CN105006887B - 一种实现智能化配电远程监控的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种实现智能化配电远程监控的系统和方法。将各种电力设备的电力设备配置信息存储在云端服务器，通过和监控客户端及电力设备控制单元交互同步，实现远程监测、遥控和智能设置的目的，此外通过自动学习用户用电情况提供智能决策建议，发现和预防过压、过流、负载状态不正常等引起的故障风险。采用该系统可以实现配电系统少人或无人值守,降低各种用电设备的运营成本，提高供配电管理效率和自动化水平。

Description

一种实现智能化配电远程监控的系统和方法

技术领域

本发明涉及电力供配电监控技术领域，更确切地说涉及一种实现智能化配电远程监控的系统和方法。

背景技术

在生产、生活中，电力供配电系统向各种用电设施提供三相电源，经配电箱（柜）对每一个回路进行控制，如对照明回路控制需要按照季节和时间变化，调节亮灯时间，并在不需要时关灯以利于节能。

传统的供配电系统，设备及控制简单，自动化程度低，需要配有专人值班和巡视，发生故障需要沿着线路查找，不能适应现代社会经济高速发展的需要。

此外，现有的供配电监控系统往往缺乏移动监控的功能，例如用户不能在手机上监控电力设备的开关时间、用电状况、故障位置和时间等，系统也不能够学习用户的使用习惯而而自动分析，缺乏智能化功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现智能化配电远程监控的系统和方法。将各种电力设备的配置信息存储在云端服务器，通过与监控客户端及电力设备控制单元交互，实现远程监测、遥控和智能设置的目的，同时支持在云端通过自动学习用户用电情况提供智能决策建议，发现和预防过压、过流、负载状态不正常等引起的故障风险。该系统技术先进，安全可靠，经济实用，易于维护，采用该系统可以实现“少人值守、无人值班”，降低各种用电设备的运营成本，提高供配电管理效率和自动化水平，具有较大的经济效益和明显的社会效益。

根据本发明的一个方面，提供了一种智能化的配电远程监控系统，所述的实现智能化配电远程监控的系统，包括以下三部分。

（1）电力设备控制单元：包括可显示当前设备状态的指示灯或显示屏，对配电系统进行数据采集的信号采集模块，对配电系统发送控制数据的控制模块，按照配置规则处理输入信息的逻辑处理模块，存储电力设备配置信息的存储模块，以及通过有线或无线网络与云端服务器交互的传输模块。

（2）监控客户端：包括根据设备用途配置电力设备控制单元的设置模块，实现监控目标电力设备的监控模块，存储电力设备配置信息的存储模块，以及实现监控客户端与云端服务器交互的传输模块。

（3）云端服务器：包括对电力设备配置信息进行管理的设备管理模块，按云用户账户进行管理的用户账户管理模块，对设备使用情况进行分析提供决策的智能算法模块，以及提供网络传输及加解密功能的传输模块。

根据本发明的另一个方面，提供了一种通过监控客户端与云端服务器的交互实现远程设置和智能监控的方法，包括监控客户端选择目标电力设备并设置控制参数的第一步骤。监控客户端从云端服务器获得智能决策建议的第二步骤。用户根据智能决策建议决定最终的设备模式设置参数，并发送到电力设备控制单元的第三步骤。

根据本发明的另一个方面，提供了一种获得智能决策建议的方法，包括根据操作日志数据计算监测目标参数的第一步骤；应用F统计量来检验分布特征的第二步骤；应用临界值检验确定结构性变化的第三步骤；根据时间细分排除季节性、节假日等特殊影响的第四步骤；用户审核和应用智能决策建议的第五步骤。

根据本发明的另一个方面，提供了一种实现电力设备控制单元的配置信息共享和迁移的方法，其特征在于，包括云用户账户注册和登录的第一步骤；电力设备控制单元配置信息的管理,包括电力设备控制单元的配置信息共享或迁移的第二步骤；云端服务器与监控客户端同步和退出云用户界面的第三步骤。

附图说明

图1是举例说明根据本发明实施例的一种系统模块架构图。

图2是举例说明根据本发明实施例的一种用户完成电力设备控制单元远程设置的流程图。

图3是举例说明根据本发明实施例的一种用户完成电力设备控制单元智能监控的流程图。

图4是本发明的一种对电力设备控制单元操作数据进行智能分析的数据结构示意图。

图5是举例说明根据本发明实施例的一种实现电力设备控制单元设备配置信息的共享和迁移的的流程图。

具体实施方式

在详细说明本发明的实施例前，应该说明的是，在本文中提到的，诸如，上和下，前和后，第一和第二之类的关系术语，仅仅用来区分一个实体或动作与另一个实体或动作，而不一定要求或暗示这种实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。而“包括” ，“包含”或任何其他衍生的术语旨在涵盖非排他性的包含，因此使得包括一系列要素的过程，方法或者设备不仅包括这些要素，而且还包含没有明确列出的其他要素，或者为这些过程，方法，或者设备所固有的要素。

本发明的核心思想是提供一种实现智能化配电远程监控的系统和方法。将各种电力设备的配置信息存储在云端服务器，通过与监控客户端及电力设备控制单元交互实现远程监测、遥控和智能设置的目的，同时支持在云端通过自动学习用户用电情况提供智能决策建议，发现和预防过压、过流、负载状态不正常等引起的故障风险。同时支持电力设备控制单元在云端按用户账户进行管理，可方便地实现电力设备配置信息的共享及迁移。以下结合附图和具体的实施例对本发明的技术方案进行详细描述。

图1为本发明一最佳实施例的一种系统模块架构图，具体说明如下。

电力设备控制单元：包括可显示当前设备状态的指示灯或显示屏，对配电系统进行数据采集的信号采集模块，对配电系统发送控制数据的控制模块，按照配置规则处理输入信息的逻辑处理模块，存储电力设备配置信息的存储模块，以及通过有线或无线网络与云端服务器交互的传输模块。电力设备控制单元可通过RS-485协议连接到智能电表、温湿度传感器等受控单元。

监控客户端：包括根据设备用途配置电力设备控制单元的设置模块，实现监控目标电力设备的监控模块，存储电力设备配置信息的存储模块，以及实现监控客户端与云端服务器交互的传输模块。

云端服务器：包括对电力设备配置信息进行管理的设备管理模块，按云用户账户进行管理的用户账户管理模块，对设备使用情况进行分析提供决策的智能算法模块，以及提供网络传输及加解密功能的传输模块。

需要说明的是在监控客户端、电力设备控制单元与云端服务器之间的信息传输，考虑到距离遥远和涉及用户信息的安全性，需要在传输模块的设计中应用加解密方法，如使用secured socket layer (SSL)协议，防止用户敏感信息被盗取。

图2是举例说明根据本发明实施例的一种用户完成电力设备控制单元远程设置的流程图。

步骤1、用户在监控客户端启动应用程序，选择“本地设备”或“云设备”选项。 本地设备用于管理存储在本地监控客户端的设备，云设备则需要联网获取与登录用户账号向关联的设备列表。如果选择“本地设备”，跳到步骤三。

步骤2、用户在“云设备”选项，登录云账户。需要输入用户名和密码，如果验证成功进入步骤三，否则继续输入用户名和密码，如果连续失败三次，则该云账户被锁定，用户需要管理员帮助或者等待一段时间后系统解锁，才能继续登录云账户。

步骤3、用户在设备列表里，点击选择指定的电力设备控制单元。如果该电力设备控制单元没有在设备列表里，用户需要手动添加该电力设备控制单元。

步骤4、用户对指定的电力设备控制单元，按“增加”、“删除”、“修改”操作按钮，点击完成电力设备控制单元监控功能属性的设置。监控功能属性包括地理位置、温度、湿度、三相电流、三相电压、有功功率、无功功率、功率因数、目标电器等。需要执行的设置包括modbus协议规约、数据解析规则的设定。

步骤5、用户对相关的监控功能属性，完成预警及警报功能的设置。例如针对温度属性，用户可以设置需要预警的阈值（最低温和最高温）、触发警报的条件、通知的方式（手机短信、电子邮件、FTP/Web通知、声光警报等）和联动措施。

步骤6、需要定义下一个电力设备控制单元吗？完成上述设置后，如果需要定义下一个电力设备控制单元，则返回步骤三；否则进入步骤七。

步骤7、存储电力设备控制单元的设备配置信息。将上述电力设备控制单元的设备配置信息存储在监控客户端，并通过云端服务器同步发送到所述的电力设备控制单元的存储模块，然后退出。

图3是举例说明根据本发明实施例的一种用户完成电力设备控制单元智能监控的流程图。包括以下步骤。

步骤1、电力设备控制单元定时上报监控数据。 例如所述的电力设备控制单元通过传输模块，每隔六十秒向云端服务器上报相连的湿度传感器按照modbus协议发送的十六进制数据。

步骤2、是否已经达到预警条件？云端服务器的设备管理模块对收到的监控数据运用智能算法进行分析，如果发现监测数据已经达到预警条件，例如湿度超过设定的阈值（百分之七十）或者超过过去三十天的最大值，那么进入步骤三。

步骤3、发送预警通知，采取联动措施。云端服务器通过传输模块，按照设置的警报方式发送短信或Email等，通知相关责任人员；同时立即启动联动响应措施，如下发指令到该电力设备控制单元，控制相连的加热线圈自动启动，并将上报湿度数据的时间间隔缩短至每隔十秒上报一次。

步骤4、是否已经达到预警解除条件？云端服务器的设备管理模块对收到的监控数据进行分析，运用智能算法，如果发现连续十次监测数据已经达到预警解除条件，例如湿度降到设定的阈值（百分之七十）一下或者低于过去三十天最大值的百分之十，那么通过传输模块发送警报解除通知；否则回到步骤二。

需要说明的是，步骤三中除了智能配电系统自动启动联动响应措施外，收到预警通知的责任人也可以通过监控客户端，手动远程操控所述的电力设备控制单元，完成类似的相应措施。

图4是本发明一最佳实施例的一种对电力设备控制单元操作数据进行智能分析的数据结构示意图。包括以下数据表。

表一，操作日志按时间顺序列出了电力设备控制单元所执行的各种操作。包括监控设备编码,功能属性编码，监控数据，监控的具体日期和时间。

表二，功能分类表列出了监控功能属性编码和对应的监控功能类型，例如，监控功能属性编码01、02对应的监控功能类型分别是电流I和电压U。

表三，时间细分表针对监控操作记录的时间，按不同时间单元的划分进行解析，例如该操作时间所对应的季度、月份、星期和时段，以及当天是否是节假日等特殊日期的情况。

这样，用户使用所述的电力设备控制单元系统一段时间后，云端服务器的智能算法模块可以从存储在云端的操作日志，得出该电力设备控制单元的指定监控功能的时间分布，例如可以得到用户过去一个月控制照明线路的时间记录，然后按下述方法进行智能分析。

步骤1、从操作日志表读取采样数据，假设照明线路有n盏路灯，每隔60秒读取其中一盏灯的功能信号电流I和电压U，则按下述公式计算该盏灯的瞬间功率为：

于是该照明线路的总功率为：

其中，

是该照明线路的线损值，根据监测样本数据由P_t和P_i的平均值计算出来。

步骤2、假设不考虑节假日、不区分工作日与周末的因素，某照明线路在正常工作的情况下，其有功功率在特定的操作时间满足正态分布。我们取过去30天在相同的采样时间段计算出的瞬间功率，分成两个部分： T1为过去30天同一时间段的数据； T2为当天同一时间段的数据。按下述公式计算出F统计量:

其中是用过去30天所有样本的瞬间功率值计算得到的残差平方和，是用T1子样本的瞬间功率值计算得到的残差平方和，残差平方和的计算公式为：

。

步骤3、为检验收集的样本数据是否能够认为来自正态总体，应用显著性水平为5%的临界值检验。当F值小于等于临界值时，可以认为原假设成立，智能分析结束；当F值大于临界值时，可以认为出现了结构变化,比如照明线路个别灯泡断路导致瞬间功率在过去3天下降，对此需要进一步分析。

步骤4、为了排除季节性、节假日等特殊日期影响，根据表三对上述样本操作时间分析，例如在步骤3得出过去三天的结构变化恰好是因为是暑期更改了照明线路的操作时间所致，并且与往年同时期的数据是一致的，即以往年同时期的数据样本为T1计算出的F值小于等于临界值时，可以认为季节因素成立，分析结束；反之，排除季节性、节假日等特殊情况的影响，认定是发生了结构性变化，如果由T2的样本数据计算出的n₂值小于由T1的样本数据计算出的n₁值，则判断有n₁ - n₂盏路灯损坏，建议检修。

步骤5、针对云端服务器提示的决策建议，用户可以审核决定是否需要采纳。如果是由于计划检修等正常原因造成的功率下降，那么可以忽略并注明原因；反之，则需要采纳建议。用户可以根据所述电力设备控制单元的地理位置，方便地检查所指示的线路，从而快速解决故障问题。

图5是本发明的一种实现电力设备控制单元设备配置信息的共享和迁移的的流程图。包括以下步骤。

步骤１、用户从监控客户端用户界面里启动云用户功能，进入云用户界面。如果用户尚未注册云用户账户，那么需要点击“注册” 按钮完成注册。如果用户已经注册有云用户账户，那么可以直接输入账号和密码进行登录。

步骤2、登录云账户后，用户可以通过点击菜单分别执行以下三个步骤。

步骤2A、用户账户管理。在这里用户可以对自身账户信息进行维护，比如用户名和密码的修改。

步骤2B、设备信息管理。在这里用户可以对电力设备控制单元执行添加、删除和修改的操作，其中添加功能可以把需要监控的电力设备控制单元加入到用户账户下进行管理，删除可以把用户账户下现有的不需要的电力设备控制单元删掉，修改可以对电力设备控制单元的配置信息进行修改，如对该电力设备控制单元的上报时间频率进行修改等。

步骤2C、设备配置信息管理。在这里用户可以对云账户下电力设备控制单元的设备配置信息修改，实现设备配置信息的共享和迁移。设备配置信息的共享是通过把现有的设备配置信息共享给云账户下其他的设备，这样其他的设备无需进行繁琐的设定，就可以自动获得包括功能属性及警报设置等的配置信息。设备配置信息的迁移是通过把现有的设备配置信息转移给云账户下其他的设备, 这样可以实现从旧设备继承所有配置然后自动转移到新设备的目的。

步骤3、完成上述操作后，用户可以点击“退出”按钮，云端服务器将自动保存云账户的配置信息，并通过传输模块同步到监控客户端,然后退出云用户功能界面。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种实现智能化配电远程监控的系统，其特征在于，由电力设备控制单元、监控客户端和云端服务器三部分组成：

（1）电力设备控制单元：完成对所连接的电力设备的信息采集、状态显示、控制参数的设置，以及存储预先配置的规则并按照配置规则处理输入信息的功能；电力设备控制单元包括对配电系统进行数据采集的信号采集模块，显示当前设备状态的指示灯或显示屏，存储电力设备配置信息的存储模块，按照配置规则处理输入信息的逻辑处理模块，对配电系统发送控制数据的控制模块，以及通过有线或无线网络与云端服务器交互的传输模块；

（2）监控客户端：通过云端服务器对电力设备控制单元进行设置、实现对其连接的电力设备进行远程监控的功能；监控客户端包括根据设备用途配置电力设备控制单元的设置模块，实现监控目标电力设备的监控模块，存储电力设备配置信息的存储模块，以及实现监控客户端与云端服务器交互的传输模块;

（3）云端服务器：使用有线或无线互联网、2G/3G/4G通讯网络与电力设备控制单元和监控客户端进行信息交互，在云端通过自动学习用户用电情况提供智能决策建议，发现和预防过压、过流、负载状态不正常引起的故障风险，同时支持在云端按用户账户进行管理，实现电力设备配置信息的共享及迁移；云端服务器包括对电力设备配置信息进行管理的设备管理模块，按云用户账户进行管理的用户账户管理模块，对设备使用情况进行分析提供决策的智能算法模块，以及提供网络传输及加解密功能的传输模块。

2.如权利要求1所述的实现智能化配电远程监控的系统，其特征在于，所述的监控客户端设置模块可以选择“本地设备”或“云设备”进行设置，本地设备用于管理存储在本地监控客户端的设备，云设备需要联网从云端服务器获取与登录用户账号关联的设备进行管理。

3.如权利要求1所述的实现智能化配电远程监控的系统，其特征在于，所述的电力设备配置信息包括设备特征识别码、设备类型编码、功能组合和功能定义、modbus协议配置信息、地理位置信息、数据解析规则、供配电规则，以及设备所属的用户账户信息；上述配置信息，分别存储在电力设备控制单元和监控客户端的存储模块里，支持在云端按用户账户进行管理，实现电力设备配置信息的共享及迁移。

4.如权利要求1所述的实现智能化配电远程监控的系统，其特征在于，所述的云端服务器的智能算法模块从存储在云端的操作日志，得出电力设备控制单元的指定监控功能的时间分布，然后应用F统计量来检验分布特征，应用临界值检验确定结构性变化，根据时间细分排除季节性、节假日的特殊影响，认定是否发生了结构性变化，提供智能决策建议。

5.如权利要求1所述的实现智能化配电远程监控的系统，其特征在于，应用于该系统的一种通过监控客户端与云端服务器和电力设备控制单元的交互实现远程设置和智能监控的方法，包括

监控客户端选择目标电力设备并设置控制参数的第一步骤；

监控客户端将设备设置信息发送到云端服务器获得智能决策建议的第二步骤；

用户根据智能决策建议决定最终的设备配置参数，并发送到电力设备控制单元的第三步骤。

6.如权利要求5所述的实现智能化配电远程监控的系统，其特征在于，监控客户端将设备设置信息发送到云端服务器获得智能决策建议的步骤包括

根据操作日志数据计算监测目标参数的第一步骤；

应用F统计量来检验分布特征的第二步骤；

应用临界值检验确定结构性变化的第三步骤；

根据时间细分排除季节性、节假日的特殊影响的第四步骤；

用户审核和应用智能决策建议的第五步骤。

7.如权利要求1所述的实现智能化配电远程监控的系统，其特征在于，应用于该系统的一种实现电力设备控制单元的配置信息共享和迁移的方法，包括

云用户账户注册和登录的第一步骤；

电力设备控制单元配置信息的管理,包括电力设备控制单元的配置信息共享或迁移的第二步骤；

云端服务器与监控客户端同步和退出云用户界面的第三步骤。

8.如权利要求7所述的实现智能化配电远程监控的系统，其特征在于，所述的电力设备控制单元的配置信息共享包括把现有的设备配置信息共享给云账户下其他的设备，这样其他的设备无需进行繁琐的设定，就可以自动获得包括功能属性及警报设置的配置信息。

9.如权利要求7所述的实现智能化配电远程监控的系统，其特征在于，所述的电力设备控制单元的配置信息迁移包括把现有的设备配置信息转移给云账户下其他的设备, 这样可以实现从旧设备继承所有配置然后自动转移到新设备的目的。