[发明专利]一种基于配电系统低容错监控信息交互系统

摘要

本发明提供一种基于配电系统低容错监控信息交互系统，服务器对现场数据采集终端采集并发送的数据并结合数据库储存的历史数据信息，基于分类、统计、计算和分析的结果，提供信息查询、定制报表和分析报告形成等一系列功能，以便支持停电原因查找、可靠性数据统计方面的综合应用；配电网各类数据包括实时数据、非实时数据和准实时数据；具体的模块功能包括：配电网故障的原因归类分析；调度工作计划的检索和分析；调度操作票统计和分类；停电工作分类与工作评定；供电可靠性分析与统计；其它应用户需要而专门进行的综合应用。

主权项

1.一种基于配电系统低容错监控信息交互系统，其特征在于，包括：服务器以及多个与服务器通过GPRS或光纤通信连接的现场数据采集终端；现场数据采集终端设置在被监控的变电站或被监控的电力设备，现场数据采集终端用于对被监控的变电站或被监控的电力设备内部的数据信息进行采集，并将采集的数据信息上传至服务器；现场数据采集终端包括：处理器、低通滤波器、信号放大模块、无线通信模块、数据采集储存模块、供电电池、状态量采集模块、交流模拟量采集模块、历史数据处理模块、变压设备数据采集模块、供电线路数据采集模块、断路器数据采集模块、隔离开关数据采集模块、接地开关数据采集模块、设置在一次侧电流互感器，一次侧电压互感器，二次侧电流互感组件，二次侧电压互感组件；一次侧电流互感器实时采集一次侧三相电流数据并传输给服务器；一次侧电压互感器实时采集一次侧三相电压数据并传输给服务器；二次侧电流互感组件实时采集二次侧三相电流数据并传输给服务器；二次侧电压互感组件实时采集二次侧三相电压数据并传输给服务器；状态量采集模块用于实时采集低压台区低压开关位置状态，低压开关发生变位时，将低压开关变位信息储存，并发送给处理器；交流模拟量采集模块用于按使用要求预设电压、电流、功率和功率因数模拟量采集，测量电压、电流、功率和功率因数，并具有电压监测越限统计，电压准确度等级为0.5，具有谐波数据统计，谐波分量准确度等级为1；历史数据处理模块用于将采集的数据以日为单位，在次日零点形成历史日数据，并保存最近30日数据，按照设定的冻结间隔以15min、30min、45min以及60min形成各类冻结曲线数据，并保存最近30天曲线数据，并发送给处理器；变压设备数据采集模块用于采集现场变压设备及与变压设备相适配的配电设备的模拟量，变压器各侧电流、电压、有功功率、无功功率、线圈温度和油温，并发送给处理器；所述供电线路数据采集模块用于采集供电线路的三相电压、三相电流、零序电压和零序电流，并发送给处理器；所述断路器数据采集模块、隔离开关数据采集模块、接地开关数据采集模块分别用于采集现场设备的开关量，开关量包括：断路器位置、隔离开关、接地开关位置、保护动作总信号、就地/远方转换开关位置、断路器操动机构异常信号、控制回路断线信号、保护报警信号以及保护装置故障信号，并发送给处理器；二次侧电流互感组件包括：电流互感器，电流互感器的输入端接二次侧线路，电流互感器的第一输出端分别接二极管DdL1的阴极、二极管DdL2的阳极、运放器正极输入端、电容CdL1第一端以及电阻RdL1，电流互感器的第二输出端分别接二极管DdL1的阳极、二极管DdL2的阴极以及运放器负极输入端，运放器输出端接二次侧电流互感组件的输出端；二次侧电流互感组件的输出端通过低通滤波器接处理器；二次侧电压互感组件包括：电压互感器U1，电压互感器U1的输入端分别通过电阻Rdy1和电阻Rdy2接二次侧线路，电压互感器的第一输出端分别接二极管Ddy1的阴极、二极管Ddy2的阳极、运放器正极输入端、电容Cdy1第一端以及电阻Rdy3第一端，电压互感器的第二输出端分别接二极管Ddy1的阳极、二极管Ddy2的阴极以及运放器负极输入端，运放器输出端、电容Cdy1第二端、电阻Rdy3第二端以及二次侧电压互感组件的输出端同时连接；二次侧电压互感组件的输出端通过低通滤波器接处理器；低通滤波器包括：滤波第一电容、滤波第二电容、滤波第三电容、滤波第四电容、滤波第五电容、滤波第一电阻、滤波第二电阻、滤波第三电阻、滤波第四电阻、滤波第五电阻、滤波第六电阻、滤波二极管一、滤波二极管二、滤波运放器一以及滤波运放器二；滤波第一电阻第一端、滤波二极管一负极、滤波二极管二正极与滤波第二电阻第一端连接；滤波第一电阻第二端，滤波二极管一正极，滤波二极管二负极，滤波第一电容第一端同时接地；滤波第二电阻第二端，滤波第一电容第二端，滤波第三电阻第一端连接；滤波第三电阻第二端和滤波第二电容第一端均与滤波第四电阻第一端连接，滤波第四电阻第二端和滤波第三电容第一端均与滤波运放器一正极输入端连接，滤波第三电容第二端接地；滤波运放器一负极输入端、滤波运放器一输出端和滤波第二电容第二端均与滤波第五电阻第一端同时连接；滤波第五电阻第二端、滤波第四电容均与滤波第六电阻同时连接，并通过滤波第五电容接地；滤波第六电阻接滤波运放器二的正极输入端；滤波运放器二的负极输入端、滤波运放器二的输出端均与滤波第四电容同时连接；滤波运放器一、滤波运放器二分别连接5V电源；现场数据采集终端还包括：供电电池电流获取电路，时间电路，稳压电路，供电电池电压获取电路；处理器包括：供电电池电流获取电路的输出端DL连接处理器的3脚，电压信号的输出端DY连接处理器的2脚；处理器14脚、15脚连接时间电路的时间芯片的6脚和5脚，时间电路和处理器之间的通讯协议为I2C总线协议；处理器的9、10脚为晶振接口，分别连接晶振XT1的两端，晶振XT1的两端分别通过电容CC2、CC3接地；处理器的23、24脚连接无线通信模块；供电端VCC通过电阻RC2和电阻RC1连接处理器的1脚，电阻RC2和电阻RC1之间通过电容CC4接地；VCC连接处理器的20脚，20脚还通过电容CC1接地，处理器的8、19脚接地；时间电路包括：时间芯片，时间芯片的1、2脚接晶振YS1的两端，8脚通过二极管DS1接电源VCC，同时通过电容CS1接地，通过电阻RS1与备用电池BT1相连，3、4脚接地；稳压电路包括：电源芯片，电源芯片1脚接滤波电感LD1，滤波电感LD1接熔断丝FY，熔断丝FY接二极管DY1，二极管DY1接+5V的VBB，电源芯片2脚接地，滤波电感LD1和熔断丝FY之间通过电阻RD1接地，电源芯片1脚与滤波电感LD1之间通过电容CD1接地，电源芯片3脚分别通过电容CD3、CD4和CD5接地，电源芯片3脚输出+5V的稳定电压VCC给处理器供电；供电电池电压获取电路包括：电阻Rdy2，电阻Rdy2连接供电电池正极，电阻Rdy3连接供电电池负极及接地，电阻Rdy3两端的电压为运放器Lmdy的同相端2脚的输入，运放器Lmdy的1脚通过电阻Rdy4与运放器Lmdy的3脚相连，运放器Lmdy的4脚接VCC,5脚接地，运放器Lmdy的3脚通过电阻Rdy1接输出端DY，电阻Rdy1与输出端DY之间通过电容Cdy1接地，电阻Rdy1和电容Cdy1为的滤波电路，将处理器的输入信号进行滤波；供电电池电流获取电路包括：电压变送器的4、5脚分别接供电电池的正负极，在4、5脚之间串联分流器LFL，电压变送器1脚接VCC，3脚接地，2脚连接电阻Rdl4一端，电阻Rdl4另一端分别连接电阻Rdl2和电阻Rdl3，电阻Rdl3接地，电阻Rdl2连接运放器Lmdl2脚，运放器Lmdl4脚接VCC，5脚接地，运放器Lmdl1脚通过电阻Rdl1接3脚和处理器的输出端DL；电阻Rdl3和电阻Rdl4为分压电阻；处理器用于对接收的数据信息储存至数据采集储存模块内部，并且控制无线通信模块，将数据信息发送至服务器；服务器包括：电压监测模块、功率因数监测模块、开关量监测模块、校时模块、限值设置模块、线路损耗分析模块、视在功率曲线生成模块、视在功率对比模块、数据库、数据统计分析模块；电压监测模块用于对用电网电压偏差监测，对用电网电压合格率统计；功率因数监测模块用于按设置的功率因数分段限值对监测点的功率因数进行分析统计，记录每月功率因数越限值发生在各区段的累计时间；开关量监测模块用于根据现场数据采集终端传输的配电开关状态，监测供电网络的开关状态信息；校时模块用于向现场数据采集终端发送时钟校时指令，使现场数据采集终端采集的时钟与服务器的晶振时钟相同；限值设置模块用于设置监控区域内电能表的电压及电流越限值、功率因数分段限值；线路损耗分析模块用于根据电网的拓扑结构，按天采集线路下的单相、三相用户和台区总表的用电量，通过建立线损分析模型，实时地分析每条线路的实际损耗，在超过一定阀值后进行告警；视在功率曲线生成模块用于根据实时传输的一次侧三相电电流，一次侧三相电压，二次侧三相电电流以及二次侧三相电压，计算出有功功率和无功功率，并得出视在功率，制成视在功率曲线；视在功率对比模块用于对比一次侧用电信息和二次侧用电信息，进行数据对比并在同一页面绘制成两条视在功率曲线，在显示屏上反映给用户一、二次侧用电信息是否存在用电异常；数据统计分析模块用于对现场数据采集终端采集并发送的数据并结合数据库储存的历史数据信息，基于计算和分析的结果，提供信息查询、定制报表和分析报告形成一系列功能，以便支持停电原因查找、可靠性数据统计方面的综合应用；配电网各类数据包括实时数据、非实时数据和准实时数据；具体的模块功能包括：配电网故障的原因归类分析；调度工作计划的检索和分析；调度操作票统计和分类；停电工作分类与工作评定；供电可靠性分析与统计；其它应用户需要而专门进行的综合应用；现场数据采集终端还包括：数据生成模块、数字签名模块、密文生成模块、加密会话密钥生成模块、加密数据发送模块；数据生成模块用于使用服务器预设的AES算法对待发送的数据信息生成消息概要；数字签名模块用于采用服务器预设的公钥密码机制ELGamal利用服务器的私钥对所产生的消息概要进行数字签名；密文生成模块用于利用服务器预设的会话密钥对数据信息进行AES加密，得到密文；加密会话密钥生成模块用于服务器预设的公钥密码机制ELGamal加密算法以及利用服务器的公钥加密会话密钥，得到加密后的数据通信会话密钥；加密数据发送模块用于将产生的数字签名、加密后的密文和会话密钥一起发送给服务器；服务器还包括：加密数据接收模块、密文解密模块、概要生成模块、概要解密模块、概要对比模块；加密数据接收模块用于通过通信网络接收到现场数据采集终端发过来的数据通信会话密钥，采用公钥密码机制ELGamal解密算法利用现场数据采集终端的私钥对加密的会话密钥进行解密，并判断解密后会话密钥是否与预设的会话密钥相匹配，如果相匹配，则接收数字签名和加密后的密文；密文解密模块用于采用预设的AES算法利用解密出来的会话密钥对密文进行解密，得到数据信息；概要生成模块用于利用预设的AES算法将密文解密模块解密的数据信息生成后消息概要；概要解密模块用于采用预设的公钥密码机制ELGamal利用现场数据采集终端发送的公钥将接收到的数字签名进行解密，得到现场数据采集终端的消息概要；概要对比模块用于使用服务器预设的AES算法对概要解密模块得到的消息概要与概要生成模块生成的后消息概要进行对比判断，如概要解密模块得到的消息概要与概要生成模块生成的后消息概要相同，则判断为数据接收成功显示正常，如果概要解密模块得到的消息概要与概要生成模块生成的后消息概要不相同，则判断为非正常数据，显示异常；时间芯片采用PCF8583；电源芯片采用LM2931T5.0；处理器采用PIC18F258。