CN215071807U - 一种电能质量实时监控与分析系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于配电网监控技术领域，尤其为一种电能质量实时监控与分析系统，包括系统框架，所述系统框架内下侧设有现场采集层，所述现场采集层内左侧设有开口式电流互感器，所述现场采集层内右侧设有数字采集终端，所述现场采集层上侧设有网络层，所述网络层内左侧设有数据采集端，所述网络层内中间位置处设有中间传输层，所述网络层内右侧设有接入层，所述网络层上侧设有应用层，所述应用层内左侧设有实时用电分析模块。通过设置系统框架、现场采集层、网络层和应用层，这种设置可以实时监测和分析电力系统的电能质量指标，为电能质量问题的解决提供辅助决策支持，保证电力系统的安全运行、正常工业生产和居民生活。
Description
技术领域
本实用新型属于配电网监控技术领域，具体为一种电能质量实时监控与分析系统。
背景技术
一般来讲，电能质量可以定性或定量地描述电力系统对电力用户所提供电力产品(电能)质量，理论上，供给电力用户合格的电能是完全对称的标准正弦波，然而在现实中，由于各种因素都会导致电力系统无法提供完全标准的正弦交流电，为了有效降低电能问题带来的危害，应当分析电能质量的各个参数，透彻的了解电能质量，以便做出有效的改善措施。
随着大数据处理技术的不断发展，利用大数据技术来分析大量实时数据，并提出结论和预测以减少未来的风险，传统的电能质量分析装置虽然可以实现对电能状况进行记录及分析，形成本地记录文件，但无法将记录信息上传至云端，无法利用大数据技术对海量的电能质量数据进行分析挖掘。
实用新型内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种电能质量实时监控与分析系统，具备实时监测和分析电力系统的电能质量指标，为电能质量问题的解决提供辅助决策支持，保证电力系统的安全运行、正常工业生产和居民生活的优点，解决了本地记录文件无法将记录信息上传至云端，无法利用大数据技术对海量的电能质量数据进行分析挖掘的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种电能质量实时监控与分析系统，包括系统框架，所述系统框架内下侧设有现场采集层，所述现场采集层内左侧设有开口式电流互感器，所述现场采集层内右侧设有数字采集终端，所述现场采集层上侧设有网络层，所述网络层内左侧设有数据采集端，所述网络层内中间位置处设有中间传输层，所述网络层内右侧设有接入层，所述网络层上侧设有应用层，所述应用层内左侧设有实时用电分析模块，所述实时用电分析模块右侧设有数据统计分析模块，所述数据统计分析模块右侧设有电能质量分析模块，所述电能质量分析模块右侧设有事件报警记录模块，所述事件报警记录模块右侧设有安全加密服务模块，所述安全加密服务模块右侧设有界面展示模块。
优选的，所述开口式电流互感器为用于获取二次电流测量回路的电流信号。
通过采用上述方案，没有电气上的接触，所以采集装置不会对高压侧二次测量回路产生任何干扰影响，杜绝因串接回路所产生的安装风险与运行风险，确保企业用电安全。
优选的，所述数字采集终端包括多功能通道板、数据采集主控制板、通信模块和高精度电源。
通过采用上述方案，多功能通道板：传感器通过低噪声的通信电缆与数字采集终端的多功能通道板相连，将现场传感设备的电气信息送入数字采集终端，通道板可对传感设备送入的模拟信号(主要有电压、电流两种形式)进行信号变换、放大、滤波，数据采集主控制板：经过多功能通道板调理后的模拟信号，送入后级的数据采集主控制板，数据采集主控制板对多功能通道板送入的模拟信号进行AD转换，获取电压、电流实时信息，数字采集终端基于内部的电能质量分析芯片对采集的电压、电流信号进行分析，获取电压偏差、频率偏差、谐波、三相电压不平衡度等电能质量参数，嵌入式微处理器将电能质量参数及基本电气参数(电压、电流、电量等)处理后，用TCP/IP协议打包后上传至4G通信模块，通信模块：通信模块可采用4G模块、WIFI模块，并预留RS485通信接口，当现场没有4G网络的情况，可以通过WIFI网络或者RS485通讯，4G模块利用硬件加载到指定频段，除了支持FDD-LTE/TD-LTE两种LTE制式，还要向下兼容2G/3G，支持TD-SCDMA/WCDMA/EDGE/GPRS/GSM/CDMA1X/EVDO等模式，4G模块将射频、基带集成在一块PCB小板上，可以完成无线接收、发射、基带信号处理等功能，具有通信速度快、网络频谱宽、通信灵活等特点，高精度电源：电源模块从二次侧电压回路取电，直接获取电压测量信号，经过换流后，完成对整个装置的供电，电源模块性能的好坏决定了整个数字采集终端的精确度，因此设计中的电源模块将采用高精度AC-DC电源模块实现。
优选的，所述网络层内侧数据采集端为各类数字采集终端实时测量电能质量信息终端。
通过采用上述方案，通过通信网络传输至服务器端数据库，具备断电、断点续传功能，保证数据完整性。
优选的，所述网络层内侧中间传输层内整个系统的数据主要通过Internet进行传输。
通过采用上述方案，数字采集终端通过4G模块发信，不占用客户的网络(当用电客户不具备4G网络环境，可用wifi通讯或者RS485替代)，中间传输层还包含服务器数据中心，采用具有高速采集和存储，提供高速、海量数据存储和基础分析能力的工业数据库作为前端采集装置实时数据的存储中心，充分保证了数据并发性和通信稳定性，数据库采用双备用的方式，即服务器数据中心具有数据库主库服务器和数据库备用库服务器，数据库备用库服务器处于热备用状态，可以避免非计划性的主库服务器故障或者计划性的主库服务器停机带来的不良影响，提高系统稳定度。
优选的，所述网络层内侧接入层包含主站系统和用户子站。
通过采用上述方案，用电客户可通过有线网络登录Web版客户服务系统，或无线网络(2G/3G/4G/WLAN)访问手机版客户服务系统，用户子站系统提供给用电客户查看，可查询企业下属单位的用电数据，主站系统拥有最高等级查阅权限，可查询所有用户的用电情况，并提供最全面的统计分析结果。
优选的，所述实时用电分析模块内侧包括实时用电趋势数据查看、实时用电统计数据查看和实时电量构成分析。
通过采用上述方案，可展示所有授权查看的监测点所有监测因子的当前数据，该数据即时刷新显示，通过筛选依据，任意组合要显示的监测点范围和监测因子范围，查看某个监测点某个监测因子的24小时数据趋势图，查看某个监测点某个监测因子的24小时的统计信息，如最大值、最小值、均值等，支持打印显示的表格，支持将显示的表格导出为Excel文件，提供多图、多表并列分析的展现方式，以多角度对电能质量使用进行分析查看。
优选的，所述数据统计分析模块内侧包括历史用电数据查询、日内统计分析和月度统计分析。
通过采用上述方案，主站用户可查询任意一个子站以及所有接入用户的日内、月度的用电负荷曲线、用电电量统计、电量构成统计、电费构成统计。任意一个子站用户可以查询本用户日内、月度的用电负荷曲线、用电电量统计、电量构成统计和电费构成统计。
优选的，所述电能质量分析模块内侧包括电能质量评估和电能质量预测。
通过采用上述方案，电能质量评估主要是对电能质量数据集进行分析评估，找出不合格的电能质量指标监测数据，在此基础上，对不合格电能质量数据，利用数据挖掘算法(如基于Apriori算法和FP Tree算法)，进行数据关联规则挖掘，找出隐藏在数据中影响电能质量内在特征和规律，发现影响电能质量的原因，形成对电能质量的评估文件。
优选的，所述事件报警记录模块为针对电能质量主要指标实时在线监测分析模块，所述安全加密服务模块内侧包括用户认证、授权和访问控制加密、数据库存储加密、数据交换的信息包加密和数据传输通道加密。
通过采用上述方案，可设定预警等级和预警阈值，并根据设定的预警条件进行实时预警，模块对预警信息进行记录，并提供记录导出功能，增加了系统的使用安全性，提高了系统整体的隐蔽性。
(三)有益效果
与现有技术相比，本实用新型提供了一种电能质量实时监控与分析系统，具备以下有益效果：
该电能质量实时监控与分析系，通过设置系统框架、现场采集层、网络层和应用层，这种设置可以实时监测和分析电力系统的电能质量指标，为电能质量问题的解决提供辅助决策支持，保证电力系统的安全运行、正常工业生产和居民生活。
附图说明
图1为本实用新型系统架构结构示意图；
图2为本实用新型数字采集终端功能结构示意图；
图3为本实用新型网络层通讯网络架构结构示意图；
图中：1、系统框架；2、现场采集层；3、开口式电流互感器；4、数字采集终端；5、网络层；6、数据采集端；7、中间传输层；8、接入层；9、应用层；10、实时用电分析模块；11、数据统计分析模块；12、电能质量分析模块；13、事件报警记录模块；14、安全加密服务模块；15、界面展示模块；16、多功能通道板；17、数据采集主控制板；18、通信模块；19、高精度电源。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
一种电能质量实时监控与分析系统，包括系统框架1，所述系统框架1内下侧设有现场采集层2，所述现场采集层2内左侧设有开口式电流互感器3，所述现场采集层2内右侧设有数字采集终端4，所述现场采集层2上侧设有网络层5，所述网络层5内左侧设有数据采集端6，所述网络层5内中间位置处设有中间传输层7，所述网络层5内右侧设有接入层8，所述网络层5上侧设有应用层9，所述应用层9内左侧设有实时用电分析模块10，所述实时用电分析模块10右侧设有数据统计分析模块11，所述数据统计分析模块11右侧设有电能质量分析模块12，所述电能质量分析模块12右侧设有事件报警记录模块13，所述事件报警记录模块13右侧设有安全加密服务模块14，所述安全加密服务模块14右侧设有界面展示模块15。
所述开口式电流互感器3为用于获取二次电流测量回路的电流信号，所述数字采集终端4包括多功能通道板16、数据采集主控制板17、通信模块18和高精度电源19，所述网络层5内侧数据采集端6为各类数字采集终端实时测量电能质量信息终端，所述网络层5内侧中间传输层7内整个系统的数据主要通过Internet进行传输，所述网络层5内侧接入层8包含主站系统和用户子站，所述实时用电分析模块10内侧包括实时用电趋势数据查看、实时用电统计数据查看和实时电量构成分析，所述数据统计分析模块11内侧包括历史用电数据查询、日内统计分析和月度统计分析，所述电能质量分析模块12内侧包括电能质量评估和电能质量预测，所述事件报警记录模块13为针对电能质量主要指标实时在线监测分析模块，所述安全加密服务模块14内侧包括用户认证、授权和访问控制加密、数据库存储加密、数据交换的信息包加密和数据传输通道加密。
参阅图1-3，提供从底层采集设备到上层功能应用的一体化设计方案，该系统包括现场采集层2、网络层5、应用层9三个部分，由开口式电流互感器3与数字采集终端4对电压、电流信号进行采集、处理，并将分析得出的电能质量及基本电气参数(电压、电流、电量等)格式转换后，用TCP/IP协议打包后上传至4G通信模块，数据包通过Internet传输至服务器数据中心，主站系统及子站用户可通过Web端和微信小程序对客户服务系统各功能模块进行访问，界面展示模块15采用多终端数字化结果展示设计，可实现Web端与手机端展示，Web端实现大屏可视化与全功能展示，移动端通过微信小程序进行用户用电数据轻量展示。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种电能质量实时监控与分析系统，包括系统框架(1)，其特征在于：所述系统框架(1)内下侧设有现场采集层(2)，所述现场采集层(2)内左侧设有开口式电流互感器(3)，所述现场采集层(2)内右侧设有数字采集终端(4)，所述现场采集层(2)上侧设有网络层(5)，所述网络层(5)内左侧设有数据采集端(6)，所述网络层(5)内中间位置处设有中间传输层(7)，所述网络层(5)内右侧设有接入层(8)，所述网络层(5)上侧设有应用层(9)，所述应用层(9)内左侧设有实时用电分析模块(10)，所述实时用电分析模块(10)右侧设有数据统计分析模块(11)，所述数据统计分析模块(11)右侧设有电能质量分析模块(12)，所述电能质量分析模块(12)右侧设有事件报警记录模块(13)，所述事件报警记录模块(13)右侧设有安全加密服务模块(14)，所述安全加密服务模块(14)右侧设有界面展示模块(15)。
2.根据权利要求1所述的一种电能质量实时监控与分析系统，其特征在于：所述开口式电流互感器(3)为用于获取二次电流测量回路的电流信号。
3.根据权利要求1所述的一种电能质量实时监控与分析系统，其特征在于：所述数字采集终端(4)包括多功能通道板(16)、数据采集主控制板(17)、通信模块(18)和高精度电源(19)。
4.根据权利要求1所述的一种电能质量实时监控与分析系统，其特征在于：所述网络层(5)内侧数据采集端(6)为各类数字采集终端实时测量电能质量信息终端。
5.根据权利要求1所述的一种电能质量实时监控与分析系统，其特征在于：所述网络层(5)内侧中间传输层(7)内整个系统的数据主要通过Internet进行传输。
6.根据权利要求1所述的一种电能质量实时监控与分析系统，其特征在于：所述网络层(5)内侧接入层(8)包含主站系统和用户子站。
7.根据权利要求1所述的一种电能质量实时监控与分析系统，其特征在于：所述实时用电分析模块(10)内侧包括实时用电趋势数据查看、实时用电统计数据查看和实时电量构成分析。
8.根据权利要求1所述的一种电能质量实时监控与分析系统，其特征在于：所述数据统计分析模块(11)内侧包括历史用电数据查询、日内统计分析和月度统计分析。
9.根据权利要求1所述的一种电能质量实时监控与分析系统，其特征在于：所述电能质量分析模块(12)内侧包括电能质量评估和电能质量预测。
10.根据权利要求1所述的一种电能质量实时监控与分析系统，其特征在于：所述事件报警记录模块(13)为针对电能质量主要指标实时在线监测分析模块，所述安全加密服务模块(14)内侧包括用户认证、授权和访问控制加密、数据库存储加密、数据交换的信息包加密和数据传输通道加密。
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