CN117872258B - 一种电力数据采集系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种电力数据采集系统及方法，涉及电变量测量技术领域，包括用于采集电变量信息的电变量信息采集模块，还包括拉力信息采集模块；电变量信息采集模块包括电压检测模块、电流检测模块、用电量计量模块，还内置通讯模块；拉力信息采集模块包括拉力传感器和封装体；拉力传感器固定在封装体上，拉力传感器的测量端固定在电能输入线上，拉力传感器实时监测电能输入线所受到的拉力；拉力信息采集模块采集的拉力信息和电变量信息采集模块采集的电变量信息一同传递至接收方的数据采集器；实现了电力数据采集系统能够较为准确的了解电表的健康状态且能够有效稳定的监控电表端是否发生偷电现象的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及电变量测量技术领域，尤其涉及一种电力数据采集系统及方法。
背景技术
智能电表是智能电网中重要的计量装置；然而，智能电表容易发生多种异常，导致计量不准确。在中国，智能电表要求使用达到规定年限后需强制更换来保重计量的精确性，这些更换的电表大多健康状态良好；如果不精确的电表能够被精确识别和更换，将可节省大量的人力和物力资源；人工检查这些电表需要耗费大量的人力，因此，采用智能诊断系统，对电表健康状态进行智能健康状态管理具有重要意义。
偷电问题在社会上普遍存在，且在一些地区或群体中较为严重；偷电行为会破坏电力系统的安全运行、影响供电企业的经济效益、不利于社会的稳定和公共利益且会对个人用电安全造成威胁；私自接线或改装电表可能导致电气火灾、触电等事故的发生，危及个人和家庭的生命财产安全。
但现有技术中，智能电表（电力数据采集系统）尚无法做到稳定的自动监控是否发生偷电现象，需要依靠人工巡检，巡检过程劳动强度大、耗时耗力且容易造成遗漏，不利于用电安全及用电管理。
因此，需要一种能够判定电表健康状态且能够有效稳定的监控电表端是否发生偷电现象的电力数据采集系统。
发明内容
本申请实施例通过提供一种电力数据采集系统，解决了现有技术中在电力数据采集过程中无法较为准确的了解电表的健康状态，无法对偷电现象进行稳定有效的监控的技术问题；实现了电力数据采集系统能够较为准确的了解电表的健康状态且能够有效稳定的监控电表端是否发生偷电现象的技术效果。
本申请实施例提供了一种电力数据采集系统，包括用于采集电变量信息的电变量信息采集模块，还包括拉力信息采集模块；
所述电变量信息采集模块包括电压检测模块、电流检测模块、用电量计量模块，还内置通讯模块；
所述拉力信息采集模块包括控制器、通讯模块、信号处理模块、电源、拉力传感器和封装体；拉力传感器将物理拉力转换为可测量的电信号；
所述拉力传感器固定在封装体上，拉力传感器的测量端固定在用于向电变量信息采集模块传输电能的电能输入线上，拉力传感器实时监测电能输入线所受到的拉力；
发生窃电时，会带动电能输入线移动进而改变拉力传感器测得的拉力；
拉力信息采集模块采集的拉力信息和电变量信息采集模块采集的电变量信息一同传递至接收方的数据采集器。
进一步的，所述封装体包括第一封装体和第二封装体；
所述第一封装体和第二封装体均为硬质盒体结构，分别用于封装固定变量信息采集模块和拉力信息采集模块；
所述第二封装体固定在第一封装体上；
第二封装体上设有穿出口和穿入口，分别用于电能输入线的穿出和穿入；
所述电能输入线从穿入口穿入第二封装体后，从穿出口穿出，直接穿入第一封装体并固定在第一封装体内部；
所述拉力传感器的测量端固定在靠近穿入口的电能输入线上。
优选的，所述第一封装体和第二封装体一体成型。
进一步的，所述第二封装体内部设有多个线路限位块，线路限位块为硬质块体或块体，固定在第二封装体的内壁上；第二封装体内的电能输入线在线路限位块的束缚下塑形呈U形或倒U形。
优选的，拉力信息采集模块和电变量信息采集模块共用控制器和通讯模块。
优选的，所述电能输入线上套设有定位外套管，定位外套管为硬质管体；定位外套管上设有固定体，固定体用于将定位外套管固定在墙壁上；
所述定位外套管内壁上固定有弹力绳，弹力绳为弹性材质橡胶弹性绳，一端固定在定位外套管的内壁上，另一端固定在靠近定位外套管的电能输入线上，且在定位外套管固定后，弹力绳始终处于绷直状态；
所述定位外套管靠近电能输入线穿入墙体的孔洞设置；
绷直的弹力绳向电能输入线持续施加拉力，使得电能输入线具备向墙体孔洞中移动的趋势。
进一步的，所述定位外套管为硬质管体，长度小于5厘米，内径大于电能输入线直径的1.5倍。
进一步的，所述电变量信息采集模块会将检测到的电力数据通过有线或无线的方式传递给不同的接收方的数据采集器中。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
通过监测用电数据和监控输电线的移动，有效解决了现有技术中在电力数据采集过程中无法较为准确的了解电表的健康状态，无法对偷电现象进行稳定有效的监控的技术问题；进而实现了电力数据采集系统能够较为准确的了解电表的健康状态且能够有效稳定的监控电表端是否发生偷电现象的技术效果。
附图说明
图1为本发明电力数据采集系统的系统图；
图2为本发明电力数据采集系统的结构简图；
图3为实施例一中电力数据采集方法的步骤流程图；
图4为定位外套管与电能输入线的位置关系示意图；
图5为弹力绳与定位外套管和电能输入线之间的位置关系简图；
图6为实施例二中电力数据采集方法的步骤流程图。
图中：
第一封装体110、第二封装体120、线路限位块121、穿出口122、穿入口123、电能输入线020、拉力传感器030、定位外套管040、固定体041、弹力绳042。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述；附图中给出了本发明的较佳实施方式，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式；相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，本文所使用的术语“垂直”、“水平”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例一
如图1所示，本申请电力数据采集系统包括用于采集电变量信息的电变量信息采集模块和用于采集电能输入线020所受到的拉力信息的拉力信息采集模块；
所述电变量信息采集模块包括电压检测模块、电流检测模块、用电量计量模块，还内置通讯模块，为现有技术，在此不进行赘述；
所述拉力信息采集模块包括控制器、通讯模块、信号处理模块、电源、拉力传感器030和封装体；
所述控制器为微控制器或微处理器，负责接收来自模数转换器的数字信号，判断拉力数据是否超出预设的区间范围值，并根据需要触发警报；
所述电源为整个系统提供稳定、可靠的电力供应；
所述通讯模块包括通讯接口，通讯接口将处理后的数据发送出去；
所述信号处理模块包括信号调理器和模数转换器（ADC）；信号调理器用于放大、滤波和线性化处理拉力传感器输出的信号，以便进行后续的数字化处理；模数转换器（ADC）用于将经过调理的模拟信号转换为数字信号，其集成在控制器中。
拉力传感器030将物理拉力转换为可测量的电信号，基于应变计原理工作，当受到外力作用时，其内部电阻发生变化，从而产生相应的电压或电流输出；所述拉力传感器030固定在封装体上，拉力传感器030的测量端固定在用于向电变量信息采集模块传输电能的电能输入线020上，拉力传感器030实时监测电能输入线020所受到的拉力；
发生窃电时，会带动电能输入线020移动进而改变拉力传感器030测得的拉力，发现拉力变化量异常后可派巡检人员巡查（若是因工作人员维修维护等造成的拉力变化，则由工作人员报备）。拉力信息采集模块采集的拉力信息和电变量信息采集模块采集的电变量信息一同传递至接收方的数据采集器。
进一步的，如图2所示，所述封装体包括第一封装体110和第二封装体120；所述第一封装体110和第二封装体120均为硬质盒体结构，分别用于封装固定变量信息采集模块和拉力信息采集模块；所述第二封装体120固定在第一封装体110上；第二封装体120上设有穿出口122和穿入口123，分别用于电能输入线020的穿出和穿入；第二封装体120内部设有多个线路限位块121，线路限位块121为硬质块体或块体，固定在第二封装体120的内壁上，用于限制第二封装体120内部的电能输入线020的走向；所述电能输入线020从穿入口123穿入第二封装体120后，在线路限位块121的束缚下塑形呈U形或倒U形，而后从穿出口122穿出，直接穿入第一封装体110并固定在第一封装体110内部；所述拉力传感器030的测量端固定在靠近穿入口123的电能输入线020上。
进一步的，所述第一封装体110和第二封装体120一体成型。
优选的，为了节省成本，拉力信息采集模块和电变量信息采集模块共用控制器和通讯模块。
进一步的，所述电变量信息采集模块为智能电表整体。
进一步的，电变量信息采集模块会将检测到的电力数据通过有线（电力线载波通信）或无线（无线公网通信、微功率无线通信）的方式传递给不同的接收方的数据采集器中。
进一步的，接收方为电力公司、供电局。
优选的，电变量信息采集模块传输数据的方式为双模融合传输，具体为可参照专利号为CN202210676320.3公开的双模通信的信道融合的方法及装置、电子设备、存储介质。
如图3所示，与本申请实施例对应的电力数据采集处理方法为：
对采集的电流数据、电压数据和用电量数据进行标准化，获取标准监测数据；
对所述标准监测数据进行函数型主成分分解和权重估计，获取所述标准监测数据的函数主成分得分；
基于所述标准监测数据的函数主成分得分，建立多维变量高斯分布模型；
根据多维变量高斯分布模型，获取正常监测数据特征空间分布和标准监测数据特征空间分布的偏离度；
根据所述偏离度，建立学生分布的异常检测指标和报警阈值；
对拉力传感器采集的拉力数据进行去噪、滤波和线性化处理获得预处理拉力数据；
依据拉力传感器的误差制定拉力数据的容差范围；
检查实时测得的拉力数据是否落在容差范围内，进而判定拉力数据是否出现异常进而发出报警信息进行报警；
通过所述学生分布的异常检测指标和报警阈值，以及拉力数据报警信息，检测电表整体是否发生异常。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
解决了现有技术中在电力数据采集过程中无法较为准确的了解电表的健康状态，无法对偷电现象进行稳定有效的监控的技术问题；实现了电力数据采集系统能够较为准确的了解电表的健康状态且能够有效稳定的监控电表端是否发生偷电现象的技术效果。
实施例二
考虑到上述实施例的电力数据采集系统在应用时，若偷电人员在在电能输入线020上另接电线前使用钳子等固定住靠近封装体的电能输入线020，在窃电后保持电能输入线020固定，可能避开拉力信息采集模块的监控（虽夹紧钳住电能输入线020的过程也会造成拉力波动，但波动量相对较小，可能监控不到位）；针对上述问题，本申请实施例在上述实施例的基础上进行了优化改进，具体为：
如图4和图5所示，所述电能输入线020上套设有定位外套管040，定位外套管040为硬质管体，长度小于5厘米，内径大于电能输入线020直径的1.5倍；定位外套管040上设有固定体041，固定体041用于将定位外套管040固定在墙壁上，优选为带有通孔的块体；使用时，利用固定体041配套膨胀螺丝将定位外套管040固定；所述定位外套管040内壁上固定有弹力绳042，弹力绳042为弹性材质橡胶弹性绳，长度小于4厘米，一端固定在定位外套管040的内壁上，另一端固定在靠近定位外套管040的电能输入线020上，且在定位外套管040固定后，弹力绳042始终处于绷直状态；所述定位外套管040靠近电能输入线020穿入墙体的孔洞设置，与靠近电能输入线020穿入墙体的孔洞之间的间距小于0.5厘米；绷直的弹力绳042向电能输入线020持续施加拉力，使得电能输入线020具备向墙体孔洞中移动的趋势。
弹力绳042因受自身物理性质影响，绷直状态下的弹力会随着时间推移逐步减少，使得拉力传感器030测得的拉力会随着时间推移逐步减少；若发生窃电，窃电人员非法接电时，无论是直接将电能输入线020固定还是在固定电能输入线020后进行接电并保持电能输入线020长度基本不变，均会影响拉力传感器030测得数据数值的自然减少；若单位时间内拉力传感器030测得数据的变化量异常（维持不变、大量减少甚至增大）便可派遣巡检人员巡查。
如图6所示，与本申请实施例对应的电力数据采集处理方法为：
对采集的电流数据、电压数据和用电量数据进行标准化，获取标准监测数据；
对所述标准监测数据进行函数型主成分分解和权重估计，获取所述标准监测数据的函数主成分得分；
基于所述标准监测数据的函数主成分得分，建立多维变量高斯分布模型；
根据多维变量高斯分布模型，获取正常监测数据特征空间分布和标准监测数据特征空间分布的偏离度；
根据所述偏离度，建立学生分布的异常检测指标和报警阈值；
对拉力传感器采集的拉力数据进行去噪、滤波和线性化处理获得预处理拉力数据；
依据拉力传感器的误差制定单位时间内拉力数据变化量（波动量）的容差范围；
检查单位时间内测得的拉力数据变化量是否落在容差范围内，进而判定拉力数据是否出现异常进而发出报警信息进行报警；
通过所述学生分布的异常检测指标和报警阈值，以及拉力数据报警信息，检测电表整体是否发生异常。
发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明精神和原则内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种电力数据采集系统，包括用于采集电变量信息的电变量信息采集模块，其特征在于：还包括拉力信息采集模块；
所述电变量信息采集模块包括电压检测模块、电流检测模块、用电量计量模块，还内置通讯模块；
所述拉力信息采集模块包括控制器、通讯模块、信号处理模块、电源、拉力传感器(030)和封装体；拉力传感器(030)将物理拉力转换为可测量的电信号；
所述拉力传感器(030)固定在封装体上，拉力传感器(030)的测量端固定在用于向电变量信息采集模块传输电能的电能输入线(020)上，拉力传感器(030)实时监测电能输入线(020)所受到的拉力；
发生窃电时，会带动电能输入线(020)移动进而改变拉力传感器(030)测得的拉力；
拉力信息采集模块采集的拉力信息和电变量信息采集模块采集的电变量信息一同传递至接收方的数据采集器；
所述电能输入线(020)上套设有定位外套管(040)，定位外套管(040)为硬质管体；定位外套管(040)上设有固定体(041)，固定体(041)用于将定位外套管(040)固定在墙壁上；
所述定位外套管(040)内壁上固定有弹力绳(042)，弹力绳(042)为弹性材质橡胶弹性绳，一端固定在定位外套管(040)的内壁上，另一端固定在靠近定位外套管(040)的电能输入线(020)上，且在定位外套管(040)固定后，弹力绳(042)始终处于绷直状态；
所述定位外套管(040)靠近电能输入线(020)穿入墙体的孔洞设置；
绷直的弹力绳(042)向电能输入线(020)持续施加拉力，使得电能输入线(020)具备向墙体孔洞中移动的趋势。
2.如权利要求1所述的电力数据采集系统，其特征在于：所述封装体包括第一封装体(110)和第二封装体(120)；
所述第一封装体(110)和第二封装体(120)均为硬质盒体结构，分别用于封装固定变量信息采集模块和拉力信息采集模块；
所述第二封装体(120)固定在第一封装体(110)上；
第二封装体(120)上设有穿出口(122)和穿入口(123)，分别用于电能输入线(020)的穿出和穿入；
所述电能输入线(020)从穿入口(123)穿入第二封装体(120)后，从穿出口(122)穿出，直接穿入第一封装体(110)并固定在第一封装体(110)内部；
所述拉力传感器(030)的测量端固定在靠近穿入口(123)的电能输入线(020)上。
3.如权利要求2所述的电力数据采集系统，其特征在于：所述第一封装体(110)和第二封装体(120)一体成型。
4.如权利要求3所述的电力数据采集系统，其特征在于：所述第二封装体(120)内部设有多个线路限位块(121)，线路限位块(121)为块体，固定在第二封装体(120)的内壁上；第二封装体(120)内的电能输入线(020)在线路限位块(121)的束缚下塑形呈U形。
5.如权利要求1所述的电力数据采集系统，其特征在于：拉力信息采集模块和电变量信息采集模块共用控制器和通讯模块。
6.如权利要求1所述的电力数据采集系统，其特征在于：所述定位外套管(040)为硬质管体，长度小于5厘米，内径大于电能输入线(020)直径的1.5倍。
7.如权利要求1所述的电力数据采集系统，其特征在于：所述电变量信息采集模块会将检测到的电力数据通过有线或无线的方式传递给不同的接收方的数据采集器中。
8.一种电力数据采集处理方法，其特征在于：配套如权利要求1或6所述的电力数据采集系统，步骤依次为：
对采集的电流数据、电压数据和用电量数据进行标准化，获取标准监测数据；
对所述标准监测数据进行函数型主成分分解和权重估计，获取所述标准监测数据的函数主成分得分；
基于所述标准监测数据的函数主成分得分，建立多维变量高斯分布模型；
根据多维变量高斯分布模型，获取正常监测数据特征空间分布和标准监测数据特征空间分布的偏离度；
根据所述偏离度，建立学生分布的异常检测指标和报警阈值；
对拉力传感器采集的拉力数据进行去噪、滤波和线性化处理获得预处理拉力数据；
依据拉力传感器的误差制定单位时间内拉力数据变化量的容差范围；
检查单位时间内测得的拉力数据变化量是否落在容差范围内，进而判定拉力数据是否出现异常进而发出报警信息进行报警；
通过所述学生分布的异常检测指标和报警阈值，以及拉力数据报警信息，检测电表整体是否发生异常。
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