CN117578711A - 一种电网输电量监测系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网输电量监测系统，包括监测系统主体，所述监测系统主体内部是由分布式监测终端、通信单元、数据处理和分析单元、故障定位模块、预警和报警模块、图形用户界面模块、数据分析报告模块、调节控制单元、安全防护模块、新能源供应单元、电磁防干扰模块、硬件封装模块、电路板设计模块和显示模块共同组成，所述新能源供应单元的输出端与电力传输模块的输入端电性连接，所述安全防护模块的输出端与信号传感模块的输入端电性连接，信号传感模块的输出端与电网主控端的输入端电性连接。本发明通过电网输电量监测系统可以实时监测和评估电网的运行状态，为电网运营人员提供有力支持，确保电力供应的安全、稳定和高效。

Description

一种电网输电量监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及电网监测技术领域，具体为一种电网输电量监测系统及其监测方法。

背景技术

公开号为CN102221381B的中国授权发明专利文件，提供一种电网输电线路监测方法和系统，涉及输电设备技术领域。其中，用于电网输电线路的监测系统，包括：第一综合传感器，布设于两个杆塔之间输电线路的中间位置，包括高度计、第一加速度传感器、温湿度传感器和雨量传感器；第二综合传感器，布设于输电线路电缆接头处，包括泄漏电流传感器、拉力传感器和风速风向传感器；第二加速度传感器，布设于输电线路电缆接头到第一综合传感器之间输电线路的中间位置。通过结合无线传感器网络技术的优势，提出基于传感器多维感知技术的输电线路在线监测方法和系统，有效预防和减少电网输电线路事故。

上述现有技术中无法对电网电路进行全面监测和控制保护，使得电网运行发生故障时无法快速进行安全防护，因此研制一种电网输电量监测系统及其监测方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电网输电量监测系统及其监测方法，以解决上述背景技术中提出的现有技术中无法对电网电路进行全面监测和控制保护，使得电网运行发生故障时无法快速进行安全防护的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电网输电量监测系统，包括监测系统，所述监测系统包括分布式监测终端、通信单元、数据处理和分析单元、故障定位模块、预警和报警模块、图形用户界面模块、数据分析报告模块、调节控制单元、安全防护模块、新能源供应单元、电磁防干扰模块、硬件封装模块、电路板设计模块和显示模块；还包括单片机控制终端、电力传输模块和信号传感模块；分布式监测终端的输出端与单片机控制终端的输入端电性连接，图形用户界面模块的输出端与单片机控制终端的输入端电性连接，所述新能源供应单元的输出端与电力传输模块的输入端电性连接，电力传输模块的输出端与电网主体的输入端电性连接，所述安全防护模块的输出端与信号传感模块的输入端电性连接，信号传感模块的输出端与电网主控端的输入端电性连接，所述通信单元、数据处理和分析单元、故障定位模块、预警和报警模块、数据分析报告模块、调节控制单元和电磁防干扰模块均与分布式监测终端电性连接，硬件封装模块、电路板设计模块和显示模块均与图形用户界面模块电性连接。

基于上述，所述分布式监测终端包括温度传感器、湿度传感器、电压互感器和电流互感器，温度传感器、湿度传感器、电压互感器和电流互感器均与单片机控制终端电性连接；图形用户界面模块包括电网运行状态显示模块、监测数据显示模块、操作人员控制模块和数据管理储存模块。

基于上述，所述通信单元包括有线通信模块和无线通信模块，有线通信模块包括光纤通信模块和有线天线模块，光纤通信模块和有线天线模块均与分布式监测终端电性连接，无线通信模块包括无线电波模块和卫星通信模块，无线电波模块和卫星通信模块均与分布式监测终端电性连接。

基于上述，所述新能源供应单元包括太阳能供应单元、风能供应单元和水能供应单元，太阳能供应单元、风能供应单元和水能供应单元均与电网主控端电性连接；所述安全防护模块包括电压过载保护模块、电流过载保护模块、自动断路保护模块、电源故障保护模块和短路保护模块，电压过载保护模块、电流过载保护模块、自动断路保护模块、电源故障保护模块和短路保护模块均与电网主控端电性连接。

基于上述，所述硬件封装模块包括传感器、测量仪表、控制器、处理器、存储器设备的制造和封装；所述电路板设计模块包括电网电路布局、电网电路布线、电网电路元器件的选择。

基于上述，所述数据处理和分析单元用于接收并处理来自分布式监测终端的数据，检测和诊断潜在的故障或异常情况；所述故障定位模块用于基于监测数据，使用故障定位算法来确定故障发生的位置；所述预警和报警模块用于检测到潜在的故障或异常情况时，向电网运营人员发出警报；所述数据分析报告模块用于收集和分析长期的监测数据，并生成报告；所述调节控制单元用于接收来自数据处理和分析单元的指令，控制电网设备的行为；所述电磁防干扰模块用于电网输电量监测系统的设备和线路不受外部电磁干扰的影响，同时不对其他设备产生干扰；所述显示模块用于连接各个设备和组件，显示监测数据和报警信息。

一种电网输电量监测方法，基于权利要求1-6任意一项所述的一种电网输电量监测系统实现，包括以下步骤：

步骤一：在进行电网输电量监测时，首先收集相关数据；

步骤二：将收集到的数据进行处理和分析，提取有用的信息；

步骤三：在电网输电量监测中，对电网运行时异常状态进行检测；

步骤四：发现电网输电量异常时，进行故障定位并确定故障的位置和原因；

步骤五：根据故障定位的结果，提出相应的修复建议；

步骤六：制定预防措施并进行持续监测。

基于上述，所述步骤一中收集相关数据包括电流、电压、功率、电度、电参量信息，以及设备状态、运行状态信息，收集方式通过分布式监测终端进行实时数据采集；所述步骤三中还包括通过监测电网运行过程中的电压、电流、功率的电参量信息，及时发现异常情况，异常情况包括电压波动、电流波动、功率不平衡。

基于上述，所述步骤四中还包括通过地理信息系统，将电网设备的位置信息与故障信息结合，快速定位故障点；所述步骤五中修复建议包括恢复供电的建议和相应的实施方案，对于设备故障，更换设备或进行维修，对于供电线路故障，重新配置线路或进行加固；所述步骤六中预防措施包括硬件设备的部署、数据采集策略的制定、建立应急预案、加强设备巡检和维护和引入新技术，持续监测包括定期收集数据、进行数据分析和可视化展示。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)提高电力系统安全性：通过对电网输电量的实时监测，可以及时发现潜在的故障和异常情况，从而及时采取措施避免或减轻事故风险，确保电力系统的安全稳定运行，同时电网输电量监测系统可以与智能电网技术相结合，实现电网的智能化管理，提高电力系统的自动化和智能化水平；

(2)提高电力系统可靠性：通过对电网设备的监测和诊断，可以发现设备的异常状况，提前进行维修和更换，降低设备故障率，提高电力系统的可靠性；

(3)优化电力系统运行：通过对电网输电量的实时监测和分析，可以了解电网的运行状态，优化电力调度和输电计划，提高电力系统的运行效率和经济效益；

(4)减少故障损失：及时发现和处理故障，可以降低故障对电力系统的影响，减少停电时间和范围，降低故障损失，对于环境监测方面的应用，如温度、湿度、大气压力等参数的监测，有助于评估电网设备的环境影响，促进绿色环保的电力发展。

附图说明

图1为本发明的整体监测系统组成框图；

图2为本发明的分布式监测终端组成框图；

图3为本发明的通信单元组成框图；

图4为本发明的图形用户界面模块组成框图；

图5为本发明的安全防护模块组成框图；

图6为本发明的新能源供应单元组成框图；

图7为本发明的方法步骤流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1-6，本发明提供的一种实施例：一种电网输电量监测系统，所述监测系统包括：分布式监测终端、通信单元、数据处理和分析单元、故障定位模块、预警和报警模块、图形用户界面模块、数据分析报告模块、调节控制单元、安全防护模块、新能源供应单元、电磁防干扰模块、硬件封装模块、电路板设计模块和显示模块，还包括单片机控制终端、电力传输模块和信号传感模块。分布式监测终端的输出端与单片机控制终端的输入端电性连接，图形用户界面模块的输出端与单片机控制终端的输入端电性连接，所述新能源供应单元的输出端与电力传输模块的输入端电性连接，电力传输模块的输出端与电网主体的输入端电性连接，所述安全防护模块的输出端与信号传感模块的输入端电性连接，信号传感模块的输出端与电网主控端的输入端电性连接，所述通信单元、数据处理和分析单元、故障定位模块、预警和报警模块、数据分析报告模块、调节控制单元和电磁防干扰模块均与分布式监测终端电性连接，硬件封装模块、电路板设计模块和显示模块均与图形用户界面模块电性连接。

具体的，所述分布式监测终端包括温度传感器、湿度传感器、电压互感器和电流互感器，温度传感器、湿度传感器、电压互感器和电流互感器均与单片机控制终端电性连接，这些终端安装在输电线路的各个位置，用于实时测量和记录输电线路的电流、电压、温度等关键参数。图形用户界面模块包括电网运行状态显示模块、监测数据显示模块、操作人员控制模块和数据管理储存模块，用于提供了一个可视化的界面，使电网运营人员能够实时查看电网的运行状态和监测数据。所述通信单元包括有线通信模块和无线通信模块，有线通信模块包括光纤通信模块和有线天线模块，光纤通信模块和有线天线模块均与分布式监测终端电性连接，无线通信模块包括无线电波模块和卫星通信模块，无线电波模块和卫星通信模块均与分布式监测终端电性连接，用于将分布式监测终端收集到的数据传输到中央处理系统。

所述新能源供应单元包括太阳能供应单元、风能供应单元和水能供应单元，太阳能供应单元、风能供应单元和水能供应单元均通过电力传输模块与电网主体连接，为电网输电量监测系统提供稳定的电力供应。所述安全防护模块包括电压过载保护模块、电流过载保护模块、自动断路保护模块、电源故障保护模块和短路保护模块，电压过载保护模块、电流过载保护模块、自动断路保护模块、电源故障保护模块和短路保护模块均通过信号传感模块与电网主控端电性连接，在发生故障时，自动切断电源，以保护电网设备和人员安全。

所述硬件封装模块包括传感器、测量仪表、控制器、处理器、存储器设备的制造和封装，所述电路板设计模块包括电网电路布局、电网电路布线、电网电路元器件的选择。所述数据处理和分析单元用于接收并处理来自分布式监测终端的数据，检测和诊断潜在的故障或异常情况。所述故障定位模块用于基于监测数据，使用故障定位算法来确定故障发生的位置。所述预警和报警模块用于检测到潜在的故障或异常情况时，向电网运营人员发出警报。所述数据分析报告模块用于收集和分析长期的监测数据，并生成报告。所述调节控制单元用于接收来自数据处理和分析单元的指令，控制电网设备的行为。所述电磁防干扰模块用于电网输电量监测系统的设备和线路不受外部电磁干扰的影响，同时不对其他设备产生干扰。所述显示模块用于连接各个设备和组件，显示监测数据和报警信息。

请参阅图7，本发明提供的另外一种实施例：

一种电网输电量监测方法，基于所述监测系统实现，包括以下步骤：

步骤一：在进行电网输电量监测时，首先收集相关数据；

步骤二：将收集到的数据进行处理和分析，提取有用的信息；

步骤三：在电网输电量监测中，对电网运行时异常状态进行检测；

步骤四：发现电网输电量异常时，进行故障定位并确定故障的位置和原因；

步骤五：根据故障定位的结果，提出相应的修复建议；

步骤六：制定预防措施并进行持续监测。

其中，步骤一中在进行电网输电量监测时，首先收集相关数据。收集的数据包括电流、电压、功率、电度等电参量信息，以及设备状态、运行状态等状态信息。收集方式可以分布式监测终端等进行实时数据采集，也可以从电力公司的业务系统、电力市场交易平台等数据源获取历史数据。数据收集的频率和时间可以根据实际需求进行设定，例如每秒采集一次、每分钟采集一次等。

步骤二利用处理和分析单元对收集到的数据进行处理和分析，以提取有用的信息。数据处理技术包括Hadoop、Spark等分布式数据处理框架，可以进行大规模数据的存储和处理。处理的内容包括数据清洗、预处理、挖掘建模等，例如对数据进行去噪、填充缺失值、异常值处理等。通过建立数学模型或机器学习模型，可以对数据进行深入挖掘和分析，发现隐藏在数据中的规律和趋势。

步骤三中在电网输电量监测中，异常检测是非常重要的环节。通过监测电网运行过程中的电压、电流、功率等电参量信息，可以及时发现异常情况。常见的异常情况包括电压波动、电流波动、功率不平衡等，这些异常会导致电网设备损坏、停电等不良影响。通过异常检测，可以及时发现并预警这些异常情况，为后续的故障定位和修复提供依据。

步骤四中当发现电网输电量异常时，利用故障定位模块进行故障定位以确定故障的位置和原因。故障定位可以通过可视化方式实现，例如通过地理信息系统(GIS)技术，将电网设备的位置信息与故障信息结合，快速定位故障点。同时，通过系统诊断和分析，可以初步判断故障的原因，为后续的修复建议提供参考。

步骤五中根据故障定位的结果，可以提出相应的修复建议。修复建议应当包括恢复供电的建议和相应的实施方案。例如，对于设备故障，更换设备或进行维修；对于供电线路故障，重新配置线路或进行加固等。同时，修复建议还应当考虑如何避免类似故障再次发生，以降低电网输电量的异常情况发生率。

步骤六中为了降低电网输电量异常情况的发生率，可以采取一些预防措施。常见的预防措施包括：硬件设备的部署：增加设备备份和冗余系统，提高电网设备的可靠性和稳定性；数据采集策略的制定：合理安排数据采集的频率和时间，避免数据拥堵和异常情况的发生；建立应急预案：针对出现的紧急情况制定应急预案，以便及时响应和处理；加强设备巡检和维护：定期对电网设备进行检查和维护，确保设备的正常运行；引入新技术：采用新的技术手段和方法，提高电网输电量监测的准确性和及时性。为了保证电网的正常运行，进行持续监测。持续监测包括定期收集数据、进行数据分析和可视化展示等。通过持续监测，可以及时发现电网输电量异常情况并采取相应的措施进行处理，确保电网的稳定性和可靠性。同时，持续监测还可以为电力公司的业务决策提供数据支持和参考依据。

说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本申请文件中使用到的标准零件均可以从市场上购买，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段进行连接，且机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再作出具体叙述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种电网输电量监测系统，其特征在于：所述监测系统包括：分布式监测终端、通信单元、数据处理和分析单元、故障定位模块、预警和报警模块、图形用户界面模块、数据分析报告模块、调节控制单元、安全防护模块、新能源供应单元、电磁防干扰模块、硬件封装模块、电路板设计模块和显示模块；还包括单片机控制终端、电力传输模块和信号传感模块；分布式监测终端的输出端与单片机控制终端的输入端电性连接，图形用户界面模块的输出端与单片机控制终端的输入端电性连接，所述新能源供应单元的输出端与电力传输模块的输入端电性连接，电力传输模块的输出端与电网主体的输入端电性连接，所述安全防护模块的输出端与信号传感模块的输入端电性连接，信号传感模块的输出端与电网主控端的输入端电性连接，所述通信单元、数据处理和分析单元、故障定位模块、预警和报警模块、数据分析报告模块、调节控制单元和电磁防干扰模块均与分布式监测终端电性连接，硬件封装模块、电路板设计模块和显示模块均与图形用户界面模块电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种电网输电量监测系统，其特征在于：所述分布式监测终端包括温度传感器、湿度传感器、电压互感器和电流互感器，温度传感器、湿度传感器、电压互感器和电流互感器均与单片机控制终端电性连接；图形用户界面模块包括电网运行状态显示模块、监测数据显示模块、操作人员控制模块和数据管理储存模块，电网运行状态显示模块、监测数据显示模块、操作人员控制模块和数据管理储存模块均与单片机控制终端电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种电网输电量监测系统，其特征在于：所述通信单元包括有线通信模块和无线通信模块，有线通信模块包括光纤通信模块和有线天线模块，光纤通信模块和有线天线模块均与分布式监测终端电性连接，无线通信模块包括无线电波模块和卫星通信模块，无线电波模块和卫星通信模块均与分布式监测终端电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种电网输电量监测系统，其特征在于：所述新能源供应单元包括太阳能供应单元、风能供应单元和水能供应单元，太阳能供应单元、风能供应单元和水能供应单元均与电网主控端电性连接；所述安全防护模块包括电压过载保护模块、电流过载保护模块、自动断路保护模块、电源故障保护模块和短路保护模块，电压过载保护模块、电流过载保护模块、自动断路保护模块、电源故障保护模块和短路保护模块均与电网主控端电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种电网输电量监测系统，其特征在于：所述硬件封装模块包括传感器、测量仪表、控制器、处理器、存储器设备的制造和封装；所述电路板设计模块包括电网电路布局、电网电路布线、电网电路元器件的选择。

6.根据权利要求1所述的一种电网输电量监测系统，其特征在于：所述数据处理和分析单元用于接收并处理来自分布式监测终端的数据，检测和诊断潜在的故障或异常情况；所述故障定位模块用于基于监测数据，使用故障定位算法来确定故障发生的位置；所述预警和报警模块用于检测到潜在的故障或异常情况时，向电网运营人员发出警报；所述数据分析报告模块用于收集和分析长期的监测数据，并生成报告；所述调节控制单元用于接收来自数据处理和分析单元的指令，控制电网设备的行为；所述电磁防干扰模块用于电网输电量监测系统的设备和线路不受外部电磁干扰的影响，同时不对其他设备产生干扰；所述显示模块用于连接各个设备和组件，显示监测数据和报警信息。

7.一种电网输电量监测方法，基于权利要求1-6任意一项所述的一种电网输电量监测系统实现，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在进行电网输电量监测时，首先收集相关数据；

步骤二：将收集到的数据进行处理和分析，提取有用的信息；

步骤三：在电网输电量监测中，对电网运行时异常状态进行检测；

步骤四：发现电网输电量异常时，进行故障定位并确定故障的位置和原因；

步骤五：根据故障定位的结果，提出相应的修复建议；

步骤六：制定预防措施并进行持续监测。

8.根据权利要求1所述的一种电网输电量监测系统及其监测方法，其特征在于：所述步骤一中收集相关数据包括电流、电压、功率、电度、电参量信息，以及设备状态、运行状态信息，收集方式通过分布式监测终端进行实时数据采集；所述步骤三中还包括通过监测电网运行过程中的电压、电流、功率的电参量信息，及时发现异常情况，异常情况包括电压波动、电流波动、功率不平衡。

9.根据权利要求1所述的一种电网输电量监测系统及其监测方法，其特征在于：所述步骤四中还包括通过地理信息系统，将电网设备的位置信息与故障信息结合，快速定位故障点；所述步骤五中修复建议包括恢复供电的建议和相应的实施方案，对于设备故障，更换设备或进行维修，对于供电线路故障，重新配置线路或进行加固；所述步骤六中预防措施包括硬件设备的部署、数据采集策略的制定、建立应急预案、加强设备巡检和维护和引入新技术，持续监测包括定期收集数据、进行数据分析和可视化展示。