CN114336968B - 一种低压配电系统以及低压配电系统的数据通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压配电系统以及低压配电系统的数据通信方法。低压配电系统包括位于配电区的CCO载波模块、配变感知终端和开关载波模块，以及位于台区的表箱载波模块和电表载波模块。电表载波模块用于进行电网抄表和采集电表的电气量；表箱载波模块用于对表箱进线电气量测量。配变感知终端用于将测量的台区总电气量发送给网关。网关通过CCO载波模块与电表载波模块、开关载波模块以及表箱载波模块进行载波通信。本实施例通过集中器对一次侧设备和二次侧设备的电气量采集、控制和信息交互，实现了一次侧设备和二次侧设备的整合，提升了配电设备运行水平、运维质量与效率，增加了设备的可靠性和通用性。

Description

一种低压配电系统以及低压配电系统的数据通信方法

技术领域

本发明实施例涉及低压配电技术，尤其涉及一种低压配电系统以及低压配电系统的数据通信方法。

背景技术

一次设备和二次设备接口不匹配，兼容性、扩展性、互换性差，缺乏一次设备和二次设备联动测试机制。不仅一次设备和二次设备厂家容易引起责任纠纷，而且无法支撑线损计算和单相接地故障检测需求，还会出现遥信抖动、设备凝露现象。

传统的低压电气检测二次设备需要重新布线，从各户电表到表箱，从表箱到分支，从分支到开关，从开关到变压器出线，每个节点都要加装二次检测和采集设备，整个二次设备需要重新拉线到采集集中器。不仅成本急剧上升，安装实施异常复杂，异常危险。而且台区线损计算，三相不平衡计算准备性大打折扣。

发明内容

本发明提供一种低压配电系统以及低压配电系统的数据通信方法，以实现低压一次设备和二次设备信息交互，提升配电设备运行水平、运维质量与效率。

第一方面，本发明实施例提供了一种低压配电系统，该低压配电系统包括：位于配电区的CCO载波模块、配变感知终端和开关载波模块，以及位于台区的表箱载波模块和电表载波模块。

开关载波模块设置于智能开关，CCO载波模块设置于集中器；配变感知终端接入计量终端，用于对计量终端的电气量进行采集，配变感知终端还用于测量台区总电气量。

电表载波模块设置于电表，用于进行电网抄表和采集电表的电气量；表箱载波模块用于对表箱进线电气量测量。

配变感知终端用于将测量的台区总电气量发送给网关；网关通过CCO载波模块与电表载波模块、开关载波模块以及表箱载波模块进行载波通信，网关发送的指令通过CCO载波模块转发给电表载波模块、开关载波模块以及表箱载波模块，电表载波模块、开关载波模块和表箱载波模块用于将采集的电气量通过CCO载波模块发送至网关。

可选地，开关载波模块通过标准化航空插接头与智能开关连接，用于进行电气量的采集和存储。

可选地，表箱载波模块通过感应线圈与表箱组合，用于对表箱进线进行分钟级别电气量的测量计量和存储。

可选地，配变感知终端通过A相、B相、C相和地线四条线接入计量终端，用于对计量终端的电气量进行分钟级别的测量计量。

可选地，网关包括边缘物联代理网关，边缘物联代理网关集成于配变感知终端。

可选地，边缘物联代理网关包括HPLC转485通信模块，边缘物联代理网关用于将指令发送给HPLC转485通信模块，HPLC转485通信模块将485信号转换成载波信号与CCO载波模块进行数据交互。

可选地，CCO载波模块兼容电网集抄协议，电气量至少包括电压、电流和有功功率。

第二方面，本发明实施例提供了一种低压配电系统的数据通信方法，适用于第一方面任意项的低压配电系统，低压配电系统的数据通信方法包括：

网关将电气量采集需求指令发送给CCO载波模块；

CCO载波模块定时与电表载波模块、开关载波模块、表箱载波模块进行校时并将每分钟需要采集的电气量发给电表载波模块、开关载波模块、表箱载波模块；

电表载波模块、开关载波模块、表箱载波模块按照指令要求，每分钟采集相应的电气量并保存。

可选地，网关包括边缘物联代理网关，方法还包括：

边缘物联代理网关将需要收集的预设至少一分钟的电气量的指令发送给CCO载波模块；

CCO载波模块将收集预设至少一分钟的电气量指令发给电表载波模块、开关载波模块和表箱载波模块。

电表载波模块、开关载波模块、表箱载波模块将预设至少一分钟的电气量发回给CCO载波模块；

CCO载波模块将预设至少一分钟的电气量发送给边缘物联代理网关；

边缘物联代理网关将收到的电表、开关、表箱的电气量数据保存至数据库。

可选地，网关包括边缘物联代理网关，方法还包括：

配变感知终端将测量到的变压器出线总电气量发送到边缘物联代理网关订阅的主题中；

边缘物联代理网关从主题中取出变压器出线总电气量数据存储到数据库。

本实施例电表载波模块、开关载波模块和表箱载波模块将采集的电气量通过CCO载波模块发送至网关，通过集中器对一次侧设备和二次侧设备的电气量采集、控制和信息交互，实现了一次侧设备和二次侧设备的整合，可以使得一次侧设备和二次侧设备具有兼容性、扩展性和互换性。提升了配电设备运行水平、运维质量与效率，增加了设备的可靠性和通用性。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种低压配电系统的结构框图；

图2为本发明实施例一提供的另一种低压配电系统的结构框图；

图3为本发明实施例二提供的一种低压配电系统的数据通信方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

本发明实施例提供了一种低压配电系统，图1为本发明实施例一提供的一种低压配电系统的结构框图，参见图1，该低压配电系统包括：位于配电区的CCO载波模块110、配变感知终端120和开关载波模块130，以及位于台区的表箱载波模块140和电表载波模块150。

开关载波模块130设置于智能开关13，CCO载波模块110设置于集中器11；配变感知终端120接入计量终端121，用于对计量终端121的电气量进行采集，配变感知终端120还用于测量台区总电气量。

电表载波模块150设置于电表15，用于进行电网15抄表和采集电表15的电气量；表箱载波模块140用于对表箱进线电气量测量。

配变感知终端120用于将测量的台区总电气量发送给网关；网关通过CCO载波模块110与电表载波模块150、开关载波模块130以及表箱载波模块140进行载波通信，网关发送的指令通过CCO载波模块110转发给电表载波模块150、开关载波模块130以及表箱载波模块140，电表载波模块150、开关载波模块130和表箱载波模块140用于将采集的电气量通过CCO载波模块110发送至网关。

具体地，开关载波模块130是二次侧设备，开关载波模块130设置于智能开关13，智能开关13可以是指利用控制板和电子元器件的组合及编程，以实现电路智能开关13控制的单元。开关载波模块130可以采用电力线来传输信号，开关载波模块130需要设置编码器控制开关。

CCO载波模块110可以是本地CCO模块，CCO载波模块110兼容电网集抄协议，CCO载波模块110具有高性能、低功耗的特点，为新一代智能电网用电信息采集系统提供理想的高速载波模块解决方案。CCO载波模块110可以设置于集中器11，与电表载波模块150和采集器相配合为用户提供高速的电表15信息采集数据服务。集中器11是远程集中抄表系统的中心管理设备和控制设备，负责定时读取终端数据、系统的命令传送、数据通讯、网络管理、事件记录和数据的横向传输等功能。集中器11主要功能为电能表数据采集、数据存储、数据处理及数据统计功能。同时也是连接主站系统的枢纽设备。集中器11主要应用于低压电力系统数据自动化采集和电力营销系统自动抄表。集中器11可以是I型集中器。I型集中器采用完全模块化结构设计，是一款技术先进、性能稳定、运行可靠的嵌入式集中器类产品。I型集中器是依据国家电网公司建设电力用户用电信息采集系统的要求，结合在电力行业多年设计、开发和现场运行经验，基于ARM内核开发的新一代集中抄表设备。集中器11的下行通道可以采用RS485、电力线载波或微功率无线通信方式与采集器或电能表进行数据交换，并完成数据存储、处理等功能；集中器11的上行通道可以采用GPRS，CDMA或光纤，以太网方式与主站管理系统进行数据交换，主要适用于低压居民用户自动抄表系统的建设。

电表载波模块150设置于电表15，电表15可以是载波电表，换句话说，电表15与电表载波模块150进行了融合，电表载波模块150不仅可以兼容电网抄表功能，而且扩展了低压可视化分钟级别电气量的采集和存储。

示例性地，电表载波模块150电网抄表和采集电表15的电气量的过程为：通过电阻分压网络和分流元件分别对电压信号和电流信号采样，送到计量终端121，在计量终端121内部经过差分放大、AD转换和乘法器电路进行乘法运算，完成被计量电能的瞬时功率测量；再通过低通滤波和数字频率转换器，输出与计量电能平均功率成比例的频率脉冲信号，其中高频脉冲输出送入芯片组进行处理，记录总电量并将电量等数据馈入电力线。当远程集中器11调制的载波指令信号通过电力线经由多重选频网络输入电表载波模块150的载波芯片时，该载波芯片将输入的载波指令信号解调还原为数字信号，并送入电表载波模块150的载波芯片，载波芯片根据内部程序从数字信号中进行数据解扩，并根据解扩后的数据读出集中器11与载波表通信规约中规定的有效指令，完成该指令所要求的操作，完成指令操作后的结果。例如抄读电量和抄读日期时间等数据。最后再通过载波芯片调制为载波应答信号并进行扩频处理后馈入电力线通信信道，实现集中抄表。电表15与电表载波模块150通过本地传送地址指令STA融合，集中器11对电表载波模块150采集和存储的电气量进行上传。

配变感知终端120接入计量终端121，配变感知终端120可实现三相电压、三相电流、三相有功功率、三相无功功率和三相功率因数等电气量的采集和计算，对计量终端121提供两路控制输出两路开关量输入，可实现遥测、遥信和遥控功能，也可实现过电流跳闸功能。配变感知终端120还用于测量台区总电气量。表箱载波模块140对表箱进线电气量测量。

配变感知终端120通过配变用于将测量的台区总电气量发送给网关，表箱载波模块140设置于表箱1414，网关通过CCO载波模块110与电表载波模块150、开关载波模块130以及表箱载波模块140进行载波通信，网关发送的指令通过CCO载波模块110转发给电表载波模块150、开关载波模块130以及表箱载波模块140，电表载波模块150、开关载波模块130和表箱载波模块140用于将采集的电气量通过CCO载波模块110发送至网关。

在本发明实施例中，电气量至少包括电压、电流和有功功率。电气量可以包括配电变压器、低压分支箱、低压电气数据等位置的电气信息，电气量可以包括台区侧电压、电流和有功功率等，电气量也可以包括单个用户电表侧电压、电流和有功功率等。网关将电气量采集需求指令发送给CCO载波模块110。CCO载波模块110定时与电表载波模块150、开关载波模块130、表箱载波模块140进行校时并将每分钟需要采集的电气量发给电表载波模块150、开关载波模块130、表箱载波模块140。电表载波模块150、开关载波模块130、表箱载波模块140按照指令要求，每分钟采集相应的电气量并保存。通过集中器11与CCO载波模块110融合，主要起到网关与电表载波模块150、开关载波模块130和表箱载波模块140中间桥梁的作用。CCO载波模块110兼容电网集抄协议，可以扩展低压可以视化数据与电表载波模块150和开关载波模块130的交互与控制功能。其中，低压开关是一次侧设备，CCO载波模块110和开关载波模块130是二次侧设备。网关发送的指令通过CCO载波模块110转发给电表载波模块150、开关载波模块130以及表箱载波模块140，电表载波模块150、开关载波模块130和表箱载波模块140用于将采集的电气量通过CCO载波模块110发送至网关。通过集中器11对一次侧设备和二次侧设备的电气量采集、控制和信息交互，可以实现一次侧设备和二次侧设备的整合，可以使得一次侧设备和二次侧设备具有兼容性、扩展性和互换性。

本实施例的技术方案可以通过已有的电线进行传输信号，无需再拉线，实现了经济性的目标。本实施例电表载波模块、开关载波模块和表箱载波模块将采集的电气量通过CCO载波模块发送至网关，通过集中器对一次侧设备和二次侧设备的电气量采集、控制和信息交互，实现了一次侧设备和二次侧设备的整合，可以使得一次侧设备和二次侧设备具有兼容性、扩展性和互换性。提升了配电设备运行水平、运维质量与效率，增加了设备的可靠性和通用性。

可选地，图2为本发明实施例一提供的另一种低压配电系统的结构框图，参见图2，在上述实施例的基础上，开关载波模块130通过标准化航空插接头与智能开关13连接，用于进行电气量的采集和存储。

具体地，标准化航空插接头用于连接开关载波模块130和智能开关13，可以保证开关载波模块130和智能开关13的通讯的顺畅连续和可靠性。开关载波模块130和智能开关13的通讯方式可以采用485转HPLC通信模块160融合，用于进行电气量的采集和存储，实现控制信息的交互。分支出线柜与485转HPLC通信模块160连接，采集配变房的电气量传输到开关载波模块130。

示例性地，485通信模块的串行通信标准可以选择RS-485，RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线，应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。HPLC三相载波通信模块基于力合微电子高性能高速/宽带电力线通信芯片LME3460优化设计，符合国家电网公司相关标准和规范。具有高性能、低功耗的特点，为新一代智能电网用电信息采集系统提供理想的高速/宽带载波模块解决方案。HPLC三相电表模块内嵌完整的分布式路由自组网通信协议及应用层协议，可以与国网标准或南网标准的三相电表15相配合。

可选地，继续参见图2，在上述实施例的基础上，表箱载波模块140通过感应线圈与表箱14组合，用于对表箱进线进行分钟级别电气量的测量计量和存储。

具体地，表箱14可以是三相四线电表箱，表箱14与表箱载波模块140融合，通过感应线圈与一次本体设备组合，可以对表箱进线进行分钟级别电气量的测量计量和存储。分钟级别可以预设至少一分钟。

可选地，继续参见图2，在上述实施例的基础上，配变感知终端120通过A相、B相、C相和地线四条线接入计量终端121，用于对计量终端121的电气量进行分钟级别的测量计量。

具体地，配变总出线与变压器连接，变压器另一端连接10KV母线。配变感知终端120与变压器出线总计量融合，通过配变总出线将A相、B相、C相和地线四条线接入计量终端121，用于对计量终端121的电气量进行分钟级别的测量计量。

可选地，继续参见图2，在上述实施例的基础上，网关包括边缘物联代理网关122，边缘物联代理网关122集成于配变感知终端120。

具体地，边缘物联代理网关122与配变感知终端120融合，配变感知终端120将测量到的变压器出线总电气量按分钟通过消息队列遥测传输协议(Message QueuingTelemetry Transport，MQTT)发送到边缘物联代理网关122订阅的主题中，边缘物联代理网关122从主题中取出数据存储到数据库。边缘物联代理网关122订阅的主题可以是在市局中的IOT平台,IOT平台不仅支持终端设备直接接入，也可以通过工业网关或者家庭网关接入，而且支持多网络接入、多协议接入、多Agent接入，解决设备接入复杂多样化和碎片化难题。IOT平台提供基础的设备管理功能，实现设备的快速接入。

可选地，基础参见图2，在上述实施例的基础上，边缘物联代理网关122包括HPLC转485通信模块170，边缘物联代理网关122用于将指令发送给HPLC转485通信模块170，HPLC转485通信模块170将485信号转换成载波信号与CCO载波模块110进行数据交互。

具体地，边缘物联代理网关122通过HPLC转485通信模块170可以收到配变总出线的电气量，计量终端121，边缘物联代理网关122和CCO载波模块110的数据进行交互和控制，从而实现一次侧设备与二次侧设备的数据融合。边缘物联代理网关122是物联网通信云平台在边缘端的延伸。边缘物联代理网关122可以实现子设备的数据采集，数据的解析，数据的清洗，数据的加工，数据的聚合，数据的缓存，现场实时控制和本地场景联动等。边缘物联代理网关122提供边缘子设备接入、函数计算、消息路由、本地缓存断网续传和远程SSH运维等功能。

具体地，电网集抄协议可以是针对智能电表实现远程集中抄表的协议，市局中的用采系统可以实现电力用户的远程集抄管理，使电力行业的服务更加高效智能化，并扩展了低压可视化数据采集功能。

实施例二

本发明实施例二提供了一种低压配电系统的数据通信方法，图3为本发明实施例二提供的一种低压配电系统的数据通信方法的流程图，结合图2和图3，在上述实施例的基础上，本实施例适用于实施例一任意项的低压配电系统，低压配电系统的数据通信方法包括如下步骤：

S110、网关将电气量采集需求指令发送给CCO载波模块110。

S120、CCO载波模块110定时与电表载波模块150、开关载波模块130、表箱载波模块140进行校时并将每分钟需要采集的电气量发给电表载波模块150、开关载波模块130、表箱载波模块140。

S130、电表载波模块150、开关载波模块130、表箱载波模块140按照指令要求，每分钟采集相应的电气量并保存。

具体地，边缘物联代理网关122将较时指令，每分钟要采集的电气量指令发送给HPLC转485通信模块170中的485接口，HPLC转485通信模块170将485信号转换成载波信号发送给CCO载波模块110。CCO载波模块110定时与电表载波模块150、开关载波模块130和表箱载波模块140进行校时，并将每分钟采集的电气量发给电表载波模块150、开关载波模块130和表箱载波模块140。电表载波模块150、开关载波模块130和表箱载波模块140接收到每分钟采集的电气量，按照指令要求，每分钟采集这些电气量并保存到STA中。边缘物联代理网关122将收集具体分钟的电气量指令发送给HPLC转485通信模块170中的485接口，HPLC转485通信模块170将485信号转换成载波信号发送给CCO载波模块110。CCO载波模块110将收集的具体分钟的电气量指令发给电表载波模块150、开关载波模块130和表箱载波模块140。

本实施例的技术方案通过集中器与CCO载波模块整合，CCO载波模块兼容电网集抄协议，并扩展了低压可以视化数据与电表载波模块和开关载波模块的交互与控制功能。实现了低压配电系统一次侧和二次侧整合，提升了配电设备运行水平、运维质量与效率，增加了设备的可靠性和通用性。

可选地，在上述实施例的基础上，网关包括边缘物联代理网关122，方法还包括：边缘物联代理网关122将需要收集的预设至少一分钟的电气量的指令发送给CCO载波模块110；CCO载波模块110将收集预设至少一分钟的电气量指令发给电表载波模块150、开关载波模块130和表箱载波模块140。电表载波模块150、开关载波模块130、表箱载波模块140将预设至少一分钟的电气量发回给CCO载波模块110；CCO载波模块110将预设至少一分钟的电气量发送给边缘物联代理网关122；边缘物联代理网关122将收到的电表15、智能开关13、表箱14的电气量数据保存至数据库。

具体地，电表载波模块150、开关载波模块130和表箱载波模块140将预设至少一分钟的电气量发回给CCO载波模块110。CCO载波模块110将收集预设至少一分钟的电气量发送HPLC转485通信模块170中的载波接口，HPLC转485通信模块170将载波信号转换成485信号发送给边缘物联代理网关122。边缘物联代理网关122将收到的电表15、智能开关13和表箱14每分钟的电气量数据保存至数据库。

可选地，网关包括边缘物联代理网关122，方法还包括：配变感知终端120将测量到的变压器出线总电气量发送到边缘物联代理网关122订阅的主题中；边缘物联代理网关122从主题中取出变压器出线总电气量数据存储到数据库。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种低压配电系统，其特征在于，包括：位于配电区的CCO载波模块、配变感知终端和开关载波模块，以及位于台区的表箱载波模块和电表载波模块；

所述开关载波模块设置于智能开关，所述CCO载波模块设置于集中器；所述配变感知终端接入计量终端，用于对计量终端的电气量进行采集，所述配变感知终端还用于测量台区总电气量；

所述电表载波模块设置于电表，用于进行电网抄表和采集电表的电气量；所述表箱载波模块用于对表箱进线电气量测量；

所述配变感知终端用于将测量的台区总电气量发送给网关；所述网关通过所述CCO载波模块与所述电表载波模块、所述开关载波模块以及所述表箱载波模块进行载波通信，所述网关发送的指令通过所述CCO载波模块转发给电表载波模块、所述开关载波模块以及所述表箱载波模块，所述电表载波模块、所述开关载波模块和所述表箱载波模块用于将采集的电气量通过所述CCO载波模块发送至所述网关；

所述开关载波模块通过标准化航空插接头与所述智能开关连接，用于进行电气量的采集和存储；

所述网关包括边缘物联代理网关，所述边缘物联代理网关集成于所述配变感知终端；

所述边缘物联代理网关包括HPLC转485通信模块，所述边缘物联代理网关用于将指令发送给所述HPLC转485通信模块，所述HPLC转485通信模块将485信号转换成载波信号与所述CCO载波模块进行数据交互。

2.根据权利要求1所述的低压配电系统，其特征在于，所述表箱载波模块通过感应线圈与表箱组合，用于对表箱进线进行分钟级别电气量的测量计量和存储。

3.根据权利要求1所述的低压配电系统，其特征在于，所述配变感知终端通过A相、B相、C相和地线四条线接入计量终端，用于对计量终端的电气量进行分钟级别的测量计量。

4.根据权利要求1所述的低压配电系统，其特征在于，所述CCO载波模块兼容电网集抄协议，所述电气量至少包括电压、电流和有功功率。

5.一种低压配电系统的数据通信方法，适用于权利要求1-4任一项所述的低压配电系统，其特征在于，所述方法包括：

所述网关将电气量采集需求指令发送给所述CCO载波模块 ；

所述CCO载波模块定时与所述电表载波模块、所述开关载波模块、所述表箱载波模块进行校时并将每分钟需要采集的电气量发给所述电表载波模块、所述开关载波模块、所述表箱载波模块；

所述电表载波模块、所述开关载波模块、所述表箱载波模块按照指令要求，每分钟采集相应的电气量并保存。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述网关包括边缘物联代理网关，所述方法还包括：

所述边缘物联代理网关将需要收集的预设至少一分钟的电气量的指令发送给所述CCO载波模块；

所述CCO载波模块将收集预设至少一分钟的电气量指令发给所述电表载波模块、所述开关载波模块和所述表箱载波模块；

所述电表载波模块、所述开关载波模块、所述表箱载波模块将预设至少一分钟的电气量发回给CCO载波模块；

CCO载波模块将预设至少一分钟的电气量发送给所述边缘物联代理网关；

所述边缘物联代理网关将收到的电表、开关、表箱的电气量数据保存至数据库。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

所述配变感知终端将测量到的变压器出线总电气量发送到所述边缘物联代理网关订阅的主题中；

所述边缘物联代理网关从主题中取出变压器出线总电气量数据存储到数据库。