一种面向配电多业务的融合系统和方法与流程

1.本发明属于电力领域，尤其涉及一种面向配电多业务的融合系统和方法。


背景技术：

2.随着信息技术的发展和可再生能源地位的上升，为解决可再生能源高效利用问题，必须建立以先进电力电子技术、信息技术等为基础的能源互联网。在能源互联网实践中，传统电力系统向智慧型电力系统转变，能源消费者对新型能源综合服务的需求增加，在争取消费话语权、参与节能减排等方面存在内在需求，但未得到有效满足。传统电力系统配电终端更多服务电网企业，忽略了电力用户的消费体验和选择权。
3.能源互联网下的配电终端应重视电力用户参与电力响应的现实需求，基于日趋复杂的配电自动化系统，在技术研发上强调灵活性和开放性，关注数据应用价值及增值服务，挖掘电力用户对高效能源管理的潜在需求，这对配电终端研发设计提出了新要求目前，在配电侧，出于对电力设备进行监控及对用电信息进行集抄的目的，需要在配电侧布置配电开关监控终端、配电变压器监测终端、集中器及网关设备。然而，上述设备一般是出自不同的厂家的，在使用前需要安装及调试，需要耗费大量的调试时间。


技术实现要素：

4.为了解决或者改善上述问题，本发明提供了一种面向配电多业务的融合系统和方法，具体技术方案如下：
5.本发明提供一种面向配电多业务的融合系统，包括：壳体和集成于所述壳体的主控制器、集中器；所述主控器包括数据采集模块、ad转换器、数据处理模块和主控制模块；所述数据采集模块与任意配电检测设备预先完成配置，并实时采集所述配电检测设备的端数据；采集到的数据经所述ad转换器和所述数据处理模块处理后，由所述集中器通过网关将处理数据结果按所述主控制模块指定的通讯路径进行远程发送。
6.优选的，所述配电检测设备包括：配电开关监控模块、配电变压器监测模块、智能电表、物联表、智能断路器以及逆变器。
7.优选的，所述主控制器用于将采集的所述配电检测设备的数据和所述处理数据结果，备份至存储模块以供上位机读取或修改。
8.优选的，所述数据处理模块用于将采集到的数据进行综合运算处理：根据规程，基于离群值分析和阀值分析，依次对所采集的数据进行清晰；对清晰后的数据依次进行一次有效处理和二次有效处理；将有效处理的结果进行综合分析处理；将综合分析后的数据及原始数据传输至所述主控制模块以等待传输。
9.优选的，所述一次有效处理包括对数据进行消噪、滤波、无效值剔除、数据填补和聚类分析处理；所述二次有效处理包括对所述一次有效处理的结果进行差分、累加、时段求最值以及一致性处理；所述综合分析处理包括对所述二次有效处理的结果进行相关性分析和时序分析。
10.优选的，所述对采集数据进行消噪、滤波，包括：在快速偏微分方程算法中，使用后向欧拉有限差分法对数据进行去噪处理获得第一去噪数据；在自适应卡尔曼算法中，将数据本身、数据的变化率以及变化率的导数作为系统状态变量，根据惯性定律构建过程模型和观测模型，并根据所述过程模型和所述观测模型对数据进行去噪处理获得第二去噪数据；将所述第一去噪数据和所述第二去噪数据进行加权融合后获得滤波后数据。
11.优选的，所述网关包括：上行通信单元、下行通信单元和控制单元；所述控制单元与所述上行通信单元、所述下行通信单元连接；所述下行通信单元与所述主控制模块连接以接收主控制模块发送的数据；所述控制单元用于处理所述下行通信单元接收到的数据，以将其转换成适合所述上行通信单元发送的数据制式，以供发送。
12.优选的，系统包括：数据采集层，用于采集所述配电检测设备的实时数据；数据处理层，用于对所述实时数据进行进行消噪、滤波、无效值剔除、数据填补和聚类分析处理，再进行差分、累加、时段求最值以及一致性处理，最后进行相关性分析和时序分析获得处理后数据结果；数据传输层，负责将所述处理后数据结果及原始数据分别传输至存储模块和上位机；设备管理层，用于将待管理的所述配电检测设备录入系统完成绑定配置。
13.本发明提供一种面向配电多业务的融合方法，适用于上述系统，包括：
14.将所述配电检测设备与所述主控制器端的数据采集模块绑定配置，由所述数据采集模块实时采集所述配电检测设备的端数据信息；
15.对所述数据信息进行ad转换处理后，进行一次有效处理和二次有效处理，对有效处理的结果进行综合分析处理，将分析后的数据结果及原始数据传输至所述主控制模块；
16.所述主控制模块进行数据备份后，通过网关将所述数据结果按指定的通讯路径进行远程发送。
17.优选的，所述配电检测设备的端数据信息包括：配电开关监控模块、配电变压器监测模块、智能电表、物联表、智能断路器以及逆变器端监测的配电网运行参数。
18.本发明的有益效果为：
19.接口标准化。面向配电网多业务状态监测的通信系统中接入网设备处在厂家多、协议多的环境中，各厂家生产的接口协议、接口功能各不相同，均可实现统一数据次采集和处理，从而提高设备间互操作性，实现配电网的开放包容需求。
20.业务差异化qos保障需求。配电网的多业务状态监测系统间实现信息的互联互通，便于新业务开通，接纳能力强。此外，进一步完善当前网络资源调度、动态接入控制等qos保障机制，从而满足多业务状态监测的差异化需求。
21.集中运维与统一管控需求。解决了配电业务状态监测系统面临设备数量多、覆盖范围广以及日趋复杂的网络结构难题，实现统一配置、平台集中管控，进一步满足配电网设备运行过程复杂性需求，实现集约化、精细化管控以及智能化、高效化运维。
附图说明
22.图1为本发明所述的面向配电多业务融合智能终端示意图；
23.图2为数据处理模块的处理流程图；
24.图3为另一实施例中的融合智能终端应用示意图；
25.图4为另一实施例中的融合智能终端应用示意图；
26.图5为另一实施例中的融合智能终端应用示意图。
具体实施方式
27.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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
29.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
30.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
31.为了解决或者改善对背景所提出的问题，本发明提供如图1所示的一种面向配电多业务融合智能终端/系统，包括壳体及集成在壳体内的主控制器和集中器；主控制器包括数据采集模块、ad转换器、数据处理模块和主控制模块；数据采集模块与任意配电检测设备预先完成配置，并实时采集配电检测设备的端数据，并经ad转换器和数据处理模块处理后，由集中器通过网关将处理数据结果按主控制模块指定的通讯路径进行远程发送。
32.配电检测设备至少包括配电开关监控模块、配电变压器监测模块、智能电表、物联表、智能断路器以及逆变器。
33.其中，主控制器将采集的配电检测设备的端数据及处理数据结果备份至存储模块供上位机读取或修改。
34.如图2所示数据处理模块将采集到的数据进行综合运算处理，具体为：
35.步骤1：根据规程，离群值分析，阀值分析依次对所采集的数据进行清晰。
36.步骤2：对清晰后数据依次进行一次有效处理和二次有效处理。
37.步骤3：将有效处理的结果进行综合分析处理。
38.步骤4：将分析后的数据及原始数据传输至主控制模块待传输。
39.其中，一次有效处理至少包括对采集数据进行消噪、滤波、无效值剔除、数据填补和聚类分析处理。
40.二次有效处理至少包括对一次有效处理结果进行差分、累加、时段求最值以及一致性处理。
41.综合分析处理至少包括对二次有效处理结果进行相关性分析和时序分析。
42.其中，对采集数据进行消噪、滤波具体为：在快速偏微分方程算法中，使用后向欧拉有限差分法对数据进行去噪处理获得第一去噪数据。
43.在自适应卡尔曼算法中，将数据本身、数据的变化率以及变化率的导数作为系统状态变量，根据惯性定律构建过程模型和观测模型，并根据过程模型和观测模型对数据进行去噪处理获得第二去噪数据。
44.将第一去噪数据和第二去噪数据进行加权融合后获得滤波后数据。
45.本发明以用户侧的用电功率数据为例，离群值分析采用格拉布斯检验，将配电变压器检测到的用户的用电功率按照从小到大的顺序排列：p1，p2，
…
，pn。当单侧功率最大值可疑时，若gn＞g(α，n)，则gn为异常值。其中，当单侧功率最小值可疑时，若g1＞g(α，n)，则gn为异常值。其中，g(α，n)由格拉布斯临界值查询表可得。
46.将判断后的数据进行消噪、滤波、无效值剔除、数据填补、聚类分析等处理。
47.采用rw和rn检测方法对无效数据进行剔除，并对剔除后数据进行状态估计。
48.rw和rn检测方法具体包括：首先对用电功率进行检测和辨识，rw检测对于第i个用户的用电功率：或式中当用户的用电功率最大的加权残差|p
wi
|＞3时，则认为该用户的用电功率是坏数据。rn检测对于第i个用户的用电功率：p{|p
ni
|＜3}＝0.9975。
49.当用户的用电功率最大的正则化残差|p
ni
|＞3时，则认为该用户的用电功率是坏数据。以上两种方法误检概率均为0.0025。
50.状态估计具体包括：确定用户侧电压u和功率p数据数为m、量测值z以及状态量个数n；则目标函数为：
[0051][0052]
雅可比矩阵：
[0053]
信息矩阵：∑＝h
t
r-1
h。
[0054]
最后得到状态估计方程：x
(k)
＝∑-1ht
r-1
z；k为迭代次数。当x
(k)-x
(k-1)
≤ξ时，将结果导出。
[0055]
上式中，z为用户数据量测量、x为状态变量，设用户侧的u为状态变量x，n为用户侧电压数量、v为量测误差、ξ为收敛精度、h(x)为根据电路原理关系得到的非线性量测函数；r-1
为加权系数的倒数，功率的量测标准差为0.03，电压的量测标准差为0.02，ξ＝0.005。由此得到状态估计后的精确数据进行一致性处理。
[0056]
网关还包括：上行通信单元、下行通信单元和控制单元。
[0057]
控制单元与上行通信单元、下行通信单元连接；下行通信单元与主控制模块连接；接收主控制模块发送的数据。
[0058]
将处理后的数据进行差分、累加、时段求最值等一致性处理，再进行相关性分析、时序分析等综合分析处理。
[0059]
对数据进行差分，对配电变压器检测到的用户侧数据(包括u、p)进行以6h为一个时段进行分时段处理，对每个时段的用户侧数据进行一阶差分。以电压数据为例，假设第一
时段(0-6h)内配电变压器检测到k个用户电压。定义则就是第一时段用户侧电压数据的一阶差分。电压在k处的变化率为[x(k)-x(k-1)]/[k-(k-1)]。
[0060]
相关性分析，将处理后的用户电压和功率数据绘制散点图，横坐标x＝u，坐标y＝p。通过matlab获得合适的拟合函数。采用判定系数r2进行数据相关性分析。
[0061]
其中，为用户功率测量值的平均值，为根据ui拟合得到的用户功率值。r2的取值范围为[0,1]，r2越接近1说明用户数据相关性越好，将相关性低于0.5的数据去除。
[0062]
将分析后的数据及原始数据传输至主控制器。
[0063]
将判断后的数据进行消噪、滤波，包括：在快速偏微分方程算法中，使用后向欧拉有限差分法对数据进行去噪处理获得第一去噪数据；
[0064]
首先将时间离散为一系列的点t0,t1,...,tn，一个用户对应这些时间节点的功率为p0,p1,...,pn。根据p
n-1
＝p
n-hf(tn,pn)，h为时间步长，f(tn,pn)为用户功率关于时间变化的拟合函数。从当前时刻出发，根据当前时刻的功率值可以求出前一时刻的功率值。以此来去除偏移函数太多的功率值，获得第一去噪数据。
[0065]
在自适应卡尔曼算法中，将数据本身、数据的变化率以及变化率的导数作为系统状态变量，根据惯性定律构建过程模型和观测模型，并根据过程模型和观测模型对数据进行去噪处理获得第二去噪数据。
[0066]
第二次去噪，具体为：将用户功率和电压作为系统状态变量，根据惯性定律构建过程模型和观测模型，并根据过程模型和观测模型对配电变压器数据进行去噪处理获得第二去噪数据，具体包括：
[0067]
根据惯性定律构建线性离散系统的过程模型以及测量模型表示为：
[0068]
式中：为待估计状态变量，即用户功率和电压。z(k)为配电变压器检测到用户功率和电压实际测量量；w(k)为过程噪声；v(k)为测量噪声；
[0069]
并假设以下条件成立：式中：q(k)矩阵和r(k)分别表示过程噪声协方差矩阵和测量噪声协方差矩阵，δ(k-j)为kronecker-δ函数，如果k≠j，那么δ(k-j)＝0；如果k＝j，那么δ(k-j)＝1。
[0070]
状态变量进行预测公式如下：p(k+1|k)＝a(k)p(k|k)a
t
(k)+q(k)，式中：为先验估计状态值，利用k时刻及以前时刻电压和功率测量值的最优估计预测((k+1))时刻的电压和功率测量值，为后验状态估计值；p(k+1|k)为协方差预测矩阵。
[0071]
计算滤波增益矩阵：k(k+1)＝p(k+1|k)c
t
(k)[c(k)p(k+1|k)c
t
(k)+r(k)]-1
。
[0072]
状态更新方程：
[0073]
将第一去噪数据和第二去噪数据进行加权融合后获得滤波后数据。
[0074]
控制单元用于处理下行通信单元接收到的数据，将其转换成适合上行通信单元发送的数据制式，然后进行发送。
[0075]
其中，控制单元包括网络层、数据传输层、设备管理层；设备管理层用于通过下行通信单元接收数据，数据传输层用于将设备管理层接收的数据转换成适合上行通信单元发送的数据制式，然后传输至网络层；网络层再将数据通过上行通信单元进行发送。
[0076]
如图3所示，本发明融合智能终端可集成智能物联表、电能表、智能断路器、逆变器和自适应监控终端等设备，通过预制配置，在现场以配电网发电点计量箱的形式安装，即可实现分布式配电网可控接入。高度集成化便利了新增配电网台区建设和存量配电网台区改造，便于现场安装及后期运维管理。
[0077]
如图4和5所示，通过将实施例的380v接入台区的下户线、分支箱和电压母线进行并网，以此达到低压分布式配电网台区建设目标可观、可测、可控提供支持，达到台区内部就地消纳和边缘计算提供设备基础。
[0078]
台区建设可观目标为，建立低压分布式配电网运行监测体系，实现台区智能融合终端、智能光伏测量箱、智能电能表、智能断路器、防孤岛装置、数据采集器、配电网逆变器等设备的运行状态在线观测。完成低压分布式配电网高频采集通信全覆盖，实现全部低压分布式配电网用户15分钟级负荷数据全采集,对于重要台区配电网用户及关键数据实现5分钟采集,试点探索1分钟级信息采集，实现低压分布式配电网发电负荷日预测。
[0079]
台区建设可新增配电网用户具备远程即时控制和柔性控制能力。通过建立低压分布式配电网控制与出力调节策略，依据分布式配电网运行监测结果，实现低压分布式配电网群调群控，保证电网运行安全，解决台区就地消纳难题。
[0080]
本发明还提供一种面向配电多业务融合智能终端的方法，包括步骤：
[0081]
s1：将选定配电检测设备与主控制器端的数据采集模块绑定配置；由数据采集模块实时采集配电检测设备的端数据信息；配电检测设备的端数据信息至少包括配电开关监控模块、配电变压器监测模块、智能电表、物联表、智能断路器以及逆变器端监测的配电网运行参数；
[0082]
s2：对数据信息进行ad转换处理后，进行一次有效处理和二次有效处理，对有效处理的结果进行综合分析处理，将分析后的数据结果及原始数据传输至主控制模块；
[0083]
s3：由主控制模块进行数据备份后，通过网关将数据结果按指定的通讯路径进行远程发送。
[0084]
本发明还提供一种面向配电多业务融合智能终端的系统，系统包括：
[0085]
数据采集层，用于采集配电检测设备端的实时数据；
[0086]
数据处理层，用于对实时数据进行进行消噪、滤波、无效值剔除、数据填补和聚类分析处理；再进行差分、累加、时段求最值以及一致性处理；最后进行相关性分析和时序分析获得处理后数据结果；
[0087]
数据传输层，负责将数据结果及原始数据分别传输至存储模块和上位机；
[0088]
设备管理层，用于将待管理的配电检测设备录入系统完成绑定配置。
[0089]
发明还提供一种存储介质，为计算机可读存储介质中的一种，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现面向配电多业务融合方法。
[0090]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0091]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
[0092]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

技术特征：
1.一种面向配电多业务的融合系统，其特征在于，包括：壳体和集成于所述壳体的主控制器、集中器；所述主控器包括数据采集模块、ad转换器、数据处理模块和主控制模块；所述数据采集模块与任意配电检测设备预先完成配置，并实时采集所述配电检测设备的端数据；采集到的数据经所述ad转换器和所述数据处理模块处理后，由所述集中器通过网关将处理数据结果按所述主控制模块指定的通讯路径进行远程发送。2.根据权利要求1所述面向配电多业务的融合系统，其特征在于，所述配电检测设备包括：配电开关监控模块、配电变压器监测模块、智能电表、物联表、智能断路器以及逆变器。3.根据权利要求2所述面向配电多业务的融合系统，其特征在于，所述主控制器用于将采集的所述配电检测设备的数据和所述处理数据结果，备份至存储模块以供上位机读取或修改。4.根据权利要求3所述面向配电多业务的融合系统，其特征在于，所述数据处理模块用于将采集到的数据进行综合运算处理：根据规程，基于离群值分析和阀值分析，依次对所采集的数据进行清晰；对清晰后的数据依次进行一次有效处理和二次有效处理；将有效处理的结果进行综合分析处理；将综合分析后的数据及原始数据传输至所述主控制模块以等待传输。5.根据权利要求4所述面向配电多业务的融合系统，其特征在于，所述一次有效处理包括对数据进行消噪、滤波、无效值剔除、数据填补和聚类分析处理；所述二次有效处理包括对所述一次有效处理的结果进行差分、累加、时段求最值以及一致性处理；所述综合分析处理包括对所述二次有效处理的结果进行相关性分析和时序分析。6.根据权利要求5所述面向配电多业务的融合系统，其特征在于，所述对采集数据进行消噪、滤波，包括：在快速偏微分方程算法中，使用后向欧拉有限差分法对数据进行去噪处理获得第一去噪数据；在自适应卡尔曼算法中，将数据本身、数据的变化率以及变化率的导数作为系统状态变量，根据惯性定律构建过程模型和观测模型，并根据所述过程模型和所述观测模型对数据进行去噪处理获得第二去噪数据；将所述第一去噪数据和所述第二去噪数据进行加权融合后获得滤波后数据。7.根据权利要求6所述面向配电多业务的融合系统，其特征在于，所述网关包括：上行通信单元、下行通信单元和控制单元；所述控制单元与所述上行通信单元、所述下行通信单元连接；所述下行通信单元与所述主控制模块连接以接收主控制模块发送的数据；所述控制单元用于处理所述下行通信单元接收到的数据，以将其转换成适合所述上行通信单元发送的数据制式，以供发送。8.根据权利要求7所述面向配电多业务的融合系统，其特征在于，包括：
数据采集层，用于采集所述配电检测设备的实时数据；数据处理层，用于对所述实时数据进行进行消噪、滤波、无效值剔除、数据填补和聚类分析处理，再进行差分、累加、时段求最值以及一致性处理，最后进行相关性分析和时序分析获得处理后数据结果；数据传输层，负责将所述处理后数据结果及原始数据分别传输至存储模块和上位机；设备管理层，用于将待管理的所述配电检测设备录入系统完成绑定配置。9.一种面向配电多业务的融合方法，适用于权利要求1所述系统，其特征在于，包括：将所述配电检测设备与所述主控制器端的数据采集模块绑定配置，由所述数据采集模块实时采集所述配电检测设备的端数据信息；对所述数据信息进行ad转换处理后，进行一次有效处理和二次有效处理，对有效处理的结果进行综合分析处理，将分析后的数据结果及原始数据传输至所述主控制模块；所述主控制模块进行数据备份后，通过网关将所述数据结果按指定的通讯路径进行远程发送。10.根据权利要求9所述面向配电多业务的融合方法，其特征在于，所述配电检测设备的端数据信息包括：配电开关监控模块、配电变压器监测模块、智能电表、物联表、智能断路器以及逆变器端监测的配电网运行参数。

技术总结
本发明属于电力领域，尤其涉及面向配电多业务的融合系统和方法，系统包括壳体和集成于所述壳体的主控制器、集中器；所述主控器包括数据采集模块、AD转换器、数据处理模块和主控制模块；所述数据采集模块与任意配电检测设备预先完成配置，并实时采集所述配电检测设备的端数据；采集到的数据经所述AD转换器和所述数据处理模块处理后，由所述集中器通过网关将处理数据结果按所述主控制模块指定的通讯路径进行远程发送。可以实现针对不同厂家和类似的配电设备之间的数据汇集和处理，提高数据管理的效率。的效率。的效率。


技术研发人员：林溪桥 李俊 陈志君 程敏 蒲鸥 周春丽 覃惠玲 何承瑜 罗阳洋 刘裕昆 卢纯颢 韩帅 郭小璇
受保护的技术使用者：广西电网有限责任公司
技术研发日：2023.05.19
技术公布日：2023/9/5