本發明涉及配電領域,尤其涉及一種配電網計量防護系統。
背景技術:
近年來,電網計量違法犯罪行為具有隱蔽性、流動性、突發性等基本特征,而且還呈現專業化、高科技化、跨省流竄化的趨勢,查處難度越來越大。
用電檢查人員到達嫌疑用戶計量裝置檢查的時候,不法分子提前將損壞電網計量的裝備去掉,難以發現。即使發現表箱被破壞等現象,由于缺乏有力證據,造成處理難的現狀。
技術實現要素:
為了克服上述現有技術中的不足,本發明的目的在于,提供一種配電網計量防護系統,包括:監控服務器,與監控服務器通過GPRS或光纖通信連接的數據采集子系統;
數據采集子系統用于對各個監控區域內的電能表,控電開關進行數據采集,數據采集子系統包括:數據采集儲存模塊、電能表數據采集模塊、狀態量采集模塊、脈沖量采集模塊、交流模擬量采集模塊、歷史數據處理模塊、抄表日數據處理模塊、歷史月數據處理模塊;
電能表數據采集模塊用于按設定的抄表日或定時采集時間間隔對電能表數據進行采集、存儲,并在監控服務器驅動下將采集電能表數據的發送給監控服務器;
狀態量采集模塊用于實時采集低壓臺區低壓開關位置狀態,低壓開關發生變位時,將低壓開關變位信息儲存,并發送給監控服務器;
脈沖量采集模塊用于接收電能表輸出的脈沖,并根據電能表脈沖常數Kpimp/kWh,TV變比KTV,TA變比KTA計算每分鐘的平均功率,并記錄當日、當月功率最大值和出現時間,并發送給監控服務器;
交流模擬量采集模塊用于按使用要求預設電壓、電流、功率、功率、功率因數模擬量采集,測量電壓、電流、功率、功率因數,并具有電壓監測越限統計,電壓準確度等級為0.5,具有諧波數據統計,諧波分量準確度等級為1;
歷史數據處理模塊用于將采集的數據以日為單位,在次日零點形成歷史日數據,并保存最近30日數據,按照設定的凍結間隔以15min,30min,45min,60min形成各類凍結曲線數據,并保存最近30天曲線數據,并發送給監控服務器;
抄表日數據處理模塊用于將采集的數據在設定的抄表日及抄表時間形成抄表日數據,并保存最近12次抄表日數據,并發送給監控服務器;
歷史月數據處理模塊用于將采集的數據在月末零點生成各種歷史月數據,并保存最近12個月的月數據,并發送給監控服務器;
監控服務器包括:電能表運行狀況監測模塊、電壓監測模塊、功率因數監測模塊、校時模塊、限值設置模塊、預付費控制模塊、抄表日期時段設置模塊;
電能表運行狀況監測模塊用于數據采集子系統發送的數據信息,監測電能表運行狀況,監測電能表運行狀況包括:電能表參數變更、電能表時間超差、電表故障信息、電能表示度下降、電能表飛走、電能表停走、紅外感應記錄、磁感應干擾記錄;
電壓監測模塊用于對用電網電壓偏差監測,對用電網電壓合格率統計;
功率因數監測模塊用于按設置的功率因數分段限值對監測點的功率因數進行分析統計,記錄每月功率因數越限值發生在各區段的累計時間;
校時模塊用于向數據采集子系統發送時鐘校時指令,使數據采集子系統采集的時鐘與監控服務器的晶振時鐘相同;
限值設置模塊用于設置監控區域內電能表的電壓及電流越限值、功率因數分段限值;
預付費控制模塊用于設置和查詢預付電費值、報警門限值、跳閘門限值預付費控制參數;
抄表日期時段設置模塊用于設置數據采集子系統的抄表日、抄表時間、抄表間隔、抄表參數。
優選地,監控服務器還包括:功率設置模塊;
功率設置模塊用于設置每個用電戶的功率上限值;
數據采集子系統還包括:消耗功率限電模塊;
消耗功率限電模塊用于在功率限值范圍內監測實時功率,當用電戶消耗功率達到限值則自動執行功率定值閉環控制功能,執行跳閘。
優選地,監控服務器還包括:電量統計模塊、日電能統計模塊、計量分析模塊、變壓器監測模塊、臺區用電分析模塊;
電量統計模塊用于生成每個用電戶電能量示數曲線并計算總電能量曲線,并在數據庫中進行存儲,當電能量示數曲線或電能量曲線異常時,生成相關的告警事件;
日電能統計模塊用于生成每個用電戶的日電能量示值并計算日總電能量,當電能量示值或日總電能量數據異常時,生成相關的告警事件;
計量分析模塊用于通過對采集的電壓、電流、功率、功率因數、示值和開關量信息,進行分析生成異常信息的實時工況;
變壓器監測模塊用于監測變壓器的三相電壓,計算三相電壓不平衡率,并關聯到具體用電戶的電流、電壓、功率曲線圖,據諧波數據,計算電壓畸變率,電壓波形畸變的程度;電壓諧波畸變率為各次諧波電壓的均方根值與基波電壓有效值之比的百分數來表示:
式中:α——電壓諧波畸變率;
un(n=2,3,...)——n次諧波電壓有效值·u1——基波電壓有效值,
還用于監測變壓器的三相有功功率,計算三相有功功率不平衡率,并能關聯到具體用電戶的電流、電壓、功率曲線圖;
臺區用電分析模塊用于統計計算每天臺區總表整點負荷及最大負荷,統計臺區下用戶用電量,計算臺區綜合用電系數;綜合用電系數為變壓器最大負荷/臺區內全部低壓用戶計算總負荷,對臺區變壓器選擇、臺區低壓線路選擇提供依據。
優選地,數據采集子系統還包括:設置在一次側三相電電流互感器,一次側三相電壓互感器,二次側三相電電流互感器,二次側三相電壓互感器;一次側三相電電流互感器實時采集高壓側三相電流數據并傳輸給監控服務器;二次側三相電電流互感器實時采集低壓側三相電流數據并傳輸給監控服務器;
監控服務器還包括:線路損耗分析模塊、視在功率曲線生成模塊、視在功率對比模塊、數據交互平臺;
線路損耗分析模塊用于根據電網的拓撲結構,按天采集線路下的單相、三相用戶和臺區總表的用電量,通過建立線損分析模型,實時地分析每條線路的實際損耗,在超過一定閥值后進行告警;
視在功率對比模塊用于根據實時傳輸的一次側三相電電流,一次側三相電壓,二次側三相電電流,二次側三相電壓,計算出有功功率,無功功率,并得出視在功率,制成視在功率曲線;
視在功率對比模塊用于對比一次側用電信息和二次側用電信息,進行數據對比并在同一頁面繪制成兩條視在功率曲線,在顯示屏上反映給用戶一、二次側用電信息是否存在用電異常;
數據交互平臺用于實現使用人員與運維人員之間交流通信,對系統進行跟蹤處理,并且提供移動終端連接的客戶端端口,使使用人員與運維人員使用移動終端連接數據交互平臺;
平臺還用于提供用電信息采集系統建設規范、標準、采集系統操作手冊,對常見問題異常處理方法相關資料進行歸類、展示,方便用戶查閱,實現知識文檔管理、知識搜集與指導、常見問答功能,以根據問題發生地區、問題類別、提交時間、解決時間等角度進行統計匯總、分析。
優選地,監控服務器與數據采集子系統之間的通信設有中繼器。
優選地,監控服務器還包括:二次側相電壓比較判定模塊、二次側相電流比較判定模塊、功率判定模塊、功率因數判定模塊;
二次側相電壓比較判定模塊用于將二次側各相電壓數據與二次側各相電壓基礎數據中的參考電壓進行比較,若測得電壓比參考電壓低20%以上,則判斷為欠壓;若測得電壓比參考電壓高20%以上,則判斷為超壓;若電壓為0,則判斷為失壓;
二次側相電流比較判定模塊用于根據二次側各相電流數據,計算電流三相不平衡率,滿足(最大電流值-最小電流值)/最大電流值≥30%的條件則判斷為三相電流不平衡;若最小電流值為0,則判斷為失流;
功率判定模塊用于
滿足下列條件時,則判斷為功率異常:
(P2-P3)/P2≥30%
三相三線:
三相四線:
將P1與有功功率數據比較,較大的值取為P2,小的值取為P3
其中,UA,UB,UC為各相電壓值,IA,IB,IC為各相電流值,取為正常值,一般為0.8-0.9,可設為0.866,即取為30°;
功率因數判定模塊用于
若滿足下列條件,則判斷為“功率因數異常”:
P:用電信息采集系統采集的有功功率
S:視在功率,為根據電流電壓計算所得數據,其中:
三相三線:
三相四線:S1=UAIA+UBIB+UCIC。
優選地,數據采集子系統還包括:二次側電流采樣變換模塊、A/D轉換模塊、處理器、存儲器、電源模塊;
電源模塊從一次側線路上獲取電能經變壓、整流、濾波后供整個裝置使用;
二次側電流采樣變換模塊用于將二次側三相電流轉換為標稱值為5A的電流,再把5A的電流轉換為標稱值為5V的電壓信號;電壓信號經過過零比較器生成頻率相同的方波;以利于測頻和實現缺相檢測。
A/D轉換模塊用于對電壓信號進行A/D轉換,并將轉換后的電壓信號傳輸給處理器;
處理器用于將電壓信號作為基準電壓u(n)進行電流和功率有效值的計算,
計算公式如下:
其中i(n)為采樣值,N為采樣次數;
并將計算后得到的結果保存在存儲器內。
優選地,數據采集子系統還包括:設置在各個監控區域的攝像頭,視頻處理模塊,視頻傳輸模塊;
攝像頭用于攝取監控區域內的視頻圖像;
視頻處理模塊用于對攝像頭攝取監控區域內的視頻圖像進行壓縮加密處理,并通過視頻傳輸模塊將視頻圖像傳輸至監控服務器。
優選地,數據采集子系統還包括:探測裝置;
所述探測裝置包括:熱敏電阻,熱敏電阻一端接到放大器的二腳,另一端連接放大器的三腳,與熱敏電阻并聯的光電隔離器的一端連接放大器的二腳,另一端連接放大器的三腳,放大器的四腳連接+5V的電源VCC1,放大器的十一腳腳接地,放大器的輸出端連接定時器的四腳,定時器的六腳和二腳同時接至電阻R4第二端和電容C1第一端的之間,電阻R4的第一端與電阻R3第二端連接;電阻R3第一端通過電阻R2連接電源VCC2,電容C1第二端接地,定時器的八腳接電源VCC3,定時器的一腳接地,定時器的三腳為信號的輸出端,輸出的信號連接報警裝置;
所述報警裝置包括:與定時器的三腳連接的發光二極管LED,發光二極管LED與三極管的基極相連,三極管的集電極連接電源VCC4,發射極連接電阻R5第一端,電阻R5第二端接地,三極管發射極連接電容C2第一端,電容C2第二端與發聲器第一端連接,發聲器第二端接地。
從以上技術方案可以看出,本發明具有以下優點:
系統實現了對電能表的實時跟蹤查詢與抄表,并將將抄表信息發送給監控服務器,能夠及時的發現電網計量違法犯罪行為的發生。一旦出現電能表異常狀況,監控服務器即可及時發現處理,并且能夠保留歷史證據。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明的技術方案,下面將對描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例,對于本領域普通技術人員來講,在不付出創造性勞動的前提下,還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為配電網計量防護系統的整體示意圖;
圖2為監控服務器與數據采集子系統之間的示意圖;
圖3為探測裝置電路圖;
圖4為報警裝置電路圖。
具體實施方式
為使得本發明的發明目的、特征、優點能夠更加的明顯和易懂,下面將運用具體的實施例及附圖,對本發明保護的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,下面所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,而非全部的實施例。基于本專利中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例,都屬于本專利保護的范圍。
本實施例提供一種配電網計量防護系統,如圖1、圖2所示,包括:監控服務器1,與監控服務器1通過GPRS或光纖通信連接的數據采集子系統2;
數據采集子系統2用于對各個監控區域內的電能表,控電開關進行數據采集,數據采集子系統2設置在各個監控區域內,也就是系統中包括了多個數據采集子系統2,在每個監控區域內設有數據采集子系統2。每個數據采集子系統2與監控服務器1通信連接。
數據采集子系統2包括:數據采集儲存模塊11、電能表數據采集模塊12、狀態量采集模塊13、脈沖量采集模塊14、交流模擬量采集模塊15、歷史數據處理模塊16、抄表日數據處理模塊17、歷史月數據處理模塊18;
電能表數據采集模塊12用于按設定的抄表日或定時采集時間間隔對電能表數據進行采集、存儲,并在監控服務器驅動下將采集電能表數據的發送給監控服務器;
狀態量采集模塊13用于實時采集低壓臺區低壓開關位置狀態,低壓開關發生變位時,將低壓開關變位信息儲存,并發送給監控服務器;
脈沖量采集模塊14用于接收電能表輸出的脈沖,并根據電能表脈沖常數Kp imp/kWh,TV變比KTV,TA變比KTA計算每分鐘的平均功率,并記錄當日、當月功率最大值和出現時間,并發送給監控服務器;
交流模擬量采集模塊15用于按使用要求預設電壓、電流、功率、功率、功率因數模擬量采集,測量電壓、電流、功率、功率因數,并具有電壓監測越限統計,電壓準確度等級為0.5,具有諧波數據統計,諧波分量準確度等級為1;
歷史數據處理模塊16用于將采集的數據以日為單位,在次日零點形成歷史日數據,并保存最近30日數據,按照設定的凍結間隔以15min,30min,45min,60min形成各類凍結曲線數據,并保存最近30天曲線數據,并發送給監控服務器;
抄表日數據處理模塊17用于將采集的數據在設定的抄表日及抄表時間形成抄表日數據,并保存最近12次抄表日數據,并發送給監控服務器;
歷史月數據處理模塊18用于將采集的數據在月末零點生成各種歷史月數據,并保存最近12個月的月數據,并發送給監控服務器;
這樣就實現了對電能表的實時跟蹤查詢與抄表,并將將抄表信息發送給監控服務器,能夠及時的發現電網計量違法犯罪行為的發生。一旦出現電能表異常狀況,監控服務器即可及時發現處理,并且能夠保留歷史證據。
監控服務器1包括:電能表運行狀況監測模塊21、電壓監測模塊22、功率因數監測模塊23、校時模塊24、限值設置模塊25、預付費控制模塊26、抄表日期時段設置模塊27;
電能表運行狀況監測模塊21用于數據采集子系統發送的數據信息,監測電能表運行狀況,監測電能表運行狀況包括:電能表參數變更、電能表時間超差、電表故障信息、電能表示度下降、電能表飛走、電能表停走、紅外感應記錄、磁感應干擾記錄;
電壓監測模塊22用于對用電網電壓偏差監測,對用電網電壓合格率統計;
功率因數監測模塊23用于按設置的功率因數分段限值對監測點的功率因數進行分析統計,記錄每月功率因數越限值發生在各區段的累計時間;
校時模塊24用于向數據采集子系統發送時鐘校時指令,使數據采集子系統采集的時鐘與監控服務器的晶振時鐘相同;限值設置模塊25用于設置監控區域內電能表的電壓及電流越限值、功率因數分段限值;預付費控制模塊26用于設置和查詢預付電費值、報警門限值、跳閘門限值預付費控制參數;抄表日期時段設置模塊27用于設置數據采集子系統的抄表日、抄表時間、抄表間隔、抄表參數。
本實施例中,監控服務器1還包括:功率設置模塊28;功率設置模塊28用于設置每個用電戶的功率上限值;
數據采集子系統2還包括:消耗功率限電模塊19;消耗功率限電模塊19用于在功率限值范圍內監測實時功率,當用電戶消耗功率達到限值則自動執行功率定值閉環控制功能,執行跳閘。
本實施例中,監控服務器1還包括:電量統計模塊29、日電能統計模塊31、計量分析模塊32、變壓器監測模塊33、臺區用電分析模塊34;
電量統計模塊29用于生成每個用電戶電能量示數曲線并計算總電能量曲線,并在數據庫中進行存儲,當電能量示數曲線或電能量曲線異常時,生成相關的告警事件;
日電能統計模塊31用于生成每個用電戶的日電能量示值并計算日總電能量,當電能量示值或日總電能量數據異常時,生成相關的告警事件;
計量分析模塊32用于通過對采集的電壓、電流、功率、功率因數、示值和開關量信息,進行分析生成異常信息的實時工況;
變壓器監測模塊33用于監測變壓器的三相電壓,計算三相電壓不平衡率,并關聯到具體用電戶的電流、電壓、功率曲線圖,據諧波數據,計算電壓畸變率,電壓波形畸變的程度;電壓諧波畸變率為各次諧波電壓的均方根值與基波電壓有效值之比的百分數來表示:
式中:α——電壓諧波畸變率;
un(n=2,3,...)——n次諧波電壓有效值·u1——基波電壓有效值,
還用于監測變壓器的三相有功功率,計算三相有功功率不平衡率,并能關聯到具體用電戶的電流、電壓、功率曲線圖;
臺區用電分析模塊34用于統計計算每天臺區總表整點負荷及最大負荷,統計臺區下用戶用電量,計算臺區綜合用電系數;綜合用電系數為變壓器最大負荷/臺區內全部低壓用戶計算總負荷,對臺區變壓器選擇、臺區低壓線路選擇提供依據。
本實施例中,數據采集子系統2還包括:設置在一次側三相電電流互感器,一次側三相電壓互感器,二次側三相電電流互感器,二次側三相電壓互感器;一次側三相電電流互感器實時采集高壓側三相電流數據并傳輸給監控服務器;二次側三相電電流互感器實時采集低壓側三相電流數據并傳輸給監控服務器;
監控服務器還包括:線路損耗分析模塊、視在功率曲線生成模塊、視在功率對比模塊、數據交互平臺;
線路損耗分析模塊用于根據電網的拓撲結構,按天采集線路下的單相、三相用戶和臺區總表的用電量,通過建立線損分析模型,實時地分析每條線路的實際損耗,在超過一定閥值后進行告警;
視在功率對比模塊用于根據實時傳輸的一次側三相電電流,一次側三相電壓,二次側三相電電流,二次側三相電壓,計算出有功功率,無功功率,并得出視在功率,制成視在功率曲線;
視在功率對比模塊用于對比一次側用電信息和二次側用電信息,進行數據對比并在同一頁面繪制成兩條視在功率曲線,在顯示屏上反映給用戶一、二次側用電信息是否存在用電異常;
數據交互平臺用于實現使用人員與運維人員之間交流通信,對系統進行跟蹤處理,并且提供移動終端連接的客戶端端口,使使用人員與運維人員使用移動終端連接數據交互平臺;
平臺還用于提供用電信息采集系統建設規范、標準、采集系統操作手冊,對常見問題異常處理方法相關資料進行歸類、展示,方便用戶查閱,實現知識文檔管理、知識搜集與指導、常見問答功能,以根據問題發生地區、問題類別、提交時間、解決時間等角度進行統計匯總、分析。
本實施例中,監控服務器1與數據采集子系統2之間的通信設有中繼器3。
本實施例中,監控服務器1還包括:二次側相電壓比較判定模塊、二次側相電流比較判定模塊、功率判定模塊、功率因數判定模塊;
二次側相電壓比較判定模塊用于將二次側各相電壓數據與二次側各相電壓基礎數據中的參考電壓進行比較,若測得電壓比參考電壓低20%以上,則判斷為欠壓;若測得電壓比參考電壓高20%以上,則判斷為超壓;若電壓為0,則判斷為失壓;
二次側相電流比較判定模塊用于根據二次側各相電流數據,計算電流三相不平衡率,滿足(最大電流值-最小電流值)/最大電流值≥30%的條件則判斷為三相電流不平衡;若最小電流值為0,則判斷為失流;
功率判定模塊用于
滿足下列條件時,則判斷為功率異常:
(P2-P3)/P2≥30%
三相三線:
三相四線:
將P1與有功功率數據比較,較大的值取為P2,小的值取為P3
其中,UA,UB,UC為各相電壓值,IA,IB,IC為各相電流值,取為正常值,一般為0.8-0.9,可設為0.866,即取為30°;
功率因數判定模塊用于
若滿足下列條件,則判斷為“功率因數異常”:
P:用電信息采集系統采集的有功功率
S:視在功率,為根據電流電壓計算所得數據,其中:
三相三線:
三相四線:S1=UAIA+UBIB+UCIC。
本實施例中,數據采集子系統2還包括:二次側電流采樣變換模塊、A/D轉換模塊、處理器、存儲器、電源模塊;
電源模塊從一次側線路上獲取電能經變壓、整流、濾波后供整個裝置使用;
二次側電流采樣變換模塊用于將二次側三相電流轉換為標稱值為5A的電流,再把5A的電流轉換為標稱值為5V的電壓信號;電壓信號經過過零比較器生成頻率相同的方波;以利于測頻和實現缺相檢測。
A/D轉換模塊用于對電壓信號進行A/D轉換,并將轉換后的電壓信號傳輸給處理器;
處理器用于將電壓信號作為基準電壓u(n)進行電流和功率有效值的計算,
計算公式如下:
其中i(n)為采樣值,N為采樣次數;
并將計算后得到的結果保存在存儲器內。
本實施例中,數據采集子系統2還包括:設置在各個監控區域的攝像頭,視頻處理模塊,視頻傳輸模塊;
攝像頭用于攝取監控區域內的視頻圖像;
視頻處理模塊用于對攝像頭攝取監控區域內的視頻圖像進行壓縮加密處理,并通過視頻傳輸模塊將視頻圖像傳輸至監控服務器。
本實施例中,如圖3和圖4所示,數據采集子系統2還包括:探測裝置;
所述探測裝置包括:熱敏電阻,熱敏電阻一端接到放大器的二腳,另一端連接放大器的三腳,與熱敏電阻并聯的光電隔離器的一端連接放大器的二腳,另一端連接放大器的三腳,放大器的四腳連接+5V的電源VCC1,放大器的十一腳腳接地,放大器的輸出端連接定時器的四腳,定時器的六腳和二腳同時接至電阻R4第二端和電容C1第一端的之間,電阻R4的第一端與電阻R3第二端連接;電阻R3第一端通過電阻R2連接電源VCC2,電容C1第二端接地,定時器的八腳接電源VCC3,定時器的一腳接地,定時器的三腳為信號的輸出端,輸出的信號連接報警裝置;
所述報警裝置包括:與定時器的三腳連接的發光二極管LED,發光二極管LED與三極管的基極相連,三極管的集電極連接電源VCC4,發射極連接電阻R5第一端,電阻R5第二端接地,三極管發射極連接電容C2第一端,電容C2第二端與發聲器第一端連接,發聲器第二端接地。
當熱敏電阻R1檢測到人體熱量向放大器發出感應信號,感應信號通過放大器U2進行放大,放大的信號經過定時器U3,定時器U3的4腳則為高電平,定時器處于觸發的工作狀態。定時器構成了多諧振蕩器,其振蕩的周期與外電路中的電阻R2、R3、R4和電容C1有關。在多諧振蕩的作用下,定時器U3的三腳則輸出方波信號,在方波信號的作用下,報警裝置中的發光二極管不斷閃爍亮,方波信號通過三極管后發聲器發聲報警。
當光電耦合器U1中間的光被遮擋,則光電耦合器檢測到有人經過,產生感應信號,感應信號通過放大器U2進行放大信號,放大的信號經過定時器U3,定時器U3的四腳則為高電平,定時器處于觸發的工作狀態。
在多諧振蕩的作用下,定時器輸出方波信號,在方波信號的作用下,報警電路中的發光二極管D1不斷閃爍亮,同時方波信號通過三極管后發聲器發聲報警。
本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述,每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處,各個實施例之間相同相似部分互相參考即可。
對所公開的實施例的上述說明,使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的,本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下,在其它實施例中實現。因此,本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例,而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。