CN114265357B - 一种基于计量装置的智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于计量装置的智能控制系统，属于小型水电站控制技术领域，包括水位监测模块、转换模块和服务器；水位监测模块用于监测水电站的供电信息，建立水位属性表，实时获取水库的水位数据，将获取的水位数据输入到水位属性表中进行匹配，匹配到对应的水位属性，水位属性包括供电属性和需电属性；当匹配到的水位属性为供电属性时，生成供电信号，将生成的供电信号发送给转换模块；当匹配到的水位属性为需电属性时，生成需电信号，将生成的需电信号发送给转换模块；通过利用5G切片技术，实现远程电网控制人员对水电站信息的及时了解，通过划分不同的资源块，实现远程控制模块对水电站的实时控制，避免因为汛情而产生险情。

Description

一种基于计量装置的智能控制系统

技术领域

本发明属于小型水电站控制技术领域，具体是一种基于计量装置的智能控制系统。

背景技术

在当前，水力发电在很多比较大的水库都有利用，但是应用水力发电是将水的势能转换为机械能这一过程中，则需要用到储水这一步骤，但是在汛期到来时，则需要及时进行弃水措施；但是盲目的弃水会造成水力的浪费，而不及时弃水则可能因为水库过载储水而产生一些安全隐患，而且现有的小型发电站自动化设备和通信网络大多数都不是很健全，导致远程电网控制人员并不能及时的对水库中的储水进行调整；

随着小水电站的发展，其用电计量问题越来越突出，小型水电站计量有其本身的特点，当到雨季时小型水电站发电时其向电网送电，当枯水期时，小型水电站不能再发电，由电网给它供电，因此其计量方案设计一般为双向供电，但是小型水电站向外输送电能时其电流很大，而电网向小型水电站供电时其电流很小，如按送电配装电流互感器，那么当电网向小型水电站反供电时，会造成计量误差非常大，最终将造成电量损失。

因此目前需要一种基于计量装置的智能控制系统，用于解决上述问题。

发明内容

为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了一种基于计量装置的智能控制系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于计量装置的智能控制系统，包括水位监测模块、转换模块和服务器；水位监测模块用于监测水电站的供电信息，具体方法包括：

建立水位属性表，实时获取水库的水位数据，将获取的水位数据输入到水位属性表中进行匹配，匹配到对应的水位属性，水位属性包括供电属性和需电属性；当匹配到的水位属性为供电属性时，生成供电信号，将生成的供电信号发送给转换模块；当匹配到的水位属性为需电属性时，生成需电信号，将生成的需电信号发送给转换模块；

转换模块用于转化电网与水电站之间的互感器使用，包括两个独立的互感器，其中一只互感器为大电流比，另一只互感器为小电流比，当接收到水位监测模块发送的供电信号时，在电网与水电站之间使用大电流比互感器；当接收到水位监测模块发送的需电信号时，在电网与水电站之间使用小电流比互感器。

进一步地，建立水位属性表的方法包括：

获取水电站的历史运行数据，历史运行数据包括发电数据和对应的水位数据，将历史运行数据坐标化，将坐标化后的历史运行数据标记为运行坐标点，将发电数据大于零的运行坐标点整合为供电数据，将发电数据不大于零的运行坐标点整合为需电数据，将供电数据和需电数据中对应运行坐标点中的发电数据进行剔除，获得仅包括水位数据的水位坐标点；根据水位坐标点分别建立供电数据和需电数据的供电水位区间和需电水位区间，将供电水位区间和需电水位区间整合到一张统计表中，并标记为水位属性表。

进一步地，还包括监控模块、传输模块、远程控制模块和闸门控制模块，所述监控模块用于监控水库信息，并将采集的监控数据通过传输模块传输至远程控制模块，远程控制模块根据接收到的监控数据，由远程电网控制人员设置对应的控制信号，并将设置的控制信号通过传输模块进行传输；闸门控制模块用于根据接收到的闸门控制信号对水库的闸门进行控制。

进一步地，监控模块的工作方法包括：

在水库周边布设监控装置，获取水库地形图，根据监控装置布设方案将监控装置采集模型整合到水库地形图中，获取水库内的水位检测装置相对应的监控装置，标记为主监控装置，通过主监控装置实时获取水位检测装置的读数，判断水位检测装置的读数是否达到汛情要求，当达到汛情要求时，生成汛情信号，将汛情信号发送给传输模块；当没有达到汛情要求时，生成常态信号，将常态信号发送给传输模块。

进一步地，在水库周边布设监控装置的方法包括：

获取水库地形图的电子图，在水库地形图中设置监控区域，获取监控装置的图像采集角度和采集距离上限，根据获取的图像采集角度和采集距离上限建立监控装置采集模型，根据监控装置采集模型的采集区域和水库地形图中的监控区域设置监控装置的布设方案，计算各个布设方案的造价成本，并按照造价成本的高低对布设方案进行排列；按照排列顺序对布设方案进行校核，当校核成功时，按照对应的布设方案进行监控装置的布设；当校核失败时，进行下一个布设方案的校核，直到校核成功。

进一步地，对布设方案进行校核的方法包括：

在水库地形图中建立空间坐标系，获取需要进行校核的布设方案，识别布设方案中的监控装置的安装坐标、监控高度和采集角度，根据识别的安装坐标和监控高度建立校核点坐标集，将校核点坐标集和对应的采集角度整合为校核数据；

设置校核无人机，将校核数据进行坐标转化后输入到校核无人机中，校核无人机根据接收到的数据进行图像采集，获取校核无人机采集的图像数据，标记为验证图像，对验证图像进行识别组合，判断当前的布设方案是否满足监控要求，当判断当前的布设方案满足监控要求时，校核成功；反之则校核失败。

进一步地，传输模块的工作方法包括：

基于5G切片技术设置eMMB切片、uRLLC切片和mMTC切片；实时获取监控模块采集的监控数据，当接收到汛情信号时，将获取的监控数据通过eMMB切片进行数据传输；当接收到常态信号时，将获取的监控数据通过mMTC切片进行数据传输；当远程控制模块产生控制信号时，将控制信号通过uRLLC切片进行数据传输。

进一步地，远程控制模块的工作方法包括：

当接收到eMMB切片传输的监控数据时，远程电网控制人员根据接收到的监控数据设置闸门控制信号，将闸门控制信号通过uRLLC切片传输给闸门控制模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过利用5G切片技术，实现远程电网控制人员对水电站信息的及时了解，通过划分不同的资源块，实现远程控制模块对水电站的实时控制，避免因为汛情而产生险情；通过判断水电站是向电网供电的状态，还是由电网向水电站供电的状态，及时调整电网与水电站之间的互感器使用，避免因为互感器的选择，而导致计量误差非常大，最终将造成电量损失的问题。

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的介绍，显而易见地，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他的附图。

图1为本发明原理框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

如图1所示，一种基于计量装置的智能控制系统，包括水位监测模块、转换模块、监控模块、传输模块、远程控制模块、闸门控制模块和服务器；

本申请提及的水电站为小型水电站；

水位监测模块用于监测水电站的供电信息，具体方法包括：

获取水电站的历史运行数据，历史运行数据包括发电数据和对应的水位数据，将历史运行数据坐标化，即为将历史运行数据转化为坐标，例如历史运行数据为发电数据30，000kw，水位数据中水头43m，流量102m³/s，则转化为坐标后为(30,43,102)；将坐标化后的历史运行数据标记为运行坐标点，将发电数据大于零的运行坐标点整合为供电数据，将发电数据不大于零的运行坐标点整合为需电数据，将供电数据和需电数据中对应运行坐标点中的发电数据进行剔除，获得仅包括水位数据的水位坐标点；根据水位坐标点分别建立供电数据和需电数据的供电水位区间和需电水位区间，将供电水位区间和需电水位区间整合到一张统计表中，并标记为水位属性表；

实时获取水库的水位数据，将获取的水位数据输入到水位属性表中进行匹配，匹配到对应的水位属性，水位属性包括供电属性和需电属性；当匹配到的水位属性为供电属性时，生成供电信号，将生成的供电信号发送给转换模块；当匹配到的水位属性为需电属性时，生成需电信号，将生成的需电信号发送给转换模块。

转换模块用于转化电网与水电站之间的互感器使用，包括两个独立的互感器，其中一只互感器为大电流比，另一只互感器为小电流比，电流比可相差8倍，当接收到水位监测模块发送的供电信号时，在电网与水电站之间使用大电流比互感器；当接收到水位监测模块发送的需电信号时，在电网与水电站之间使用小电流比互感器；

通过判断水电站是向电网供电的状态，还是由电网向水电站供电的状态，及时调整电网与水电站之间的互感器使用，避免因为水电站向外输送电能时其电流很大，而电网向小水电站供电时其电流很小，如按送电配装电流互感器，那么当电网向小水电站反供电时，会造成计量误差非常大，最终将造成电量损失的问题。

所述监控模块用于监控水库信息，具体方法包括：

在水库周边布设监控装置，获取水库地形图，根据监控装置布设方案将监控装置采集模型整合到水库地形图中，获取水库内的水位检测装置相对应的监控装置，标记为主监控装置，水库内的水位检测装置相对应的监控装置就是水位检测装置是位于哪个监控装置的采集区域内；通过主监控装置实时获取水位检测装置的读数，判断水位检测装置的读数是否达到汛情要求，当达到汛情要求时，生成汛情信号，将汛情信号发送给传输模块；当没有达到汛情要求时，生成常态信号，将常态信号发送给传输模块。

通过主监控装置实时获取水位检测装置的读数的方法是：通过现有的图像识别技术识别水位检测装置上的读数。

在水库周边布设监控装置的方法包括：

获取水库地形图的电子图，在水库地形图中设置监控区域，监控区域是由专家组根据水库历史汛情数据进行设置的，获取监控装置的图像采集角度和采集距离上限，监控装置指的是现有的视频监控装置，监控装置的采集距离上限是根据监控装置的性能进行设置的，即超过采集距离上限的监控装置采集的图像将会不满足使用需要，根据获取的图像采集角度和采集距离上限建立监控装置采集模型，根据监控装置采集模型的采集区域和水库地形图中的监控区域设置监控装置的布设方案，计算各个布设方案的造价成本，并按照造价成本的高低对布设方案进行排列；按照排列顺序对布设方案进行校核，当校核成功时，按照对应的布设方案进行监控装置的布设；当校核失败时，进行下一个布设方案的校核，直到校核成功。

建立监控装置采集模型的方法是：根据图像采集角度和采集距离上限组成采集区域，建立监控装置代表模型，监控装置代表模型可以是圆点、监控装置外观等可以表示监控装置的电子模型，将监控装置代表模型和采集区域组合为监控装置采集模型。

根据监控装置采集模型的采集区域和水库地形图中的监控区域设置监控装置的布设方案的方法就是实现采集区域可以覆盖整个监控区域的布设方法。

对布设方案进行校核的方法包括：

在水库地形图中建立空间坐标系，获取需要进行校核的布设方案，识别布设方案中的监控装置的安装坐标、监控高度和采集角度，监控高度指的是监控装置的采集镜头高度，根据识别的安装坐标和监控高度建立校核点坐标集，校核点坐标集即为由监控装置的采集镜头坐标组成的坐标集，将校核点坐标集和对应的采集角度整合为校核数据；

设置校核无人机，校核无人机使用现有的图像采集无人机，将校核数据进行坐标转化后输入到校核无人机中，即将校核点坐标集转化为适用校核无人机中使用的坐标，校核无人机根据接收到的数据进行图像采集，获取校核无人机采集的图像数据，标记为验证图像，对验证图像进行识别组合，判断当前的布设方案是否满足监控要求，当判断当前的布设方案满足监控要求时，校核成功；反之则校核失败。

对验证图像进行识别组合，判断当前的布设方案是否满足监控要求的方法是：通过现有的图像识别分割技术，将各个验证图像进行组合，判断组合后的图像是否将监控区域完整监测到。

所述传输模块用于根据接收到的信号进行监控数据传输，具体方法包括：

切片是一种按需组网的方式，可以让运营商在统一的基础设施上切出多个虚拟的端到端网络，每个网络切片从无线接入网到承载网再到核心网在逻辑上隔离，适配各种类型的业务应用；而5G存在三大应用场景，分别是eMMB、uRLLC和mMTC；

因此本方法采用三个切片，分别为eMMB切片、uRLLC切片和mMTC切片；在本实施例中，不同切片所分配得到的资源在频域内相互隔离且独立，并且可以灵活调整，这样一个网络切片的空口拥塞不影响其他网络切片；还可以通过给高优先级切片分配信道条件更好的频谱资源，提高系统的吞吐量的同时，提高对高优先级业务的服务保障。

uRLLC切片为低延时高可靠性，用于远程控制模块传输控制信号，需要优先给予分配资源，减少排队时延；eMMB切片用于汛情时期监控数据的传输；mMTC切片的调度优先级最低，用于日常时期监控数据的传输；uRLLC切片为第一优先级，eMMB切片为第二优先级，mMTC切片为第三优先级，根据优先级分别配置RB(资源块)资源；

实时获取监控模块采集的监控数据，当接收到汛情信号时，将获取的监控数据通过eMMB切片进行数据传输；当接收到常态信号时，将获取的监控数据通过mMTC切片进行数据传输；当远程控制模块产生控制信号时，将控制信号通过uRLLC切片进行数据传输。

通过利用5G切片技术，实现远程电网控制人员对水电站信息的及时了解，通过划分不同的资源块，实现远程控制模块对水电站的实时控制，避免因为汛情而产生险情。

远程控制模块用于远程电网控制人员对水电站进行远程遥控，当接收到eMMB切片传输的监控数据时，远程电网控制人员根据接收到的监控数据设置闸门控制信号，将闸门控制信号通过uRLLC切片传输给闸门控制模块，闸门控制模块根据接收到的闸门控制信号进行开闸放水；当接收到mMTC切片传输的监控数据时，远程电网控制人员根据需要进行设置不同的控制信号，并通过uRLLC切片进行传输。

闸门控制模块用于根据接收到的闸门控制信号对水库的闸门进行控制。

本发明的工作原理：建立水位属性表，实时获取水库的水位数据，将获取的水位数据输入到水位属性表中进行匹配，匹配到对应的水位属性，水位属性包括供电属性和需电属性；当匹配到的水位属性为供电属性时，生成供电信号，将生成的供电信号发送给转换模块；当匹配到的水位属性为需电属性时，生成需电信号，将生成的需电信号发送给转换模块；当转换模块接收到水位监测模块发送的供电信号时，在电网与水电站之间使用大电流比互感器；当转换模块接收到水位监测模块发送的需电信号时，在电网与水电站之间使用小电流比互感器；通过监控模块监控水库信息，并将采集的监控数据通过传输模块传输至远程控制模块，远程控制模块根据接收到的监控数据，由远程电网控制人员设置对应的控制信号，并将设置的控制信号通过传输模块进行传输；闸门控制模块用于根据接收到的闸门控制信号对水库的闸门进行控制。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (4)

1.一种基于计量装置的智能控制系统，其特征在于，包括水位监测模块、转换模块和服务器；水位监测模块用于监测水电站的供电信息，具体方法包括：

建立水位属性表，实时获取水库的水位数据，将获取的水位数据输入到水位属性表中进行匹配，匹配到对应的水位属性，水位属性包括供电属性和需电属性；当匹配到的水位属性为供电属性时，生成供电信号，将生成的供电信号发送给转换模块；当匹配到的水位属性为需电属性时，生成需电信号，将生成的需电信号发送给转换模块；

转换模块用于转化电网与水电站之间的互感器使用，包括两个独立的互感器，其中一只互感器为大电流比，另一只互感器为小电流比，当接收到水位监测模块发送的供电信号时，在电网与水电站之间使用大电流比互感器；当接收到水位监测模块发送的需电信号时，在电网与水电站之间使用小电流比互感器；

还包括监控模块、传输模块、远程控制模块和闸门控制模块，所述监控模块用于监控水库信息，并将采集的监控数据通过传输模块传输至远程控制模块，远程控制模块根据接收到的监控数据，由远程电网控制人员设置对应的控制信号，并将设置的控制信号通过传输模块进行传输；闸门控制模块用于根据接收到的闸门控制信号对水库的闸门进行控制；

监控模块的工作方法包括：

在水库周边布设监控装置，获取水库地形图，根据监控装置布设方案将监控装置采集模型整合到水库地形图中，获取水库内的水位检测装置相对应的监控装置，标记为主监控装置，通过主监控装置实时获取水位检测装置的读数，判断水位检测装置的读数是否达到汛情要求，当达到汛情要求时，生成汛情信号，将汛情信号发送给传输模块；当没有达到汛情要求时，生成常态信号，将常态信号发送给传输模块；

在水库周边布设监控装置的方法包括：

获取水库地形图的电子图，在水库地形图中设置监控区域，获取监控装置的图像采集角度和采集距离上限，根据获取的图像采集角度和采集距离上限建立监控装置采集模型，根据监控装置采集模型的采集区域和水库地形图中的监控区域设置监控装置的布设方案，计算各个布设方案的造价成本，并按照造价成本的高低对布设方案进行排列；按照排列顺序对布设方案进行校核，当校核成功时，按照对应的布设方案进行监控装置的布设；当校核失败时，进行下一个布设方案的校核，直到校核成功；

对布设方案进行校核的方法包括：

在水库地形图中建立空间坐标系，获取需要进行校核的布设方案，识别布设方案中的监控装置的安装坐标、监控高度和采集角度，根据识别的安装坐标和监控高度建立校核点坐标集，将校核点坐标集和对应的采集角度整合为校核数据；

设置校核无人机，将校核数据进行坐标转化后输入到校核无人机中，校核无人机根据接收到的数据进行图像采集，获取校核无人机采集的图像数据，标记为验证图像，对验证图像进行识别组合，判断当前的布设方案是否满足监控要求，当判断当前的布设方案满足监控要求时，校核成功；反之则校核失败。

2.根据权利要求1所述的一种基于计量装置的智能控制系统，其特征在于，建立水位属性表的方法包括：

获取水电站的历史运行数据，历史运行数据包括发电数据和对应的水位数据，将历史运行数据坐标化，将坐标化后的历史运行数据标记为运行坐标点，将发电数据大于零的运行坐标点整合为供电数据，将发电数据不大于零的运行坐标点整合为需电数据，将供电数据和需电数据中对应运行坐标点中的发电数据进行剔除，获得仅包括水位数据的水位坐标点；根据水位坐标点分别建立供电数据和需电数据的供电水位区间和需电水位区间，将供电水位区间和需电水位区间整合到一张统计表中，并标记为水位属性表。

3.根据权利要求1所述的一种基于计量装置的智能控制系统，其特征在于，传输模块的工作方法包括：

基于5G切片技术设置eMMB切片、uRLLC切片和mMTC切片；实时获取监控模块采集的监控数据，当接收到汛情信号时，将获取的监控数据通过eMMB切片进行数据传输；当接收到常态信号时，将获取的监控数据通过mMTC切片进行数据传输；当远程控制模块产生控制信号时，将控制信号通过uRLLC切片进行数据传输。

4.根据权利要求3所述的一种基于计量装置的智能控制系统，其特征在于，远程控制模块的工作方法包括：

当接收到eMMB切片传输的监控数据时，远程电网控制人员根据接收到的监控数据设置闸门控制信号，将闸门控制信号通过uRLLC切片传输给闸门控制模块。

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