CN103852744A - 电能计量装置分布式在线监测***及其方法 - Google Patents

电能计量装置分布式在线监测***及其方法 Download PDF

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张明明
郭晓斌
李鹏
赵正聪
谭伟
芦琳
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Abstract

本发明涉及一种电能计量装置监测***及其方法，至少包括变电站电能计量装置监测子***(4)、集抄客户电能表监测子***(9)、计量点电能计量装置监测单元(10)和供电公司电能计量装置监测中心(7)。采用现场监测装置进行数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求判断；通过变电站电能计量装置监测主站(6)和供电公司电能计量装置监测中心(7)获取相关电网事件信息，辅助决策；最终由业务人员决策。打破了传统的定期巡检与校验方式，巡视、校验或检修效率高；降低了监测网络的通信负担和对通信环境的要求，降低了变电站电能计量装置监测主站(6)和供电公司电能计量装置监测中心(7)的数据量，运行效率更高。

Description

电能计量装置分布式在线监测***及其方法
一、技术领域
本发明涉及一种电能计量装置监测***及其方法，属于电能计量技术领域。
二、背景技术
电能计量装置主要包括电压互感器(PT)、电流互感器(CT)、二次回路电缆和电能表。这些装置都具有误差，会出现各类故障，如互感器出现匝间短路、高压熔丝断和零线断路等，二次回路出现CT回路重复接地、二次回路电缆断路和绝缘故障等，电能表出现误差超差、硬件故障、工作电源失电、时钟超差、电池故障等；另外还有窃电或操作不当等人为因素造成的过流、分流或失压等故障。传统的管理方式是定期巡检和现场校验，发些电能计量错误后进行电量退补。这种管理方式实时性差，难以及时发现问题，容易造成电量追补纠纷；另外对于违章用电或窃电等人为原因难以发现。
随着我国电网智能化建设进程的加快，出现了各种电能计量计费自动化装置或***，大大提高了电能计费的精确性、实时性和可靠性，减少了电量追补纠纷。如申请号为201220341161.3的一种三相电能远程计量装置，包括现场电能计量终端、通信单元和数据服务器平台，能够实现全天候无人值守远程计量；还有申请号为201210011062.3的物联网架构下的电能智能计量***，自下而上分为感知互动层、网络传输层和应用服务层，所述感知互动层通过网络传输层连接到应用服务层的主站，能够实现自动计量计费，还可以完成负荷预测、线损分析、故障检测等辅助决策功能，提高用电管理水平。为确保电能计量***可靠运行，也出现了多种电能计量装置在线实时监测装置或***，例如申请号为201220559634.7的一种电能计量装置远程监测诊断***，包括用电信息采集***、通信服务器、数据收集分析服务器、业务信息服务器和数据总线等，实现了数据采集、调用和分析处理，能够进行故障报警和追补电量计算，提高了电能计量装置故障发现的及时性，以及电能计量装置的监测和管理水平。
这些***或装置都利用安装于计量点的数据采集装置，向位于监控中心的主站发送数据；数据采集装置不进行数据分析和处理，直接经过通信网络上传。数据量大，容易造成通信拥塞、中断或数据丢失。另外，我国电网呈现智能化和大数据发展趋势，安装于计量点的各种装置或设备智能性提高，数量增多，上传数据量剧增。海量数据处理和智能化辅助决策等技术用于主站的监控，但是实时性在现实的网络通信环境中往往难以满足。本发明在此基础上，提出一种电能计量装置分布式在线监测***及其方法。
三、发明内容
本发明的目的在于提供一种电能计量装置分布式在线监测***及其方法，打破传统的定期巡检与校验等管理方式，实现电能计量装置的实时在线监测；降低整个监测网络的通信负担和监控中心的数据量；提高电能计量计费的智能性、精确性、实时性和可靠性。
电能计量装置分布式在线监测***至少包括变电站电能计量装置监测子***4、集抄客户电能表监测子***9、计量点电能计量装置监测单元10和供电公司电能计量装置监测中心7，如图1所示。所述变电站电能计量装置监测子***4安装于有人值守的变电站，包括变电站电能计量装置监测单元3和变电站电能计量装置监测主站6；所述变电站电能计量装置监测单元3和计量点电能计量装置监测单元10都包括PT监测装置1、CT监测装置2和电能表监测装置5。所述集抄客户电能表监测子***9包括至少一个集抄客户电能表监测装置8。所述计量点电能计量装置监测单元10与变电站电能计量装置监测单元3结构和功能相同，安装于无人值守变电站、发电厂、大客户计量点和配变台区计量点。
所述供电公司电能计量装置监测中心7安装决策支持软件，至少与变电站电能计量装置监测子***4、集抄客户电能表监测子***9和计量点电能计量装置监测单元10有线或无线连接，接收数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求信息；与电力调度***、电力营销***、电力生产管理***和电力地理信息***等相关信息***接口，获取相关电网事件信息，辅助决策，生成巡视、校验或检修指令，并发送决策规则及算法参数设置与修改指令和其他参数设置与修改指令、对时指令、采样频率设置指令和其他指令。所述有线或无线连接是指采用光纤、同轴电缆或双绞线等介质进行有线连接或采用WCDMA、GPRS、ZigBee或其他无线通信技术进行无线连接。
所述变电站电能计量装置监测主站6安装变电站电能计量装置监控软件，与多个变电站电能计量装置监测单元3有线或无线连接，并与供电公司电能计量装置监测中心7有线或无线连接；接收变电站电能计量装置监测单元3上传的数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求信息，并向供电公司电能计量装置监测中心7转发；接收供电公司电能计量装置监测中心7发送的决策规则及算法参数设置与修改指令和其他参数设置与修改指令、对时指令、采样频率设置指令和其他指令，并向变电站电能计量装置监测单元3转发；与变电站监控***和变电站综合信息***等信息***接口，获取相关信息，辅助决策，进行变电站电能计量装置监测。
所述变电站电能计量装置监测单元3通过电能表监测装置5与所述变电站电能计量装置监测主站6有线或无线连接；也在必有的情况下与其他变电站电能计量装置监测单元3的电能表监测装置5有线或无线连接，或者与计量点电能计量装置监测单元10有线或无线连接，进行电能计量数据校验。
所述PT监测装置1、CT监测装置2、电能表监测装置5和集抄客户电能表监测装置8都安装于监测现场，称为现场监测装置。所述现场监测装置的模块结构相同，至少包括信号采样模块、A/D转换模块、微处理器、存储器、串口通信模块、无线通信模块、显示模块和电源模块，如图2所示。所述信号采样模块与被监测的电能计量装置连接，至少获取电流和电压信号，并进行滤波和放大。所述A／D转换模块与信号采样模块连接，接收滤波和放大后的电流和电压信号，进行A／D转换，然后送入微处理器。所述存储器用于扩充微处理器的存储容量，掉电不丢失数据。所述串口通信模块包括至少一路串行通信接口，用于与相关装置有线连接，发送和接收数据。所述微处理器安装监控程序，根据相应的决策规则及算法进行误差计算、误差报警决策、数据异常决策、故障预警决策、巡视和校验请求决策，还进行任务调度、对时、决策规则及算法参数设置和修改等等。
所述PT监测装置1的信号采样模块分别通过电流传感器和电压传感器与被监测的PT连接，至少获取PT二次回路的电流和电压信号，监测PT的运行状态。所述CT监测装置2的信号采样模块分别通过电流传感器和电压传感器与被监测的CT连接，至少获取CT二次回路的电流和电压信号，监测CT的运行状态。所述PT监测装置1和CT监测装置2通过串口通信模块或无线通信模块与电能表监测装置5连接，发送和接收数据。
所述电能表监测装置5的信号采样模块与被监测电能表的输入端子连接，获取电流和电压信号。所述电能表监测装置5的串口通信模块包含至少五路串行通信接口，可与PT监测装置1、CT监测装置2或其他电能表监测装置5的串口通信模块连接，也可与被监测的电能表、变电站电能计量装置监测主站6或供电公司电能计量装置监测中心7连接，进行数据接收和发送。所述电能表监测装置5的无线通信模块可以与PT监测装置1、CT监测装置2或其他电能表监测装置5的无线通信模块连接，也可以与变电站电能计量装置监测主站6或供电公司电能计量装置监测中心7无线连接，进行数据接收和发送。所述电能表监测装置5向变电站电能计量装置监测主站6或供电公司电能计量装置监测中心7发送误差报警、数据异常、故障预警、巡视和校验请求等信息，转发PT监测装置1和CT监测装置2上传的误差报警、数据异常、故障预警、巡视和校验请求等信息；并接收决策规则及算法参数、对时指令和其他设置指令，监测电能表的运行状态。
所述集抄客户电能表监测装置8用于集抄客户电能表监测，与电能表监测装置5的结构和功能相同，可以看作是用于集抄客户电能表监测的电能表监测装置5。所述集抄客户电能表监测装置8通过串口通信模块或无线通信模块与自动抄表***的采集终端或集中器连接，获取电能表的电量、电流和电压信息；集抄客户电能表监测装置8通过串口通信模块或无线通信模块与其他集抄客户电能表监测装置8或计量点电能计量装置监测单元10连接，获取其电量数据，进行电量数据校验。
所述计量点电能计量装置监测单元10通过串口通信模块或无线通信模块与供电公司电能计量装置监测中心7连接，进行数据接收和发送，也可通过串口通信模块或无线通信模块与其他计量点电能计量装置监测单元10、变电站电能计量装置监测单元3或集抄客户电能表监测装置8连接，获取其电量数据，进行电量数据校验。
本发明的电能计量装置分布式在线监测方法，基于所述电能计量装置分布式在线监测***，包括下列步骤：
第一步：PT监测装置1和CT监测装置2至少接收被监测PT和CT二次回路的电流和电压数据，根据相应的决策规则及算法得到数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求信息；
第二步：电能表监测装置5接收被监测电能表的电流、电压和电量数据；接收其他电能表监测装置5、PT监测装置1和CT监测装置2的相关信息；根据相应的决策规则及算法得到数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求信息；
第三步：电能表监测装置5向变电站电能计量装置监测主站6或供电公司电能计量装置监测中心7发送，并转发来自PT监测装置1和CT监测装置2的数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求信息；
第四步：变电站电能计量装置监测主站6和供电公司电能计量装置监测中心7接收数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求信息；与相关信息***接口，获取相关的电网事件信息，辅助决策；
第五步：业务人员根据辅助决策信息，决定是否进行巡视、校验或检修，并根据电网事件和决策经验，修改现场监测装置的决策规则及算法参数。
所述决策规则及算法包括数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求决策规则及算法，至少用于判断电流、电压和电量数据是否异常、是否进行故障预警、是否进行误差报警、是否发出巡视和校验请求。
本发明的有益效果是：采用安装于监测现场的现场监测装置进行数据异常、故障预警、误差报警和巡视与校验请求判断；再通过变电站电能计量装置监测主站6和供电公司电能计量装置监测中心7获取相关电网事件信息，辅助决策；最终由业务人员决定是否巡视、校验或检修。打破了传统的定期巡检与校验方式，提供了是否巡视、校验或检修的决策依据，决策程序科学，降低了决策风险，提高了正确决策的几率；使得巡视、校验或检修目标明确，利于提高其工作效率。本发明的现场监测装置仅上传数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求信息，实现了电能计量装置的分布式实时在线监测，降低了整个监测网络的通信负担和对通信环境的要求，避免了由于通信拥塞引起的数据丢失或错误风险。本发明降低了变电站电能计量装置监测主站6和供电公司电能计量装置监测中心7的数据量，在目前电网智能化和大数据发展趋势下，避免了对服务器软件和硬件的过高要求，运行效率更高。本发明提高了电能计量装置的管理水平与电能计量计费的智能性、精确性、实时性和可靠性。
四、附图说明
图1为电能计量装置分布式在线监测***组成示意图；
图2为现场监测装置的模块结构示意图。
图中，1为PT监测装置；2为CT监测装置；3为变电站电能计量装置监测单元；4为变电站电能计量装置监测子***；5为电能表监测装置；6为变电站电能计量装置监测主站；7为供电公司电能计量装置监测中心；8为集抄客户电能表监测装置；9为集抄客户电能表监测子***；10为计量点电能计量装置监测单元。
五、具体实施方式
以下结合附图和具体的实施方式对本发明的技术方案进行详细地说明。
图1为电能计量装置分布式在线监测***组成示意图，包括变电站电能计量装置监测子***4、集抄客户电能表监测子***9、计量点电能计量装置监测单元10和供电公司电能计量装置监测中心7，如图1所示。所述变电站电能计量装置监测子***4安装于有人值守的变电站，包括变电站电能计量装置监测单元3和变电站电能计量装置监测主站6；所述变电站电能计量装置监测单元3和计量点电能计量装置监测单元10都包括PT监测装置1、CT监测装置2和电能表监测装置5。所述集抄客户电能表监测子***9包括至少一个集抄客户电能表监测装置8。PT监测装置1、CT监测装置2、电能表监测装置5和集抄客户电能表监测装置8都安装于监测现场，称为现场监测装置。
所述供电公司电能计量装置监测中心7作为整个***的核心，安装决策支持软件，接收多个现场监测装置的数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求信息，并发送决策规则及算法参数设置与修改指令和其他参数设置与修改指令、对时指令、采样频率设置指令和其他指令。所述决策支持软件的开发基于公知的商用数据库管理***和操作***，采用B／S和C／S相结合的混合开发模式，优选SUN公司的WEB开发技术。所述决策支持软件与电力调度***、电力营销***、电力生产管理***和电力地理信息***等相关信息***的接口，基于Java Bean形式，采用公知的技术实现；根据电网的地理分布特征，通过电力地理信息***接口进行空间和拓扑分析，分析电网事件与电能计量装置数据异常、故障预警和误差报警的相关性，采用公知的人工智能和决策支持技术建立电能计量装置故障决策模型。
所述变电站电能计量装置监测主站6安装变电站电能计量装置监控软件，接收多个现场监测装置发送的数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求信息，并向供电公司电能计量装置监测中心7转发。所述变电站电能计量装置监控软件与变电站监控***和变电站综合信息***接口，辅助决策，进行变电站电能计量装置监测。所述变电站电能计量装置监控软件运行于公知的计算机，优选工业控制计算机；其开发技术与安装在供电公司电能计量装置监测中心7的决策支持软件相同。
所述PT监测装置1、CT监测装置2、电能表监测装置5和集抄客户电能表监测装置8等现场监测装置的模块结构相同，包括信号采样模块、A／D转换模块、微处理器、存储器、串口通信模块、无线通信模块、显示模块和电源模块，如图2所示。所述信号采样模块至少用于采集电流和电压等模拟信号，对于PT监测装置1或CT监测装置2的信号采样模块分别通过电流传感器和电压传感器与被监测的PT或CT连接，获取其二次回路的电流和电压信号。所述电流传感器优选高精度的穿心式电流传感器；所述电压传感器优选高精度的隔离式电压传感器。所述信号采样模块包含信号滤波电路和放大电路，采用公知的技术实现。所述微处理器优选公知的数字信号处理(DSP)芯片；所述存储器优选FLASH芯片。所述A／D转换模块、串口通信模块、无线通信模块、显示模块和电源模块都采用当前市场上销售的模块实现。
所述微处理器安装监控程序，所述监控程序包括基本功能函数和框架程序，基本功能函数由框架程序调用完成误差计算、误差报警决策、数据异常决策、故障预警决策、巡视和校验请求决策，还进行任务调度、对时、决策规则及算法参数设置和修改等。
所述决策规则及算法包括数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求决策规则及算法。所述数据异常决策规则及算法是根据被监测数据呈现周期性的时间周期Δt、最大值vmax、最小值vmin和监测值v，在最近n(n为设定的参数)个Δt内采用移动平均法、指数平滑法或线性回归法等公知的算法得到其预测值v’，根据公式pv=|v-v’|÷(vmax-vmin)计算v的异常度pv；若pv＞pe(pe为设定的异常度阀值)或v＞vmax或v＜vmin，则判定v异常。
所述故障预警决策规则及算法用于根据电流It和电压值Vt，以及持续的时间t，预测被监测对象可能发生的故障。例如：若某相It＜αIe，Vt＜βVe，t＞Te(Ie为额定电流，Ve为额定电压，α、β和Te都是预定的参数；α优选0.005，β优选0.6，Te优选50s)，而其他相正常，对于电能表监测装置5和PT监测装置1，则可能发生断相故障；对于CT监测装置2，则可能发生高压熔丝断。
所述误差报警决策规则及算法，对于PT监测装置1和CT监测装置2是根据其检定数据、相关试验数据、监测的电流和电压数据，采用公知的计算公式得到其复合误差，若其复合误差超过预定的阀值则报警；对于电能表监测装置5是对被监测的主表和副表的电量进行对比，若相对误差超过预定的阀值则报警。
所述巡视和校验请求决策规则及算法是指依据各种数据异常、故障预警和误差报警发生次数判断是否发送巡视和校验请求，即若数据异常、故障预警和误差报警发生次数超出预定的阀值，则发送巡视和校验请求。

Claims (5)

1.电能计量装置分布式在线监测***至少包括变电站电能计量装置监测子***(4)、集抄客户电能表监测子***(9)、计量点电能计量装置监测单元(10)和供电公司电能计量装置监测中心(7)，其特征在于所述变电站电能计量装置监测子***(4)安装于有人值守的变电站，包括变电站电能计量装置监测单元(3)和变电站电能计量装置监测主站(6)；所述变电站电能计量装置监测单元(3)和计量点电能计量装置监测单元(10)都包括PT监测装置(1)、CT监测装置(2)和电能表监测装置(5)；所述集抄客户电能表监测子***(9)包括至少一个集抄客户电能表监测装置(8)；所述计量点电能计量装置监测单元(10)安装于无人值守变电站、发电厂、大客户计量点和配变台区计量点。
2.按照权利要求1所述的电能计量装置分布式在线监测***，其特征在于所述供电公司电能计量装置监测中心(7)至少与变电站电能计量装置监测子***(4)、集抄客户电能表监测子***(9)和计量点电能计量装置监测单元(10)连接，接收数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求信息；辅助决策，生成巡视、校验或检修指令；至少发送决策规则及算法参数设置与修改指令。
3.按照权利要求1所述的电能计量装置分布式在线监测***，其特征在于所述PT监测装置(1)、CT监测装置(2)、电能表监测装置(5)和集抄客户电能表监测装置(8)都安装于监测现场，至少包括信号采样模块、A／D转换模块、微处理器、存储器、串口通信模块、无线通信模块、显示模块和电源模块。
4.按照权利要求1或3所述的电能计量装置分布式在线监测***，其特征在于所述PT监测装置(1)的信号采样模块与被监测的PT连接，所述CT监测装置(2)的信号采样模块与被监测的CT连接，所述电能表监测装置(5)的信号采样模块与被监测电能表的输入端子连接，所述集抄客户电能表监测装置(8)与自动抄表***的采集终端或集中器连接。
5.电能计量装置分布式在线监测方法，基于权利要求1所述的电能计量装置分布式在线监测***，其特征在于包括下列步骤：
第一步：PT监测装置(1)和CT监测装置(2)至少接收被监测PT和CT二次回路的电流和电压数据，根据相应的决策规则及算法得到数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求信息；
第二步：电能表监测装置(5)接收被监测电能表的电流、电压和电量数据；接收其他电能表监测装置(5)、PT监测装置(1)和CT监测装置(2)的相关信息；根据相应的决策规则及算法得到数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求信息；
第三步：电能表监测装置(5)向变电站电能计量装置监测主站(6)或供电公司电能计量装置监测中心(7)发送，并转发来自PT监测装置(1)和CT监测装置(2)的数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求信息；
第四步：变电站电能计量装置监测主站(6)和供电公司电能计量装置监测中心(7)接收数据异常、故障预警、误差报警、巡视和校验请求信息；与相关信息***接口，获取相关的电网事件信息，辅助决策；
第五步：业务人员根据辅助决策信息，决定是否进行巡视、校验或检修，并修改现场监测装置的决策规则及算法参数。
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