CN217692806U - 一种负荷智能动态分析开关柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种负荷智能动态分析开关柜，包括：至少一个开关柜机箱及形成于其中一个所述开关柜机箱内的边缘计算控制器；所述开关柜机箱底部安装有环形电流互感器，所述环形电流互感器的输出端接入保护测控单元，所述保护测控单元与所述边缘计算控制器进行信息交互，用于对所述开关柜进行遥信、遥测、遥控和逻辑保护；还包括形成于所述开关柜机箱内的检测模块，该检测模块与所述边缘计算控制器建立通讯，采用了边缘计算控制器对负荷进行智能动态分析，可以在开关柜或开关柜组内获取该区域内的经济发展状态、模式以及预测该区域内负荷的发展趋势，可以直接提供给供电部门进行电网发展规划的依据。

Description

一种负荷智能动态分析开关柜

技术领域

本实用新型涉及一种开关柜，具体是一种负荷智能动态分析开关柜。

背景技术

开关柜，即高低压开关成套设备，包括变电站用10kV高压开关柜、10kV环网柜、低压开关柜等，是电力系统中的重要节点，作为输电、配电及电能转换的设备使用，负荷智能动态分析开关柜是一种具有网络负荷分析功能的开关柜，技术可应用于高低压开关成套设备等。

现有高压开关柜负荷智能动态分析方法，包括以下步骤：基于高压开关柜的所有监测点以及监测点间流向电流，构建负荷分析网络；利用遗传算法构建用于对负荷分析网络进行社团划分的网络分析算法模型，并对所述网络分析算法模型进行评估优化；依据所述网络分析算法模型与高压开关柜建立结构联动以进行负荷动态分析。

现有负荷智能动态分析均以系统工程为对象，以通信技术为基础。但现有网络的不稳定性，以及开关柜电源本身的干扰等因素，造成传输出现问题。如我公司在实施信息化项目中，总体的网络可用性仅为90%左右，会出现下层设备网络无法连接，从而造成负荷分析出现数据缺失等情况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种负荷智能动态分析开关柜，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种负荷智能动态分析开关柜，包括：

至少一个开关柜机箱及形成于其中一个所述开关柜机箱内的边缘计算控制器；

所述开关柜机箱底部安装有环形电流互感器，所述环形电流互感器的输出端接入保护测控单元，所述保护测控单元与所述边缘计算控制器进行信息交互，用于对所述开关柜进行遥信、遥测、遥控和逻辑保护；

还包括形成于所述开关柜机箱内的检测模块，该检测模块与所述边缘计算控制器建立通讯，用于将获取的电缆头接触面的温度变化数据及所述开关柜机箱内局部放电量发送到所述边缘计算控制器进行存储和分析、上传。

如上所述的负荷智能动态分析开关柜：所述边缘计算控制器安装在开关柜二次室内，包括边缘计算单元、开关柜内部接口、数据存储单元、显示操作单元及边缘控制器外部接口，其中：

所述边缘计算单元包括单片机及与所述单片机连接的集成电路，与保护测控单元及检测模块进行通讯，以进行数据采集，并进行负荷智能动态分析；

所述开关柜内部接口连接所述边缘计算单元，以形成数据采集接口，包括RS485接口和/或TCP/IP接口，采用Modbos协议与保护测控单元及检测模块进行通讯，将数据传入边缘计算单元；

所述数据存储单元与边缘计算单元建立通讯，用于将边缘计算单元的计算结果以数据库的形式进行存储；

所述显示操作单元，连接所述边缘计算单元，包括操作键盘以及触摸屏或液晶显示器；

所述边缘控制器外部接口，连接所述边缘计算单元，以形成开关柜或开关柜组与外部通讯的接口，包括光纤、TCP/IP、无线通讯。

如上所述的负荷智能动态分析开关柜：所述检测模块包括安装于所述电缆头上的测温单元及局放检测单元，所述测温单元及局放检测单元与设于开关柜的二次室内的数据处理终端建立通讯，所述测温单元及局放检测单元分别用于测量电缆头的温度和线路的局放量，并上传至数据处理终端，所述数据处理终端通过RS485接口上传至边缘计算控制器，进行存储和分析、上传。

如上所述的负荷智能动态分析开关柜：所述局放检测单元包括局放传感器，局放传感器包括一体化装配的超声波与暂态地电压传感器，用于获取开关柜内的局部放电信息。

如上所述的负荷智能动态分析开关柜：当所述开关柜机箱设置有至少两个时，相邻两个所述开关柜机箱通过拼柜专用连接器连接，以使单个所述边缘计算控制器对至少两个开关柜进行控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过在开关柜内部增加边缘计算控制器，可以在开关柜内部进行数据采集、分析和存储，减少了网络通讯的不确定性对负荷分析的影响以及数据的传输量；

2、边缘计算控制器可以作为一台或一组开关柜的主控制装置，对一台或一组开关柜进行综合管理，减少电力系统（电力云）内的监控设备数量，优化电力系统（电力云）的网络结构，在边缘计算控制器内即可下发部分智能决策策略；

3、由于采用了边缘计算控制器对负荷进行智能动态分析，减少了电力系统（电力云）服务器的运算量，增加电力系统（电力云）控制系统的可用性；

4、由于采用了边缘计算控制器对负荷进行智能动态分析，可以在开关柜或开关柜组内获取该区域内的经济发展状态、模式以及预测该区域内负荷的发展趋势，可以直接提供给供电部门进行电网发展规划的依据。

附图说明

图1为本实用新型的单台安装结构示意图；

图2为本实用新型的单台安装信息采集示意图；

图3为本实用新型的多台开关柜组安装信息采集示意图；

图4为本实用新型的边缘计算控制器的功能示意图。

图中：1.保护测控单元；2. 电缆头；3.环形电流互感器；4.数据处理终端；5.二次室二次元件；6.断路器；7.边缘计算控制器；8.拼柜专用连接器；11.边缘计算单元；12.开关柜内部接口；13.数据存储单元；14.显示操作单元；15.边缘计算控制器外部接口。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本申请的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本申请，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。

请参阅图1~4，本实用新型实施例中，一种负荷智能动态分析开关柜，包括：

至少一个开关柜机箱及形成于其中一个所述开关柜机箱内的边缘计算控制器7，边缘计算控制器7可以管理一台开关柜；或者在开关柜组屏时，放在其中一台开关柜内，管理一组开关柜（多个开关柜）。在一组开关柜时，可通过拼柜专用连接器8进行连接，拼柜专用连接器8可根据实际情况进行定义，下表1为其中的一种；

表1 拼柜专用连接器8航空插座定义及接线要求

所述开关柜机箱内还形成有断路器6，断路器6形成有操作区。

所述开关柜机箱底部安装有环形电流互感器3，所述环形电流互感器3的输出端接入保护测控单元1，所述保护测控单元1与所述边缘计算控制器7进行信息交互，用于对所述开关柜进行遥信、遥测、遥控和保护逻辑（常规保护、电压电流型馈线自动化、智能分布式馈线自动化）功能，并通过RS485接口上传至边缘计算控制器7实现信息互联，保护测控单元1可运算电流、电压、功率、功率因数等，但不做负荷分析，并直接上传至边缘计算控制器7；

还包括形成于所述开关柜机箱内的检测模块，该检测模块与所述边缘计算控制器7建立通讯，用于将获取的电缆头2接触面的温度变化数据及所述开关柜机箱内局部放电量发送到所述边缘计算器7进行进行存储和分析、上传，示例性的，一种具体实施方式，所述检测模块包括安装于所述电缆头2上的测温单元及局放检测单元，所述测温单元及局放检测单元与设于开关柜的二次室内的数据处理终端4建立通讯，当然，二次室内还设置有二次室二次元件5，具体元件本实用新型对此不再进行赘述，所述测温单元及局放检测单元分别用于测量电缆头2的温度和线路的局放量，并上传至数据处理终端4，所述数据处理终端4通过RS485接口上传至边缘计算控制器7，进行存储和分析、上传。

进一步来说，所述测温单元包括温度传感器，温度传感器安装于开关柜电缆头2连接位置，一体化制造安装，数据处理终端4安装于环网柜的二次室，测温装置应能准确反应电缆头接触面的温度变化曲线。电缆头接触面的温度，主要反映两个情况：一是电缆头的安装情况不佳导致温度升高；二是因负荷升高而引起的温度升高。这两个情况对开关柜的安全运行，都会产生影响，可在测温单元设置最高运行温度时报警或断开运行。

再进一步来说，所述局放检测单元包括局放传感器，局放传感器包括超声波（AE)与暂态地电压（TEV)传感器，局放传感器为二合一一体化装配，在开关柜二次室配置局放数据处理终端（4），柜内安装的局部放电在线装置能准确反应开关柜内的局部放电情况。局部放电是电力设备绝缘劣化的重要指标，会造成电力设备最终发生绝缘击穿。监测局部放电是保证电力设备安全运行的一个重要指标。

所述边缘计算控制器7安装在开关柜二次室内，包括边缘计算单元11、开关柜内部接口12、数据存储单元13、显示操作单元14及边缘控制器外部接口15，其中：

所述边缘计算单元11是整个边缘计算控制器7的核心，主要由单片机CPU及相关集成电路组成，负责对开关柜内部的保护测控单元1、温度监测装置、局放在线监测装置4进行通讯和数据采集，并进行负荷智能动态分析。

所述开关柜内部接口12是对开关柜内部的数据采集接口，可以有RS485接口，也可有TCP/IP接口，一般情况下，采用Modbos协议与保护测控单元1、温度监测装置、局放在线监测装置4进行通讯，将数据传入边缘计算单元11；

所述数据存储单元13与边缘计算单元11建立通讯，用于将边缘计算单元11的计算结果以数据库的形式进行存储。

数据存储单元13是一般的硬盘类型，边缘计算单元11将计算结果传入数据存储单元13，用数据库的形式进行存储，如图4所示；同时，将电力云远程设置的参数存入数据存储单元13，作为开关柜的运行参数，显示操作单元14为一般的触摸屏或液晶显示器和操作键盘，主要用于参数设置和观察。

边缘控制器外部接口15是开关柜或开关柜组与外部通讯的接口，主要有光纤、TCP/IP、无线通讯等，满足供电部门的对接口的要求；USB接口可以用于导出数据和编程。

负荷智能动态分析的主要工作内容：

一、根据特点智能辨识用电的部门：1.工业用电：用电量大，用电时段或用电量比较稳定；2.农业用电：用电量小，季节性强；3.交通运输业用电：用电比重小，有一定时段性；4.市政生活用电：日负荷率比较低，但月不均衡率较高；

二、统计负荷的大小：1.日最大负荷；2.月最大负荷；3.年最大负荷；4.日最小负荷；5.月最小负荷；6.年最小负荷；7.平均负荷；

三、根据负荷历史数据，对电力负荷进行调度预测：24~48小时内的负荷预测；一周至一个月的负荷预测；以年为单位的负荷预测；

四、负荷分析的流程：筛选数据库历史数据→对负荷数据的预处理→建立适当的负荷预测模型→应用预测模型→评价预测结果→对负荷预测模型进行修正。该模型需要人工处理，远程修正即可；

五、常用的负荷分析的方法：灰色预测方法、模糊预测法、神经网络预测法等。

综上所述，本实用新型通过在开关柜内部增加边缘计算控制器（7），可以在开关柜内部进行数据采集、分析和存储，减少了网络通讯的不确定性对负荷分析的影响以及数据的传输量；

边缘计算控制器7可以作为一台或一组开关柜的主控制装置，对一台或一组开关柜进行综合管理，减少电力系统（电力云）内的监控设备数量，优化电力系统（电力云）的网络结构，在边缘计算控制器7内即可下发部分智能决策策略；

由于采用了边缘计算控制器7对负荷进行智能动态分析，减少了电力系统（电力云）服务器的运算量，增加电力系统（电力云）控制系统的可用性；

由于采用了边缘计算控制器7对负荷进行智能动态分析，可以在开关柜或开关柜组内获取该区域内的经济发展状态、模式以及预测该区域内负荷的发展趋势，可以直接提供给供电部门进行电网发展规划的依据。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种负荷智能动态分析开关柜，包括：

至少一个开关柜机箱及形成于其中一个所述开关柜机箱内的边缘计算控制器（7），其特征在于：

所述开关柜机箱底部安装有环形电流互感器（3），所述环形电流互感器（3）的输出端接入保护测控单元（1），所述保护测控单元（1）与所述边缘计算控制器（7）进行信息交互，用于对所述开关柜进行遥信、遥测、遥控和逻辑保护；

还包括形成于所述开关柜机箱内的检测模块，该检测模块与所述边缘计算控制器（7）建立通讯，用于将获取的电缆头（2）接触面的温度变化数据及所述开关柜机箱内局部放电量发送到所述边缘计算控制器（7）进行存储和分析、上传。

2.根据权利要求1所述的一种负荷智能动态分析开关柜，其特征在于：所述边缘计算控制器（7）安装在开关柜二次室内，包括边缘计算单元（11）、开关柜内部接口（12）、数据存储单元（13）、显示操作单元（14）及边缘控制器外部接口（15），其中：

所述边缘计算单元（11）包括单片机及与所述单片机连接的集成电路，与保护测控单元（1）及检测模块进行通讯，以进行数据采集，并进行负荷智能动态分析；

所述开关柜内部接口（12）连接所述边缘计算单元（11），以形成数据采集接口，包括RS485接口和/或TCP/IP接口，采用Modbos协议与保护测控单元（1）及检测模块进行通讯，将数据传入边缘计算单元（11）；

所述数据存储单元（13）与边缘计算单元（11）建立通讯，用于将边缘计算单元（11）的计算结果以数据库的形式进行存储；

所述显示操作单元（14），连接所述边缘计算单元（11），包括操作键盘以及触摸屏或液晶显示器；

所述边缘控制器外部接口（15），连接所述边缘计算单元（11），以形成开关柜或开关柜组与外部通讯的接口，包括光纤、TCP/IP、无线通讯。

3.根据权利要求2所述的一种负荷智能动态分析开关柜，其特征在于：所述检测模块包括安装于所述电缆头（2）上的测温单元及局放检测单元，所述测温单元及局放检测单元与设于开关柜的二次室内的数据处理终端（4）建立通讯，所述测温单元及局放检测单元分别用于测量电缆头（2）的温度和线路的局放量，并上传至数据处理终端（4），所述数据处理终端（4）通过RS（485）接口上传至边缘计算控制器（7），进行存储和分析、上传。

4.根据权利要求3所述的一种负荷智能动态分析开关柜，其特征在于：所述局放检测单元包括局放传感器，局放传感器包括一体化装配的超声波与暂态地电压传感器，用于获取开关柜内的局部放电信息。

5.根据权利要求1所述的一种负荷智能动态分析开关柜，其特征在于：当所述开关柜机箱设置有至少两个时，相邻两个所述开关柜机箱通过拼柜专用连接器（8）连接，以使单个所述边缘计算控制器（7）对至少两个开关柜进行控制。

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