CN215870906U - 一种数字计算增强的高可靠性低压配电安全监控系统 - Google Patents
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Abstract
本专利公开了一种数字计算增强的高可靠性低压配电安全监控系统，包括系统信息获取模块、边缘计算服务器以及云端数据中心；所述系统信息获取模块和所述边缘计算服务器通过现场总线交换信息，所述边缘计算服务器和所述云端数据中心通过5G移动网络连接，所述云端数据中心用于供用户进行访问监控；所述系统信息获取模块包括用于获取电压信息的电压信息模组、用于获取电流信息的电流信息模组以及用于获取一二次融合设备相关信息的一二次融合设备信息模组。通过本专利构建高可靠性的用电安全监控系统。
Description
技术领域
本专利涉及电力安全监控技术领域，具体涉及一种数字计算增强的高可靠性低压配电安全监控系统。
背景技术
传统的低压配电安全监控装置，例如各种继电器，一般采用简单阈值设定的模拟计算判断，其应用普遍存在下列弊端：(1)单变量阈值模拟计算，误判率很高。例如单相剩余电流保护器，只要剩余电流超过30mA，就会动作与跳闸。当电源上出现浪涌电压或者雷电过电压时，都会出现误动作，当阴雨天绝缘电阻下降时，也会出现误动作。(2)安全装置精确度低，传统继电保护都是开关量操作，例如熔断器作为过电流保护，电流线圈作为电流检测原件，电压线圈作为过电压和欠电压的检测元件等，其测量的精确度都不高。(3)元件可靠性低，传统继电保护的元件，都是电磁作用原理的元件，其检测特性和动作特性受到许多环境因素的影响，可靠性很差，例如，环境温度对于导磁材料的物理性质的影响等。
随着电子信息技术的发展，出现了电力系统微机继电保护装置。由于电子信息技术的高速发展，微机继电保护装置还没有普及应用，技术上较落后。以今天的技术条件反观微机继电保护装置，其落后主要表现在以下几个方面：(1)装置可靠性低，微机继电保护装置的系统结构，一般是微处理器加外部设备的中央处理结构，其性能和可靠性都相差很多。(2)运算能力不够，微机继电保护装置的运算能力，局限于取代继电器的布尔代数运算，和简单的模拟量处理，这与今天的各种专用集成电路相比，远远不及。(3)单机运行不能多机协同，单机运行的弊端是，不能方便的形成多变量判据。例如在剩余电流保护装置中，不能实现电流值和电流变化值二元变量构成的分类器判据。
实用新型内容
本专利的目的是设计一种数字计算增强的高可靠性低压配电安全监控系统，使其解决上述技术问题。
为实现上述目的，本专利提供如下技术方案：
一种数字计算增强的高可靠性低压配电安全监控系统，包括系统信息获取模块、边缘计算服务器以及云端数据中心；所述系统信息获取模块和所述边缘计算服务器通过现场总线交换信息，所述边缘计算服务器和所述云端数据中心通过5G移动网络连接，所述云端数据中心用于供用户进行访问监控；所述系统信息获取模块包括用于获取电压信息的电压信息模组、用于获取电流信息的电流信息模组以及用于获取一二次融合设备相关信息的一二次融合设备信息模组。
进一步的，所述电压信息模组包括依次连接的若干电压互感器、第一电流电压变换与脉冲调制装置、第一单模光缆、第一光脉冲接收与模拟信号重构装置以及第一嵌入式高速实时数据采集运算计算机。如此设置，电压信息传送到边缘计算服务器的主要环节为：利用电压互感器的二次侧获取等效电压源；随后利用第一电流电压变换与脉冲调制装置，将高电压100V变换到低电压，双端输入变换到单端输入；然后利用第一单模光缆传输至第一光脉冲接收与模拟信号重构装置，进行模拟信号重构；第一嵌入式高速实时数据采集运算计算机进行高速采集和实时运算后，通过RS485等现场总线输送至边缘计算服务器。
进一步的，所述电流信息模组包括依次连接的若干电流互感器、第二电流电压变换与脉冲调制装置、第二单模光缆、第二光脉冲接收与模拟信号重构装置以及第二嵌入式高速实时数据采集运算计算机。如此设置，电流信息传送到边缘计算服务器的主要环节为：利用电流互感器的二次侧获取等效电流源；随后利用第二电流电压变换与脉冲调制装置，将电流电压变换和脉冲宽度调制(PMW)；然后利用第二单模光缆传输至第二光脉冲接收与模拟信号重构装置，进行模拟信号重构；第二嵌入式高速实时数据采集运算计算机进行高速采集和实时运算后，通过RS485等现场总线输送至边缘计算服务器。
进一步的，所述第一嵌入式高速实时数据采集运算计算机以及所述第二嵌入式高速实时数据采集运算计算机为数字信号处理器DSP。如此设置，利用数字信号处理器DSP实现本地模拟信号的高速采集和模式识别之前的特征量变换，例如实现快速傅里叶变换等。
进一步的，所述一二次融合设备信息模组包括开关装置信息模组、电能表信息模组以及专项功能信息模组。在现有技术条件下，在电力系统一二次融合设备的思想指导下，许多用电安全方面的专项功能已经有各种制造商开发完成，并经过RS485等现场总线向各种系统提供相应的功能调用。例如在0.4千伏开关内部，融合嵌入式单片机的处理能力，实现对电路中的电弧放电的识别和预警，实现对电路中剩余电流的识别和预警，实现电路中绝缘强度的实时测试和预警。例如在某些电能表中，已经嵌入开发了识别危险用电器的识别功能，并通过RS485等接口向各类用户提供此项特定的功能调用。例如一些开关厂家在开关装置中融合设计了实现判断电气火灾的识别功能，并通过现场总线RS485等提供给各类用户调用。
进一步的，所述边缘计算服务器的结构和原理是，该服务器可以采用通用的工业控制服务器，在该服务器中可以对监控对象本身的各种状态变量并得到了集成和组合。因此，在该服务器中可以实现多变量的、先进的模式识别分类器，以实现对用电现场的精准的电器安全评价、预测和预警。该服务器的另一个重要功能是，把每一个时刻的安全评价结论和当时的状态变量信息传送到云端数据中心，形成系统运行档案，为进一步的大数据分析和判断提供条件。
进一步的，云端数据中心的结构和功能是，云端数据中心实现大尺度的数据回归分析和系统安全建模，实现对电器绝缘的动态监测和预警，实现对各类电气元件的寿命预测和各类原件的经历记录。例如，通过对雷电的记录，可以预测避雷器及相应用电设施的更换维护日期，统计评价各类避雷器的寿命和应用效果，例如，阀式避雷器的导通和截止的时间，以及导通后剩余电压的大小等。云端数据中心。还可以实现对网际边缘服务器计算机的各种算法的优化和更新。
进一步的，用户通过PC端和移动端接入云端数据中心。如此设置，通过多种接入方式，实现控制、使用的简便。
与现有技术相比，本专利的有益效果：
(1)构建高可靠性的用电安全监控系统，通过基于5G技术的边缘计算服务器技术、模拟量光缆传输技术、现场总线技术，以减少数据传输的延误性，加快数据处理速度，提高运算能力，从而实现高可靠性的目的。
(2)在现代信息技术的硬件支持下，利用各种先进的模式识别分类器技术、过程预测技术等，综合分析电流、电压以及一二次融合设备的相关数据信息，实现电力安全监控装置的精确可靠。
(3)实现用电过程安全监控的云端“数字孪生”，形成丰富的运行数据记录，在云端大数据技术的支持下，实现多机协同的用电安全的系统化管理，实现用电安全风险的消防。
(4)快速集成各种“一二次融合设备”功能，是一种灵活便捷的系统方法。
附图说明
为了更清楚地说明本专利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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利的一些实施例，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为本专利的原理结构图；
具体实施方式
下面将结合本专利中的附图，对本专利中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利保护的范围。
实施例及其工作原理：
一种数字计算增强的高可靠性低压配电安全监控系统，包括系统信息获取模块、边缘计算服务器以及云端数据中心；所述系统信息获取模块和所述边缘计算服务器通过现场总线交换信息，所述边缘计算服务器和所述云端数据中心通过5G移动网络连接，所述云端数据中心用于供用户进行访问监控；所述系统信息获取模块包括用于获取电压信息的电压信息模组、用于获取电流信息的电流信息模组以及用于获取一二次融合设备相关信息的一二次融合设备信息模组。
进一步的，所述电压信息模组包括依次连接的若干电压互感器、第一电流电压变换与脉冲调制装置、第一单模光缆、第一光脉冲接收与模拟信号重构装置以及第一嵌入式高速实时数据采集运算计算机。如此设置，电压信息传送到边缘计算服务器的主要环节为：利用电压互感器的二次侧获取等效电压源；随后利用第一电流电压变换与脉冲调制装置，将高电压100V变换到低电压，双端输入变换到单端输入；然后利用第一单模光缆传输至第一光脉冲接收与模拟信号重构装置，进行模拟信号重构；第一嵌入式高速实时数据采集运算计算机进行高速采集和实时运算后，通过RS485等现场总线输送至边缘计算服务器。
进一步的，所述电流信息模组包括依次连接的若干电流互感器、第二电流电压变换与脉冲调制装置、第二单模光缆、第二光脉冲接收与模拟信号重构装置以及第二嵌入式高速实时数据采集运算计算机。如此设置，电流信息传送到边缘计算服务器的主要环节为：利用电流互感器的二次侧获取等效电流源；随后利用第二电流电压变换与脉冲调制装置，将电流电压变换和脉冲宽度调制(PMW)；然后利用第二单模光缆传输至第二光脉冲接收与模拟信号重构装置，进行模拟信号重构；第二嵌入式高速实时数据采集运算计算机进行高速采集和实时运算后，通过RS485等现场总线输送至边缘计算服务器。
进一步的，所述第一嵌入式高速实时数据采集运算计算机以及所述第二嵌入式高速实时数据采集运算计算机为数字信号处理器DSP。如此设置，利用数字信号处理器DSP实现本地模拟信号的高速采集和模式识别之前的特征量变换，例如实现快速傅里叶变换等。
进一步的，所述一二次融合设备信息模组包括开关装置信息模组、电能表信息模组以及专项功能信息模组。在现有技术条件下，在电力系统一二次融合设备的思想指导下，许多用电安全方面的专项功能已经有各种制造商开发完成，并经过RS485等现场总线向各种系统提供相应的功能调用。例如在0.4千伏开关内部，融合嵌入式单片机的处理能力，实现对电路中的电弧放电的识别和预警，实现对电路中剩余电流的识别和预警，实现电路中绝缘强度的实时测试和预警。例如在某些电能表中，已经嵌入开发了识别危险用电器的识别功能，并通过RS485等接口向各类用户提供此项特定的功能调用。例如一些开关厂家在开关装置中融合设计了实现判断电气火灾的识别功能，并通过现场总线RS485等提供给各类用户调用。
进一步的，所述边缘计算服务器的结构和原理是：该服务器可以采用通用的工业控制服务器，在该服务器中可以对监控对象本身的各种状态变量并得到了集成和组合。因此，在该服务器中可以实现多变量的、先进的模式识别分类器，以实现对用电现场的精准的电器安全评价、预测和预警。该服务器的另一个重要功能是，把每一个时刻的安全评价结论和当时的状态变量信息传送到云端数据中心，形成系统运行档案，为进一步的大数据分析和判断提供条件。
进一步的，云端数据中心的结构和功能是：云端数据中心实现大尺度的数据回归分析和系统安全建模，实现对电器绝缘的动态监测和预警，实现对各类电气元件的寿命预测和各类原件的经历记录。例如，通过对雷电的记录，可以预测避雷器及相应用电设施的更换维护日期，统计评价各类避雷器的寿命和应用效果，例如，阀式避雷器的导通和截止的时间，以及导通后剩余电压的大小等。云端数据中心。还可以实现对网际边缘服务器计算机的各种算法的优化和更新。
进一步的，用户通过PC端和移动端接入云端数据中心。如此设置，通过多种接入方式，实现控制、使用的简便。
本实施例的有益效果：
(1)构建高可靠性的用电安全监控系统，通过基于5G技术的边缘计算服务器技术、模拟量光缆传输技术、现场总线技术，以减少数据传输的延误性，加快数据处理速度，提高运算能力，从而实现高可靠性的目的。
(2)在现代信息技术的硬件支持下，利用各种先进的模式识别分类器技术、过程预测技术等，综合分析电流、电压以及一二次融合设备的相关数据信息，实现电力安全监控装置的精确可靠。
(3)实现用电过程安全监控的云端“数字孪生”，形成丰富的运行数据记录，在云端大数据技术的支持下，实现多机协同的用电安全的系统化管理，实现用电安全风险的消防。
(4)快速集成各种“一二次融合设备”功能，是一种灵活便捷的系统方法。
Claims (3)
1.一种数字计算增强的高可靠性低压配电安全监控系统，其特征在于：包括系统信息获取模块、边缘计算服务器以及云端数据中心；所述系统信息获取模块和所述边缘计算服务器通过现场总线交换信息，所述边缘计算服务器和所述云端数据中心通过5G移动网络连接，所述云端数据中心用于供用户进行访问监控；所述系统信息获取模块包括用于获取电压信息的电压信息模组、用于获取电流信息的电流信息模组以及用于获取一二次融合设备相关信息的一二次融合设备信息模组；其中，所述电压信息模组包括依次连接的若干电压互感器、第一电流电压变换与脉冲调制装置、第一单模光缆、第一光脉冲接收与模拟信号重构装置以及第一嵌入式高速实时数据采集运算计算机；所述电流信息模组包括依次连接的若干电流互感器、第二电流电压变换与脉冲调制装置、第二单模光缆、第二光脉冲接收与模拟信号重构装置以及第二嵌入式高速实时数据采集运算计算机。
2.根据权利要求1所述的数字计算增强的高可靠性低压配电安全监控系统，其特征在于：所述第一嵌入式高速实时数据采集运算计算机以及所述第二嵌入式高速实时数据采集运算计算机为数字信号处理器DSP。
3.根据权利要求1所述的数字计算增强的高可靠性低压配电安全监控系统，其特征在于：所述一二次融合设备信息模组包括开关装置信息模组、电能表信息模组以及专项功能信息模组。
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| CN202120344017.4U CN215870906U (zh) | 2021-02-05 | 2021-02-05 | 一种数字计算增强的高可靠性低压配电安全监控系统 |
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