基于区域服务器的电能质量远程监测系统

摘要

本申请涉及一种基于区域服务器的电能质量远程监测系统。该基于区域服务器的电能质量远程监测系统包括监测模块、传输模块和区域服务器；监测模块获取监测区域内各监测点的电能参数，根据电能参数判断各监测点的电能质量；将各监测点的电能质量发送给监测区域内的区域服务器；区域服务器接收监测模块发送的各监测点的电能质量；并通过监测区域内的传输模块发送各监测点的电能质量。在本申请实施例中，通过监测模块判定各监测点的电能质量，通过区域服务器接收各监测点的电能质量，并通过传输模块发送各监测点的电能质量，可以实现各监测点的电能质量的远程监测，能够降低电能质量监测成本，提高监测实时性。

说明书

技术领域

本申请涉及电能质量监测技术领域，特别是涉及一种基于区域服务器的电能质量远程监测系统。

背景技术

随着社会的发展，电能质量问题引起了极大的关注。电能质量不仅关系到电力企业的安全经济运行，也影响到电力用户的安全运行和产品质量。因此，为了切实维护电力企业和电力用户的共同利益，保证电力的安全运行，净化电气环境，必须加强电能质量的管理。目前，电能质量可以使用电能质量监测仪进行监测。其中，电力质量监测仪在使用时布置在电网中的任意节点上，而电网上一般会设置多个节点，因此，电能质量监测仪的分布非常广。

然而，由于电能质量监测仪是一种现场在线监测装置，因此，每个监测点必须安排工作人员进行现场监测，导致电能质量监测成本高，且监测实时性差。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够降低电能质量监测成本，提高监测实时性的基于区域服务器的电能质量远程监测系统。

一种基于区域服务器的电能质量远程监测系统，所述基于区域服务器的电能质量远程监测系统包括监测模块、传输模块和区域服务器；

所述监测模块获取监测区域内各监测点的电能参数，根据所述电能参数判断各所述监测点的电能质量；将各所述监测点的电能质量发送给所述监测区域内的所述区域服务器；

所述区域服务器接收所述监测模块发送的各所述监测点的电能质量；通过所述监测区域内的所述传输模块发送各所述监测点的电能质量。

在其中一个实施例中，所述基于区域服务器的电能质量远程监测系统还包括各采集模块；

各所述采集模块用于采集所述监测区域内各所述监测点的电能参数，所述电能参数包括电流、电压和频率。

在其中一个实施例中，各所述采集模块包括电流采集单元、电压采集单元、频率采集单元和模数转换单元；

所述电流采集单元用于采集所述监测区域内各所述监测点的电流；

所述电压采集单元用于采集所述监测区域内各所述监测点的电压；

所述频率采集单元用于采集所述监测区域内各所述监测点的频率；

所述模数转换单元用于将所述电能参数发送给所述监测模块。

在其中一个实施例中，所述监测模块包括伏安监测单元、功率监测单元、谐波监测单元和闪变监测单元；

所述伏安监测单元用于监测所述监测区域内各所述监测点的伏安参数；

所述功率监测单元用于监测所述监测区域内各所述监测点的功率参数；

所述谐波监测单元用于监测所述监测区域内各所述监测点的谐波参数；

所述闪变监测单元用于监测所述监测区域内各所述监测点的闪变参数。

在其中一个实施例中，所述传输模块包括通信判断单元、5G通信单元、频段通信单元和通信选择单元；

所述通信判断单元，用于判断所述5G通信单元的通信速率，当所述5G通信单元的通信速率小于设定的阈值时，判断所述频段通信单元中各频段的通信速率；

所述通信选择单元，用于当所述5G通信单元的通信速率大于设定的阈值时，选择所述5G通信单元进行通信；当所述5G通信单元的通信速率小于设定的阈值时，选择所述频段通信单元中通信速率最大的频段进行通信。

在其中一个实施例中，所述基于区域服务器的电能质量远程监测系统还包括总服务器；

所述总服务器用于接收所述区域服务器发送的各所述监测点的电能质量。

在其中一个实施例中，所述总服务器包括数据分析模块；

所述数据分析模块用于对各所述监测点的电能质量进行统计和分析，生成报表数据和电能质量评级数据。

在其中一个实施例中，所述数据分析模块包括筛选单元、报表生成单元和质量评级单元；

所述筛选单元用于根据用户输入的筛选条件输出筛选参数，所述筛选参数包括监测区域、监测点编号、监测时间和监测参数；

所述报表生成单元用于根据所述筛选参数生成对应的所述报表数据；

所述质量评级单元用于根据所述筛选参数对各所述监测点的电能质量进行评级，生成所述电能质量评级数据。

在其中一个实施例中，所述基于区域服务器的电能质量远程监测系统还包括监测终端；

所述监测终端用于获取各所述监测点的电能质量、所述报表数据和所述电能质量评级数据。

在其中一个实施例中，所述监测终端包括显示模块和调制模块；

所述显示模块用于显示各所述监测点的电能质量、所述报表数据和所述电能质量评级数据；

所述调制模块用于根据各所述监测点的电能质量生成电能调制参数，所述电能调制参数包括电流调制参数、电压调制参数、电流补偿参数和电压补偿参数。

上述基于区域服务器的电能质量远程监测系统，包括监测模块、传输模块和区域服务器；其中，监测模块获取监测区域内各监测点的电能参数，根据电能参数判断各监测点的电能质量；将各监测点的电能质量发送给监测区域内的区域服务器；区域服务器接收监测模块发送的各监测点的电能质量；并通过监测区域内的传输模块发送各监测点的电能质量。在本申请实施例中，通过监测模块判定各监测点的电能质量，通过区域服务器接收各监测点的电能质量，并通过传输模块发送各监测点的电能质量，可以实现各监测点的电能质量的远程监测，能够降低电能质量监测成本，提高监测实时性。

附图说明

图1为一个实施例中基于区域服务器的电能质量远程监测系统应用环境图；

图2为一个实施例中基于区域服务器的电能质量远程监测系统结构框图；

图3为一个实施例中采集模块的结构框图；

图4为一个实施例中监测模块的结构框图；

图5为一个实施例中传输模块的结构框图；

图6为一个实施例中数据分析模块的结构框图；

图7为一个实施例中监测终端的结构框图；

图8为一个具体实施例中基于区域服务器的电能质量远程监测系统示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的基于区域服务器的电能质量远程监测系统，可以应用于如图1所示的应用环境中。基于区域服务器的电能质量远程监测系统可以应用于电力系统的各个监测区域中。其中，该系统包括监测模块200、区域服务器300和传输模块400。具体地，监测模块200获取监测区域内各监测点的电能参数，根据电能参数判断各监测点的电能质量；而后，将各监测点的电能质量发送给各个监测区域内的区域服务器300；区域服务器300接收监测模块200发送的各监测点的电能质量；并可以通过监测区域内的传输模块400发送各监测点的电能质量。

其中，监测模块200可以但不限于是可以各种能够实现电能监测的设备，如电能质量在线监测仪、便携式电能质量分析仪等。区域服务器300可以用独立的服务器或者是多个服务器组成的服务器集群来实现。传输模块400可以但不限于是各种能够实现数据传输的装置，如无线传输装置、有线传输装置等。

在其中一个实施例中，如图2所示，提供了一种基于区域服务器的电能质量远程监测系统，以该系统应用于图1中的监测区域为例进行说明，包括监测模块200、区域服务器300和传输模块400，其中：

监测模块200获取监测区域内各监测点的电能参数，根据电能参数判断各监测点的电能质量；将各监测点的电能质量发送给监测区域内的区域服务器300。

区域服务器300接收监测模块200发送的各监测点的电能质量；通过监测区域内的传输模块400发送各监测点的电能质量。

在其中一个实施例中，在监测区域内，监测模块200的输出端连接至区域服务器300，监测模块200用于监测各监测点的电能参数。

其中，每个监测区域内存在多个监测点，每个监测点的电能参数可以包括电流、电压、频率等。

在其中一个实施例中，监测模块200获取监测区域内各监测点的电能参数后，根据电能参数判断各监测点的电能质量。具体地，判断各监测点的电能质量可以通过电压偏差、电压波动、频率偏差、三项电压不平衡等参数进行衡量。

其中，电力系统改变运行方式和负荷的缓慢变化会使得电力系统的各监测点的电压也随之变化，电压偏差(Voltage Deviation)就是表示实际电压与电力系统标称电压之差。35千伏(kV)及以上供电电压正负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10％，20千伏及以下三项供电电压偏差为标称电压的±7％，220伏单相供电电压偏差为标称电压的+7％、-10％。其计算公式如下：

式中，ΔU表示电压偏差百分比，U

其中，电压波动(Voltage Fluctuation)是指电网电压有效值的快速变动。电压波动值以用户公共供电点在时间上相邻的最大与最小电压方均根值之差对电网额定电压的百分值来表示。电压波动的频率用单位时间内电压波动的次数来表示。

其中，频率偏差(Frequency Deviation)表示电力系统正常运行的条件下，系统频率的实际频率与标称频率之差。我国电力系统标称频率为50赫兹，电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2赫兹，当电力系统容量较小时可以为±0.5赫兹。

其中，三相电压不平衡(Three Phase Voltage Imbalance)指三相电力系统中三相不平衡的程度，用电压或电流负序分量与正序分量的方均根值百分比表示。电力系统正常运行时，负序电压不平衡度不超过2％，短时不得超过4％。

在其中一个实施例中，各监测区域的监测模块200向各监测区域的区域服务器300发送电能质量的过程是并行的，互不影响。

在其中一个实施例中，区域服务器300接收监测模块200发送的各监测点的电能质量。其中，每个监测区域都存在服务器，称为区域服务器。各监测区域的区域服务器用于获取其所在的监测区域的电能参数，能有效提高电能质量的监测效率。

具体地，区域服务器300的输入端与监测模块200的输出端连接，用于接收监测模块200发送的各监测点的电能质量，并通过传输模块400发送电能质量。其中，各监测区域的区域服务器300通过各监测区域的传输模块400发送电能质量的过程是并行的，互不影响。

在其中一个实施例中，传输模块400可以采用有线传输或无线传输的方式，区域服务器300可根据实际情况选择相对应的传输方式，以达到较高的数据传输速率。

在其中一个实施例中，基于区域服务器的电能质量远程监测系统还包括各采集模块100。其中，每个监测区域存在多个监测点，多个采集模块100分别固定在监测区域的各监测点的位置，各采集模块100的输出端连接至监测区域内的监测模块200。

在其中一个实施例中，各采集模块100用于采集监测区域内各监测点的电能参数。具体地，电能参数可以包括电流、电压和频率等。

其中，电流(Electron Current)指的是单位时间内通过导体任一横截面的电量，其国际单位是安培(A)。

其中，电压(Voltage)是衡量单位电荷在静电场中由于电势不同而产生的能量差的物理量，其国际单位是伏(V)。

其中，频率(Frequency)是单位时间内完成周期性变化的次数，其单位是赫兹(Hz)。

在其中一个实施例中，如图3所示，各采集模块100包括电流采集单元110、电压采集单元120、频率采集单元130和模数转换单元140，其中：

电流采集单元110，用于采集监测区域内各监测点的电流。

电压采集单元120，用于采集监测区域内各监测点的电压。

频率采集单元130，用于采集监测区域内各监测点的频率。

模数转换单元140，用于将电能参数发送给监测模块200。

在其中一个实施例中，电流采集单元110、电压采集单元120、频率采集单元130和模数转换单元140可以是单独的采集装置，也可以集成在同一采集装置上，该采集装置可以实现各种电能参数的采集和发送等功能。

具体地，电流采集单元110可以是任意一种或几种电流采集装置，如转动线圈式电流表、转动贴片式电流表、热偶式电流表、热线式电流表等。电压采集单元120可以是任意一种或几种电压采集装置，如交流型电压表、数字式电压表等。频率采集单元130可以是任意一种或几种频率采集装置，如计数器、频率监测仪等。模数转换单元140可以是任意一种或几种模数转换装置，如间接模数转换器、并联比较型模数转换器、逐次逼近型模数转换器、双积分型模数转换器等。

在其中一个实施例中，各采集模块100中的采集单元对监测区域内各监测点的电能参数的采集间隔可以相同或者不同。

在其中一个实施例中，如图4所示，监测模块200包括伏安监测单元210、功率监测单元220、谐波监测单元230和闪变监测单元240。

伏安监测单元210，用于监测该监测区域内各监测点的伏安参数。

功率监测单元220，用于监测该监测区域内各监测点的功率参数。

谐波监测单元230，用于监测该监测区域内各监测点的谐波参数。

闪变监测单元240，用于监测该监测区域内各监测点的闪变参数。

在其中一个实施例中，伏安监测单元210、功率监测单元220、谐波监测单元230和闪变监测单元240可以是单独的监测装置，也可以集成在同一监测装置上，该监测装置可以实现对各种电能参数的监测。

其中，各监测点的伏安特性用伏安参数表示。具体地，伏安特性表示元件两端的电压与通过元件的电流之间的关系，可用于监测该监测点的电阻的变化规律、监测该元件是否短路等。伏安监测单元210可以是任意一种或几种伏安监测装置，如伏安特性测试仪、伏安特性综合测试仪等。

其中，各监测点的功率特性用功率参数表示。具体地，功率是描述做功快慢的物理量。功率监测单元220可以是任意一种或几种功率监测装置，如功率计、多通道功率分析仪等。

其中，含有基波整数倍频率的正弦电压或电流称为谐波。谐波是由于电力系统和电力负荷设备的非线性特性造成的。谐波监测单元230可以是一种或几种谐波监测装置，如谐波测试仪、谐波分析仪等。

其中，电压闪变是一系列电压随机变动或工频电压方均根值的周期性变化，以及由此引起的照明闪变，闪变的主要决定因素是供电电压波动的幅值、频率和波形等。闪变监测单元240可以是一种或几种闪变监测装置，如闪变测量仪等。

在其中一个实施例中，如图5所示，传输模块400包括通信判断单元410、5G通信单元420、频段通信单元430和通信选择单元440。

通信判断单元410，用于判断5G通信单元420的通信速率，当5G通信单元420的通信速率小于设定的阈值时，判断频段通信单元430中各频段的通信速率。

通信选择单元440，用于当5G通信单元420的通信速率大于设定的阈值时，选择5G通信单元420进行通信；当5G通信单元420的通信速率小于设定的阈值时，选择频段通信单元430中通信速率最大的频段进行通信。

在其中一个实施例中，在使用无线传输的情况下，可采用5G通信或者频段通信。其中，5G(5th generation mobile networks，第五代移动通信技术)是最新一代蜂窝移动通信技术，具有数据速率高、减少延迟、节省能源、降低成本等作用，5G通信单元420是使用5G进行通信的单元。

其中，传输模块400中包含多个频段通信单元430，各频段通信单元430的通信频段不同，可以包括高频、中频、低频等。

在其中一个实施例中，传输模块400包括通信判断单元410、5G通信单元420、频段通信单元430和通信选择单元440。其中，当区域服务器300通过传输模块400发送各监测点的电能质量时，传输模块400中的通信判断单元410分别判断5G通信单元420和频段通信单元430中各频段的通信速率，进而通信选择单元440根据实际情况选择相应的通信单元。

具体地，当5G通信单元420的通信速率小于设定的阈值时，判断其不能满足电能质量传输速率，则继续判断频段通信单元430中各频段的通信速率，则通信选择单元440使区域服务器300使用频段通信单元430中通信速率最大的频段进行通信。若5G通信单元420的通信速率大于设定的阈值时，判断其能够满足电能质量传输速率，则通信选择单元440使区域服务器300使用5G通信单元420进行通信。

在其中一个实施例中，基于区域服务器的电能质量远程监测系统还包括总服务器500。其中，总服务器500，用于接收区域服务器300发送的各监测点的电能质量。

在其中一个实施例中，区域服务器300通过传输模块400将各监测点的电能质量发送给总服务器500。其中，总服务器位于监测区域之外。

在其中一个实施例中，所述总服务器500包括数据分析模块600。

数据分析模块600，用于对各监测点的电能质量进行统计和分析，生成报表数据和电能质量评级数据。

其中，数据分析模块600与总服务器500进行通信。数据分析模块600的报表数据中可以包括监测区域、监测区域中的各监测点、监测时间，以及与其相对应的各监测点的监测参数。

在其中一个实施例中，报表数据中的监测区域、监测区域中的各监测点、监测时间，以及与其相对应的各监测点的监测参数可以用使用任意方式进行分类标记，如使用数字、符号、颜色等方式中的一种或几种的组合。根据各监测点的电能质量的优秀程度进行等级划分。其中，等级可以分为优、良、差等。

在其中一个实施例中，生成报表数据和电能质量评级数据后，还包括存储报表数据和电能评级数据。其中，可以采用任意一种或几种格式进行存储，如文本文档(TXT)、网页文件(HTML)、电子表格(EXCEL)等。

在其中一个实施例中，如图6所示，数据分析模块600包括筛选单元610、报表生成单元620和质量评级单元630。

筛选单元610，用于根据用户输入的筛选条件输出筛选参数，筛选参数包括监测区域、监测点编号、监测时间和监测参数。

报表生成单元620，用于根据筛选参数生成对应的报表数据。

质量评级单元630，用于根据筛选参数对各监测点的电能质量进行评级，生成电能质量评级数据。

在其中一个实施例中，筛选单元610获取用户输入的筛选条件输出筛选参数。其中，用户可以根据监测区域、监测区域中的各监测点、监测时间的分类标记方法，选择想要获取内容。

在其中一个实施例中，根据用户需求生成相应的报表数据由报表生成单元620完成，生成相应的质量评级数据由质量评级单元630完成。

在其中一个实施例中，所述基于区域服务器的电能质量远程监测系统还包括监测终端700。其中，监测终端700，用于获取各监测点的电能质量、报表数据和电能质量评级数据。

在其中一个实施例中，监测终端700与总服务器500之间可以通过网络进行通信，也可以通过有线方式进行连接，如总服务器500的输出端连接监测终端700。监控终端700用于获取总服务器500处的各监测点的电能质量、报表数据和电能质量评级数据。具体地，监测终端700可以是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑和便携式可穿戴设备等。

在其中一个实施例中，如图7所示，监测终端700包括显示模块710和调制模块720。

显示模块710，用于显示各监测点的电能质量、报表数据和电能质量评级数据。

调制模块720，用于根据各监测点的电能质量生成电能调制参数，电能调制参数包括电流调制参数、电压调制参数、电流补偿参数和电压补偿参数。

其中，监测终端700接收各监测点的电能质量、报表数据和电能质量评级数据后通过显示模块710进行显示，并根据各监测点的电能质量生成电能调制参数。如电流调制参数、电压调制参数、电流补偿参数和电压补偿参数等。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及其中一个具体实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在其中一个具体实施例中，如图8所示。在电力系统中存在多个监测区域，其中，各监测区域内存在多个采集模块100、监测模块200、区域服务器300和传输模块400，在各监测区域外存在总服务器500和监测终端700。

具体地，各采集模块100位于监测区域的各监测点上，各采集模块100的输出端与监测模块200连接，监测模块200的输出端与区域服务器300连接，区域服务端300通过传输模块400向总服务器500发送电能质量数据，总服务器500的输出端与监测终端700连接。

在其中一个具体实施例中，基于区域服务器的电能质量远程监测系统的监测步骤如下：

步骤1，位于各监测区域内的各监测点上的采集模块100用于采集各监测点处的电能参数，包括电流、电压和频率等。各采集模块100将电能参数传输至该监测区域内的监测模块200。

步骤2，监测模块200接收各采集模块100采集的各监测点的电能参数，并对该监测区域内各监测点的电能质量进行分析，得到各监测点的电能质量，其中，电能质量可以根据各监测点的伏安参数、功率参数、谐波参数和闪变参数等确定。监测模块200将该监测区域内的电能质量发送给该监测区域的区域服务器300。

步骤3，区域服务器300接收监测模块200发送的各监测点的电能质量，并通过对应的传输模块400将电能质量数据发送给位于总服务器500。其中，各监测区域的区域服务器300的数据发送行为过程为并行的，互相不影响。

步骤4，传输模块400为了保证传输速率，首先由传输模块400中的通信判断单元判断传输模块400中的5G通信单元的传输速率，当5G通信单元的通信速率大于阈值时，由传输模块400中的通信选择单元优先选择5G通信单元进行传输；当5G通信单元的通信速率小于阈值时，则通信判断单元继续判断传输模块400中的频段通信单元中的各个频段，由通信选择单元选择频段通信单元中通信速率最大的频段通信单元进行通信。

步骤5，总服务器500接收各监测区域的区域服务器300发送的各监测点的电能质量，总服务器500中的数据分析模块对各监测区域的电能质量进行统计和分析，通过获取用户输入的筛选条件生成筛选参数，并根据筛选参数生成对应的报表数据和电能质量评级数据。其中，筛选参数包括监测区域、监测点编号、监测时间和监测参数等。

步骤6，监测终端700获取总服务器500中各监测区域内各监测点的电能质量数据、报表数据和电能质量评级数据，并通过位于监测终端700的显示模块进行显示，通过位于监测终端700的调制模块生成各监测点的电能质量对应的调制参数，以便用户根据调制参数进行相关调制。其中，调制参数包括电流调制参数、电压调制参数、电压补偿参数和电流补偿参数。

上述基于区域服务器的电能质量远程监测系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。