CN116930856B - 一种基于物联网云平台的智能电网校正系统 - Google Patents

一种基于物联网云平台的智能电网校正系统 Download PDF

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Abstract

一种基于物联网云平台的智能电网校正系统，包含多个智能电表，物联网云平台；每个所述智能电表包含身份ID；预先测量温度、湿度对于每个智能电表计量电能所造成的计量误差，形成温度误差查询表及湿度误差查询表；在关键输电节点设置电网扰动监测点，监测电网谐波扰动，将监测到的谐波扰动实时传送到所述物联网云平台，物联网云平台根据电网特性计算该电网扰动对于各支路带来的扰动误差；在物联网云平台中存入所述身份ID、温度及湿度查询表、每个所述智能电表安装所在地的经纬度以及电网谐波情况对各智能电表进行校正该智能电网管理系统能够实时校正电网中各智能电表的电力计量，同时能够减少智能电表中的模块设置，从而大大降低电网的整体成本。

Description

一种基于物联网云平台的智能电网校正系统
技术领域
本发明涉及智能电网领域，尤其是涉及一种基于物联网云平台的智能电网校正系统。
背景技术
近年来智能电表在居民用电计量方面已经越来普及，电网也越来越智能化，给居民电量计量带来了巨大的便利性，也提高了电量计量的准确性。但智能电表在实际使用过程中仍存在不少问题，比如与智能电网的协同性有待提高，没有充分利用到智能电网的“智能性”，使得智能电表对硬件的要求越来越高；智能电表安装的环境各异，不同的环境因素会影响到电量计量的准确性；电网中存在谐波干扰，一方面会对电量计量带来误差，另一方面针对不同类型的谐波难以设置不同类型的计量模式，导致对非谐波源用户不公平，同时对谐波源用户缺乏惩戒。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于物联网云平台的智能电网校正系统，以提升电网的智能化，使得智能电网能够同智能电表协同运作，降低对智能电表的硬件要求。从而降低智能电表的制造成本，并且能够实时监控电网情况，根据实际情况的不同制定不同的校正策略，从而提升电量计量的准确性和公平性。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种基于物联网云平台的智能电网电能计量校正系统，包括多个智能电表、云平台服务器，其特征在于，
所述智能电表包含身份ID；所述云平台服务器包括环境因素校正模块和电网扰动校正模块；
预先测量温度因素、湿度因素对于每个智能电表计量电能所造成的误差，形成温度误差查询表及湿度误差查询表，并将所述查询表存入所述云服务器中；记录每个所述智能电表安装所在地的经纬度，所述智能电网系统根据每个所述智能电表安装的经纬度和安装环境获取最近环境监测点所监测的实时温度、湿度信息，利用温度误差查询表及湿度误差查询表实时对智能电表进行校正；
在关键输电节点设置电网扰动监测设备，所述电网扰动监测设备至少监测谐波扰动，根据监测到的谐波扰动情况对电网中各智能电表进行校正；根据谐波监测设备的监测结果计算谐波系数，所述电网扰动校正模块根据谐波系数判断用户类型，并根据用户控制对应的所述智能电表的电量计量策略。
所述根据监测到的谐波扰动情况对电网中各智能电表进行校正还包括：所述云平台服务器中包含电网波形数据库，所述电网波形数据库存储有实地采集的电压、电流波形图形，并存储有对应所述实地采集的电压、电流波形图形的校正方程式，当所述电网扰动监测设备监测到电网剧烈扰动时，将电压、电流波形发送至所述电网扰动校正模块，通过图形匹配算法匹配预存储的电压、电流波形，并根据所述电压、电流波形所对应的所述校正方程式对智能电表的计量进行校正。
当检测到在预定时间内电压或电流的波峰值与波谷值的差值大于预设值的次数大于N时，判定为电网产生剧烈扰动。
当检测到在预定时间内电压或电流的频率变化大于预设值时，判定为电网产生剧烈扰动。
所述环境监测点为气象站相关温湿度监测设备、所述智能电表本身、所述智能电表附近的其它所述智能电表中的至少一个。
所述云平台服务器还存储有各智能电表的安装环境，所述环境监测点根据所述安装环境分为以下几类：室内环境监测设备、室外无遮挡环境监测设备、室外有遮挡环境监测设备、地下室环境监测设备。
所述谐波系数根据如下公式计算获得：其中，表示谐波系 数，表示谐波总功率，表示基波总功率，表示电压总谐波变化率，表 示电流总谐波变化率。
根据谐波系数将所述用户类型区分为谐波产生者和谐波接收者，对谐波接收者采 用如下方式进行电量计量：，其中，为输入谐波电能的 加权系数，为输出谐波能量的加权系数。
定期或实时根据用户用电情况对输入谐波电能的加权系数和输出谐波能 量的加权系数进行更新。
利用所述实地采集的电压、电流波形图形对所述电网波形数据库进行动态更新，并对所述图形匹配算法进行训练。
本发明的优点在于：
1.减少了对智能电表的硬件要求，智能电网与智能电表协同工作，设置公用的环境检测站，将大量的计算压力转移到物联网云服务器，智能电表无需安装温度、湿度、谐波检测等传感器，大大降低了智能电表的制造成本，在智能电表大规模应用的今天，能够带来巨大的经济效益；
2.能够兼容各种不同类型的电能表，让功能强大的电能表比如具备温湿度检测的智能电表为功能相对简单的电表“服务”，实现电能表、物联网云平台之间的协同，提升智能电网整体的“智能性”；
3.能够实时监测电网中的实际情况，使得智能电表不再仅仅是在实验室中的“优异表现”，在面临复杂多变的电网激变时也能够准确计量电量；
4.智能电表受限于成本及算力因素通常只采用单一的电量计量策略，本发明利用物联网云平台的强大算力能够区分谐波产生者和谐波接收者，并根据不同用户的类型采用更加公平的电量计量方式，鼓励对电网环境的共同优化。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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是本发明基于物联网云平台的智能电网电能计量校正系统的整体结构示意图；
图2 是本发明的云平台服务器结构示意图；
图3是本发明不同用户类型的示意图；
具体实施方式
下面结合附图1-3对本发明作进一步详细说明。
下面将结合附图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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和图2所示，是本发明基于物联网云平台的智能电网电能计量校正系统的整体结构示意图，包括多个智能电表、云平台服务器，所述智能电表包含身份ID；所述云平台服务器包括环境因素校正模块和电网扰动校正模块；所述环境因素校正模块和所述电网扰动校正模块分别用于对电网系统中的智能电表进行环境扰动校正和电网扰动校正，以使得电网中的智能电表的电量计量更加精准。
然而智能电表往往被安装到不同的环境中，而电子元器件的性能大多受温湿度的影响，因而难以避免会对电能计量的准确性。但在实际电网中往往面临两方面的问题，一方面在于对每个智能电表均安装环境相关传感器会大大增加成本，并且电网中已经安装的智能电表并不是均具有环境校正功能，而本发明的校正系统能够很好地将“新老”电表、“强弱”电表相结合，提升电网中电表的整体计量精度。
具体来说，在一些实施例中预先测量温度因素、湿度因素对于每个智能电表计量电能所造成的误差，形成温度误差查询表及湿度误差查询表，并将所述查询表存入所述云服务器中；记录每个所述智能电表安装所在地的坐标，所述智能电网系统根据每个所述智能电表安装的坐标和安装环境获取最近环境监测点所监测的实时温度、湿度信息，利用温度误差查询表及湿度误差查询表实时对智能电表进行校正；
在一些实施例中，根据坐标，所述环境监测点可以是靠近需要校正智能电表的气象站。在本实施例中，可以将气象站相关信息接入网内，在需要校正电表附近缺少可靠的校正设备时，可以通过调用气象局或气象站的相关环境信息，用于对智能电表电能计量的校正，能够有效利用公共资源，节省电网公司建立环境监测站的开支。
在一些实施例中，根据坐标，所述环境监测点可以是待校正智能电表附近具有环境监测传感器的智能电表。在本实施例中，基于物联网云平台的协同功能，能够让具有环境监测功能的智能电表协同不具备该类功能的智能电表进行校正，实现电网整体校正能力的提升。
在一些实施例中，根据坐标，所述环境监测点可以是由电网公司建立的环境监测点或待校正的智能电表本身。
在一些实施例中，所述坐标为经纬度信息。
由于智能电表的安装环境对温湿度的影响较大，因此需要对智能电表所安装的环境进行分类，从而提高校正的准确性。
在一些实施例中，所述云平台服务器还存储有各智能电表的安装环境，所述环境监测点根据所述安装环境分为以下几类：室内环境监测设备、室外无遮挡环境监测设备、室外有遮挡环境监测设备、地下室环境监测设备。
在一些实施例中，在对智能电表进行校正时，可以先选取坐标距离在一定域之内的环境监测点，再在这些环境监测点中选取环境相同的环境监测点作为温湿度数据的采集对象。
在智能电表对电能的计量过程中，另一个重要干扰因素是电网中存在的谐波。然而为了准确校正谐波对电能计量的干扰，同时针对不同的电能用户采取不同的电能计量策略需要智能电表具备强大的算力，这无疑大大增加了电网智能化的成本，而本发明提供的基于物联网云平台的智能电网电能计量校正系统能够很好地解决这一问题。
在一些实施例中，在关键输电节点设置电网扰动监测设备，所述电网扰动监测设备至少监测谐波扰动，根据监测到的谐波扰动情况对电网中各智能电表进行校正。
如图3所示，在电网中用户的用电情况大致可以分为谐波输出用户和谐波输入用户。对于谐波输出用户，会对电网造成污染，同时输出的谐波能量会使得被计量的电量降低，而谐波输入用户则会由于谐波的输入导致电能的计量被增加，因此需要对两种用户进行区分，以采取不同的电能计量策略。
在一些实施例中，根据谐波监测设备的监测结果计算谐波系数，所述电网扰动校正模块根据谐波系数判断用户类型，并根据用户控制对应的所述智能电表的电量计量策略。
在一些实施例中，电网扰动监测设备可以是智能电表本身。
所述谐波系数根据如下公式计算获得：其中，表示谐波系 数，表示谐波总功率，表示基波总功率，表示电压总谐波变化率，表 示电流总谐波变化率。
利用本发明采用的谐波系数计算公式，仅需要计算获得电压总谐波变化率和电流总谐波变化率便可以准确地得到谐波系数，设置适当的判断阈值 便可以对用户类型进行判断，与业内其它的判断方式相比具有计算量小且判断准确的效 果。
在一些实施例中，根据谐波系数将所述用户类型区分为谐波产生者和谐波接收 者，对谐波接收者采用如下方式进行电量计量：，其中，为 输入谐波电能的加权系数，为输出谐波能量的加权系数。
定期或实时根据用户用电情况对输入谐波电能的加权系数和输出谐波能 量的加权系数进行更新。本实施例所采用的电量计量方式能够根据用户对电网的 污染情况、污染的时间灵活对电网污染用户进行补差性计量或惩罚性计量，同时也可以对 受谐波污染的用户进行补偿，使得电量计量策略的灵活性大大增加。
在智能电表实际计量过程中，在实验室和常规情况下往往能够有较高的计量精度，但对一些电网产生巨大波动的情况，智能电表的电能计量误差则大大提高，针对这些电网出现巨大波动的情况智能电表往往缺乏针对性的应对校准策略，而通过本发明提供的校正系统，能够在云平台服务器中设置针对各种波动情况的“预案”，无需智能电表具备强大的算力，便能够针对各种复杂情况，进行有效的应对。
在一些实施例中，所述根据监测到的谐波扰动情况对电网中各智能电表进行校正还包括：所述云平台服务器中包含电网波形数据库，所述电网波形数据库存储有实地采集的电压、电流波形图形，并存储有对应所述实地采集的电压、电流波形图形的校正方程式，当所述电网扰动监测设备监测到电网剧烈扰动时，将电压、电流波形发送至所述电网扰动校正模块，通过图形匹配算法匹配预存储的电压、电流波形，并根据所述电压、电流波形所对应的所述校正方程式对智能电表的计量进行校正。
在一些实施例中，当检测到在预定时间内电压或电流的波峰值与波谷值的差值大于预设值的次数大于N时，判定为电网产生剧烈扰动。
在一些实施例中，当检测到在预定时间内电压或电流的频率变化大于预设值时，判定为电网产生剧烈扰动。
在一些实施例中，利用所述实地采集的电压、电流波形图形对所述电网波形数据库进行动态更新，并对所述图形匹配算法进行训练。在此实施例中，由于难以对电网中所有的突变情况进行预料，可以利用现实中采集到的突变情况对物联网服务器算法进行不断训练，使得本发明的校正系统的校正能力和应对电网突变的能力不断提升。

Claims (6)

1.一种基于物联网云平台的智能电网电能计量校正系统，包括多个智能电表、云平台服务器，其特征在于，
所述智能电表包含身份ID；所述云平台服务器包括环境因素校正模块和电网扰动校正模块；
预先测量温度因素、湿度因素对于每个智能电表计量电能所造成的误差，形成温度误差查询表及湿度误差查询表，并将所述查询表存入所述云平台服务器中；记录每个所述智能电表安装所在地的坐标，所述智能电网电能计量校正系统根据每个所述智能电表安装的坐标和安装环境获取最近环境监测点所监测的实时温度、湿度信息，利用温度误差查询表及湿度误差查询表实时对智能电表进行校正；
在关键输电节点设置电网扰动监测设备，所述电网扰动监测设备至少监测谐波扰动，根据监测到的谐波扰动情况对电网中各智能电表进行校正；根据谐波监测设备的监测结果计算谐波系数，所述电网扰动校正模块根据谐波系数判断用户类型，并根据用户控制对应的所述智能电表的电量计量策略；
所述环境监测点包括气象站相关温湿度监测设备、所述智能电表本身、所述智能电表附近的其它所述智能电表；
让具有环境监测功能的智能电表协同不具备该类功能的智能电表进行校正，实现电网整体校正能力的提升；
根据谐波系数将所述用户类型区分为谐波产生者和谐波接收者，对谐波接收者采用如下方式进行电量计量：P＝P1-C1Phs+C2Phc，
其中，C1为输入谐波电能Phs的加权系数，C2为输出谐波能量Phc的加权系数；
定期或实时根据用户用电情况对输入谐波电能Phs的加权系数C1和输出谐波能量Phc的加权系数C2进行更新；
所述根据监测到的谐波扰动情况对电网中各智能电表进行校正还包括：所述云平台服务器中包含电网波形数据库，所述电网波形数据库存储有实地采集的电压、电流波形图形，并存储有对应所述实地采集的电压、电流波形图形的校正方程式，当所述电网扰动监测设备监测到电网剧烈扰动时，将电压、电流波形发送至所述电网扰动校正模块，通过图形匹配算法匹配预存储的电压、电流波形，并根据所述电压、电流波形所对应的所述校正方程式对智能电表的计量进行校正。
2.根据权利要求1所述的电能计量校正系统，其特征在于，当检测到在预定时间内电压或电流的波峰值与波谷值的差值大于预设值的次数大于N时，判定为电网产生剧烈扰动。
3.根据权利要求2所述的电能计量校正系统，其特征在于，当检测到在预定时间内电压或电流的频率变化大于预设值时，判定为电网产生剧烈扰动。
4.根据权利要求1所述的电能计量校正系统，其特征在于，所述云平台服务器还存储有各智能电表的安装环境，所述环境监测点根据所述安装环境分为以下几类：室内环境监测设备、室外无遮挡环境监测设备、室外有遮挡环境监测设备、地下室环境监测设备。
5.根据权利要求1所述的电能计量校正系统，其特征在于，所述谐波系数根据如下公式计算获得：
其中，KN表示谐波系数，SN表示谐波总功率，Si表示基波总功率，THDv表示电压总谐波变化率，THDi表示电流总谐波变化率。
6.根据权利要求2所述的电能计量校正系统，利用所述实地采集的电压、电流波形图形对所述电网波形数据库进行动态更新，并对所述图形匹配算法进行训练。
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