基于大数据技术的低压用户用电质量提升系统及实现方法

摘要

本发明基于大数据技术的低压用户用电质量提升系统及实现方法涉及电网运行数据采集分析领域，特别是电压和漏电流数据采集装置及数据分析系统。该系统包括电网数据采集分析装置和数据服务器，电网数据采集分析装置和数据服务器通过网络链接；所述电网数据采集分析装置用于采集用户测电压电流，并将收集数据实时发送至数据服务器；数据服务器内设数据库，用于存储发送来的数据；数据服务器内装有现有的自主分析平台软件程序，分析数据库内实时数据，研判产生异常数据原因，结合设备空间位置，研判故障类型和故障点。及时获取异常停电信息，缩减人工排查故障时间，有效提高台区检修工作效率；对有故障隐患台区提前整改，避免造成后期不必要的维护。

说明书

技术领域

本发明基于大数据技术的低压用户用电质量提升系统及实现方法涉及电网运行数据采集分析领域，具体来说，涉及电压和漏电流数据采集装置及数据分析系统。

背景技术

目前国内较普遍的低压台区数据监测方式，是以分路监测单元为基础，将低压台区出线开关改造成智能开关，实时收集数据至自动化系统，但是该方案只能收集整支出线数据，对单独用户停电的事件无法精准定位，无法对高停电风险台区进行筛选或排查。

目前监测的硬件设备占地面积大，首要的是实现硬件小型化。实现硬件小型化的方法主要有：方法一，通过对硬件增加限制，降低硬件的功耗，从而实现小型化，这种做法是在已有技术的基础上进行的，成本比较低，可快速布局市场。但内部技术创新方面的成就并不大。其主要意义在于能够最快的让产品形态发生变化；方法二，提高集成电路集成度以达到设备小型化的目的，其主要措施有增大芯片面积、缩小器件特征尺寸、改进电路及结构设计等。

由于电力网络的阻抗特性及其衰减，制约了信号的传输距离，这与通信信道的物理长度和低压电网的阻抗匹配相关；低压电力线上的噪声干扰制约了信号的传输质量，很难保证数据传输的质量，并且电力线通信的噪声和信号衰减是随时间而变化的，很难找到其变化的规律，所以在利用电力线进行信号的传输时，必须对信号进行一定的处理，并贯穿从信号发送到接收的全过程，这正是电力线载波通信技术所涉及的重点和难点。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处，提供一种基于大数据技术的低压用户用电质量提升系统及实现方法，采用电网数据采集分析装置，实现电力载波传输协议的可靠性提升，最终实现一个采集终端对应尽可能多的用户采集点；通过对历史告警数据以及D5200系统（已有的配电自动化系统）的配变历史运行数据进行大数据采样分析，进行台区健康度排名，筛选出高风险台区及用户；预先进行故障排除，将工作方式由被动抢修转变为主动检修，从根本上解决疑难漏电台区问题，提高用户的用电安全及用电质量。

本发明是采取以下技术方案实现的：

基于大数据技术的低压用户用电质量提升系统，包括电网数据采集分析装置和数据服务器，电网数据采集分析装置和数据服务器通过网络链接；所述电网数据采集分析装置用于采集用户测电压电流，并将收集数据实时发送至数据服务器；数据服务器内设有数据库，用于存储发送来的数据；数据服务器内装有现有的自主分析平台软件程序，分析数据库内的实时数据，研判产生异常数据的原因，结合设备空间位置，自动快速精准研判故障类型和故障点。

电网数据采集分析装置包括采集器和集中器，采集器安装设置在用户电表的出线侧，集中器安装设置在配电变压器出线智能一体开关处；所述采集器的末端带有漏电传感器模块，采集器通过漏电流传感器实时收集用户侧电压电流值，然后通过载波信号将异常数据即电流电压变化值传送到集中器，实时收集用户侧电压电流值，然后通过载波信号将异常数据即电流电压变化值传送到集中器，集中器将收集数据实时发送至数据服务器。

所述的采集器包括漏电流传感器、调理电路、中央处理器、D/A转换器、载波发射/接收电路，所述的漏电流传感器与用户电表的出线侧连接，载波发射/接收电路与220V交流电源连接，漏电传感器输出的信号进入调理电路，经调理电路处理后，送入中央处理器内进行判定，将故障信号送入D/A转换器内转换成模拟信号，而后通过载波发射/接收电路送入220V交流电源内进行通讯信号传输。

在所述集中器内设置通讯电路用以与数据服务器进行数据通讯，所述的通讯接口包括4G专网通讯电路、以太网通讯电路及光纤通讯电路，4G专网通讯电路采用4G通信模块。

漏电流传感器的量程范围漏电流0~50mA，输出0~5V直流电压。

电网数据采集分析装置的工作原理：采集器通过漏电流传感器采集异常数据信息，并通过载波信号发送到集中器，集中器通过4G通信模块将数据传送到数据服务器，运维人员通过异常数据内容及采集终端IP快速定位到故障点。

基于大数据技术的低压用户用电质量提升系统的实现方法，包括如下步骤：

S1、漏电流传感器下接单相电，工频交流电零线、火线同时穿过中心孔，当零火电流不平衡时，产生漏电流；

S2、漏电流传感器上接采集器，采集器采集步骤S1中的单相用户的漏电流、以及220VAC电压，并与报警阀值比较；如果实际漏电流超出报警阀值，即触发漏电流超限或电压掉电报警，进入报警状态，点亮用户报警灯，并通过电力线载波向集中器重复发送报警信息；如果实际漏电流未超出报警阈值，则进入步骤S4；

S3、集中器通过4G网络将采集器发来的实时数据转发给远程服务器；

S4、数据服务器内的自主分析平台软件程序对台区进行健康度排名，筛选出高风险台区及用户，方便用电抢修人员对高风险台区进行预处理。

集中器还可接受数据服务器命令，并通过电力线载波转发到本地采集器。

步骤S2中的报警信息包括用户号、漏电流和电压等信息。

步骤S3中集中器每隔60秒向远程服务器发送心跳数据包，以防止被4G基站踢掉线。

本发明的有益效果：

本发明系统通过对客户用电的实时监测，及时获取异常停电信息，减少用户投诉，提升了供电企业形象；大大缩减人工排查故障时间，有效的提高了台区检修工作效率；通过数据分析，可以对有故障隐患的台区提前整改，避免造成后期不必要的维护。

配套的自主分析平台软件程序分析存储在数据服务器的数据库实时数据，研判产生异常数据的原因，结合设备空间位置，分析平台自动快速精准研判故障类型和故障点，为抢修人员节省排查时间。自主分析平台软件程序还可根据需求主动发出轮询命令，查询特定用户的实时电流电压数据，实现台区用电质量的实时检查能力。自主分析平台软件程序还可对历史告警数据以及D5200系统配变历史运行数据进行大数据采样分析，通过自主研发的算法模型，对台区进行健康度排名，筛选出高风险台区及用户。方便用电抢修人员对长期异常漏电以及频繁跳闸台区进行用电线路摸排，亦可针对未断电漏电但接近阈值的台区或用户进行排查，从根本上解决疑难漏电台区问题，提高用户的用电安全及用电质量。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明系统原理框图；

图2是本发明系统安装逻辑结构图。

具体实施方式

下面参照附图1~2，并结合具体实施例对本发明做详细说明。

参照附图1，首先对图中的部件作一介绍：

A表示1~N个用户漏电流传感器，漏电信号传送到B调理电路；

B表示1~N个信号调理电路，接受A的漏电信号，调理到合适幅值后，发送到C的A/D转换器；

C表示多路A/D转换器，用来把漏电流的模拟信号转换为数字信号，发送到D中央处理器进行计算、监控；

D表示32位中央处理器，用于运行软件算法，实现漏电监控功能；

E表示载波发射/接收电路，用于把从C收到的数据经过调制后发送到单相供电线路F上，或者把F上的已调制数据报文解调后，成为数据包，发送到D中央处理器进行处理；

F表示220VAC单相交流供电线路，既提供用电设备的供电能力，又兼做载波通信线路；

G表示220V交流转12V直流电源转换电路，用于给整个产品供电；

H表示12V转5V电源转换电路，用于给整个产品供电；

I表示12V在线式不间断电源，用于电源跳闸后，确保故障数据仍然能够及时上报；

J表示本地串口，用于连接M本地电脑配置本地用户信息、服务器IP地址等参数；

K表示4G通信电路，用于向L远程服务器发送监控数据报文，或者接收远程服务器的命令；

L表示广域网的远程服务器，具有静态IP地址，用于远程监控所有漏断诊断模块的状态；

M表示本地配置电脑，连接J本地串口，用于配置本地用户信息、服务器IP地址等参数。

基于大数据技术的低压用户用电质量提升系统，包括电网数据采集分析装置和数据服务器，电网数据采集分析装置和数据服务器通过网络链接；所述电网数据采集分析装置用于采集用户测电压电流，并将收集数据实时发送至数据服务器；数据服务器内设有数据库，用于存储发送来的数据；数据服务器内装有现有的自主分析平台软件程序，分析数据库内的实时数据，研判产生异常数据的原因，结合设备空间位置，自动快速精准研判故障类型和故障点。

同时参照图2，电网数据采集分析装置包括采集器和集中器，采集器安装设置在用户电表的出线侧，集中器安装设置在配电变压器出线智能一体开关处；所述采集器的末端带有漏电传感器模块，采集器通过漏电流传感器实时收集用户侧电压电流值，然后通过载波信号将异常数据即电流电压变化值传送到集中器，实时收集用户侧电压电流值，然后通过载波信号将异常数据即电流电压变化值传送到集中器，集中器将收集数据实时发送至数据服务器。

所述的采集器包括漏电流传感器、调理电路、中央处理器、D/A转换器、载波发射/接收电路，所述的漏电流传感器与用户电表的出线侧连接，载波发射/接收电路与220V交流电源连接，漏电传感器输出的信号进入调理电路，经调理电路处理后，送入中央处理器内进行判定，将故障信号送入D/A转换器内转换成模拟信号，而后通过载波发射/接收电路送入220V交流电源内进行通讯信号传输。

在所述集中器内设置通讯电路用以与数据服务器进行数据通讯，所述的通讯接口包括4G专网通讯电路、以太网通讯电路及光纤通讯电路，4G专网通讯电路采用4G通信模块。

所述的4G专网通信电路用于向远程服务器发送监控数据报文，或者接收远程服务器的命令，所述的以太网通讯电力与光纤通讯电路用于连接本地配置的电脑来配置本地用户信息、服务器IP地址等参数。

本系统还包括电源，所述电源包括220V转12V转换电路、12V转5V转换电路，所述的220V交流电源、220V转12V转换电路、12V转5V转换电路依次连接，所述220V转12V转换电路、12V转5V转换电路为整个产品进行供电，还包括12V不间断电源，所述12V不间断电源与装置连接。

本系统还设置本地串口用于与本地电脑进行连接，由本地电脑对其进行参数修改，以适应不同需求下的感应区间。

本发明系统通实现时，漏电流传感器下接单相电，工频交流电零线和火线同时穿过中心孔，当零火电流不平衡时，产生漏电流；所述漏电流传感器的量程范围是漏电流0~50mA，输出0~5V直流电压。漏电流传感器上接采集器，采集器采集单相用户的漏电流、以及220VAC电压，并与报警阀值比较，超出阀值即触发漏电流超限或电压掉电报警，进入报警状态，点亮用户报警灯，并通过电力线载波向数据集中器重复发送报警信息，包括用户号、漏电流和电压等信息。集中器安装在配电变压器出线智能一体式开关处，通过4G网络将采集器实时数据转发给远程服务器，且间隔60秒，向远程服务器发送心跳数据包，以防止被4G基站踢掉线。集中器还可接受服务器命令，并通过电力线载波转发到本地采集器。

针对未触发告警但接近阈值的台区，平台将根据自主研发的算法模型，对台区进行健康度排名，筛选出高风险台区及用户。方便用电抢修人员对高风险台区进行预处理。

本发明与现有的市场同类型或相似产品相比存在技术优势和成本优势：

1、功耗，采集装置在台区内的通信方式为电力载波通信，电能消耗极低；

2、高精度，漏电流传感器可精确识别0.05mA以上的漏电流变化；

3、不停电安装，漏电流传感器采用钳式设计，支持不停电安装部署；

4、大数据分析与故障研判，系统通过对历史告警数据以及D5200系统配变历史运行数据进行大数据采样分析，进行台区健康度排名，筛选出高风险台区及用户。提前进行故障排除，将工作方式由被动抢修转变为主动检修，从根本上解决疑难漏电台区问题，提高用户的用电安全及用电质量。

成本优势：本系统成本中硬件研发制造费用占主体，比重约为60%。产品实现了一对多模式，一台设备同时最多接入4个用户数据，量产之后可将成本降低至120元/户。考虑到可以节约的人力、车辆使用和时间成本，以及有效降低故障发生率的价值，具有明显优势。