终端与用户接线示意图,装置安装在每户居民的电力公司电能表的出线和每户居民的进线之间。
针对每个用户,居民的火线(L)、零线(N)从电能表出来后分别进装置的1#(L进)、2#(N进)接线端子,通过接线端子火线(L)同时穿过电流互感器和漏电互感器,零线(N)只穿过漏电互感器,再经过3#(L出)、4#(N出)接线端子接入居民家中。
电流互感器用于实际用电数据的采集,漏电互感器用户安全预警与保护。一个采集智能终端可同时接入多个用户,同时进行各自的数据监控。实际安装时并不需要中断原有用户与电表连接,可直接并联在电表与用户之间。
如图5,系统功能流程图,系统主站可以通过4G网络主动向终端发送三遥任务,由管理人员进行控制;终端可以获取由主站发送的三遥任务,并进行处理;其基本任务通过对用户用电数据的采集,首先进行基本电量的计算,接着对基本数据进行处理,谐波计算等获取各项电气特征,将这些电气特征推送给识别模块,进行AI负荷识别,定期将识别结果以及设定数据传送至系统主站;同时终端配有存储器,存储一定时间的电器数据。
其中三遥任务指遥测任务,遥控任务和遥信任务
遥测任务为采集并传送居民用电运行的实时参数,主要通过电流互感器实现对线路的电流、电压、有(无)功功率、频率以及相角进行检测。
遥控任务为从CPU或系统主站发出改变运行设备状况的命令,主要实现对继电器的分合闸以及告警信号的传递。
遥信任务为采集并传送装置保护的动作信息、继电器的状态信息等,主要实现对继电器的分合闸状态、获取其他开关型传感器的节点信号。
以上公开的本发明的描述只是用于阐明本发明的技术方案及设备情况,并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作适当的修改和变化。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述发明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,并不会使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于负荷识别技术的居民用电安全预警系统,其特征在于,包括数据采集智能终端、系统主站和客户端三个部分,各部分之间通过无线信道进行数据传输;
所述数据采集智能终端包括数据采集模块,负荷识别模块和数据通讯模块,三者皆为集成于CPU板上的功能模块,通过程序内部的数据变量进行数据传输,数据采集模块将采集到的负荷用电数据传递给负荷识别模块,负荷识别模块对用电数据进行处理,识别出负荷类别和工作状态,并通过数据通信模块将预警信息及任务数据上传到系统主站;
所述数据采集模块通过电流互感器和漏电互感器获取用户的负荷用电数据,数据采集智能终端安装于用户电表箱外部,在每个用户的进线上套装一个电流传感器,同时对多路用户的实时数据采集。
2.根据权利要求1所述的预警系统,其特征在于,所述数据采集模块内置存储介质采用Flash Rom,存储周期为一个月,循环存储。
3.根据权利要求1所述的预警系统,其特征在于,负荷识别模块将采集得到的数据与各类电负荷正常工作时稳态和暂态功率特征量进行比较,然后将比较后的结果与数据库模板进行二次相似度匹配,得到用电负荷的类别、工作状态等数据,将功率总量细化到负荷内部的各个主要电器,最后将预警信息以及任务数据传输至数据通讯模块。
4.根据权利要求1所述的预警系统,其特征在于,所述数据通讯模块传输方式采用4G全网无线通信,接收服务器任务,向服务器传输指定数据信息。
5.根据权利要求1所述的预警系统,其特征在于,数据采集智能终端包括装置底座和上盖以及两者之间的接线端子、4G通讯板、级联扩展板、电源板和CUP板。
6.根据权利要求5所述的预警系统,其特征在于,底座作为装置基础,内部安装用于采集信号的互感器,用于控制的继电器,并固定其他配件;长边一侧固定接线端子部分,另一侧插入4G通讯板和级联扩展板;再上一层为电源板,电源板上为CPU板,最上一层为上盖,与底座通过螺丝进行连接,将上述所有配件封装保护。底座下方装有插销,用于把装置固定在配电箱中的安装导轨上;
所述接线端子部分,为外部接线的接口,用于接转用户的电流、电压信号;
所述级联扩展板用于扩展监测单元,一套装置监测二户居民,通过级联,灵活扩展监控户数;
所述4G通讯板,把CPU板需要上传的相关信息通过串口转4G-CAT1上传给系统主站,同时把系统主站的相关指令和数据下发到CPU板,控制终端装置的运行;
所述电源板,除为装置提供电源外,还包括为其他板卡提供转接功能;
所述CPU板,通过主CPU及配套芯片,用于采集信号,计算、设置、存储相关量值,通过串口和相关信号线向后台上传数据和事件记录;
所述上盖装有指示灯,包括电源灯、通讯灯、报警灯1和报警灯2,在接线端子对应部分,采用翻盖设计,在不影响接线的情况下保护接线端子。
7.根据权利要求1所述的预警系统,其特征在于,数据采集智能终端接收系统主站的任务为三遥任务,包括遥测任务、遥信任务和遥控任务;
所述遥测任务为控制终端装置采集并传送居民用电运行的实时参数,并通过无线通信返回系统主站;
所述遥信任务控制终端装置采集并传送装置保护的动作信息、继电器的状态信息;
所述遥控任务系统主站控制装置改变设备运行模式。
8.根据权利要求1所述的预警系统,其特征在于,所述系统主站为云服务器,客户端包括手机、电脑设备,接收系统主站发送的报警信息或诊断意见。
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