一种智能台区系统和管理方法
阅读说明：本技术 一种智能台区系统和管理方法 (Intelligent transformer area system and management method ) 是由 张冀川 王鹏 栾文鹏 郭屾 林佳颖 张治明 张明宇 孙浩洋 于 2018-08-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种智能台区系统和管理方法,包括：配电自动化主站和智能配变终端；智能配变终端包括者少一个终端应用,智能配变终端采集低压配网设备的数据,基于终端应用对采集的数据进行边缘计算,并将计算结果发送给配电自动化主站；配电自动化主站用于：对智能配变终端处理的数据进行运行管控。系统和管理方法能够直接采集低压配网设备的数据,克服了当前台区侧配变终端仅能实现对配变监测的缺陷；基于边缘计算实现数据就地分析、存储,本地决断,快速响应。(The invention provides an intelligent cell system and a management method, comprising the following steps: the system comprises a power distribution automation master station and an intelligent distribution transformer terminal; the intelligent distribution transformer terminal comprises one less terminal application, collects data of the low-voltage distribution network equipment, performs edge calculation on the collected data based on the terminal application, and sends a calculation result to the distribution automation main station; the distribution automation master station is used for: and carrying out operation management and control on data processed by the intelligent distribution transformer terminal. The system and the management method can directly acquire data of low-voltage distribution network equipment, and overcome the defect that the distribution transformer terminal at the current distribution area side can only realize distribution transformer monitoring; and the data is analyzed and stored locally, decided locally and responded quickly based on edge calculation.)
技术领域
本发明属于智能电网的配电自动化技术领域，具体涉及一种智能台区系统和管理方法。
背景技术
电力行业远方数据采集研究和应用，最初是电力负荷控制系统在国内得到少量应用，随 着技术的进一步发展，在原有负荷控制的基础上，又拓展了更多的业务应用，也就是负荷管 理系统，配电台区作为供电营销和用电客户双方利益的交集点，早期主要是在负荷管理系统 基础上扩充配变监测功能，但随着业务要求及技术的不断发展，配电台区的监测也由过去粗 放式的管理向精细化的转变。但配电台区存在分布广、运行环境复杂、难以实时监控等问题， 配电变压器等设备运行维护难度相对较大，因设备维护不及时、监测不到位导致的设备故障 引起非正常停电的情况也时有发生。
当前台区侧配变终端仅能实现对配变监测，配变至用户侧的低压电网处于监控盲区；终 端系统各功能模块之间耦合性较强，功能难以扩展和升级。
发明内容
为克服上述现有技术难以检测配变至用户侧的低压电网的不足，本发明提出一种智能台 区系统和管理方法。该系统和管理方法以智能配变终端作为台区设备管理中心，管理范围由 配电变压器至用户侧智能电表。
实现上述目的所采用的解决方案为：
一种智能台区系统，其改进之处在于，包括：配电自动化主站和智能配变终端；
所述智能配变终端包括者少一个终端应用，所述智能配变终端采集低压配网设备的数据， 基于所述终端应用对采集的数据进行边缘计算，并将计算结果发送给所述配电自动化主站；
所述配电自动化主站用于：对所述智能配变终端处理的数据进行运行管控。
本发明提供的第一优选技术方案，其改进之处在于，所述边缘计算包括：在采集低压配 网设备数据的所述智能配变终端就地存储所述数据并根据业务需要对所述数据进行计算。
本发明提供的第二优选技术方案，其改进之处在于，所述智能配变终端还包括：消息总 线、协议规约库、共享数据库和硬件驱动封装库；
所述协议规约库，包括预先制定的协议，用于实现所述终端应用间的通讯；
所述消息总线，用于终端应用与终端应用和/或配电自动化主站进行通讯和数据交互；
所述共享数据库连接所述消息总线，用于存储所述终端应用共有的数据；
所述硬件驱动封装库连接在所述协议规约库和智能配变终端的接口之间，所述终端应用 通过所述硬件驱动封装库驱动智能配变终端连接的设备。
本发明提供的第三优选技术方案，其改进之处在于，所述智能配变终端还包括：容器；
所述终端应用、消息总线、协议规约库、共享数据库和硬件驱动封装库运行于所述容器 中，并由所述容器进行管理。
本发明提供的第四优选技术方案，其改进之处在于，所述配电自动化主站包括：对所述 智能配变终端上传或处理的业务数据进行展示。
本发明提供的第五优选技术方案，其改进之处在于，所述配电自动化主站还包括控制器 服务端；
所述控制器服务端用于通过设置在所述智能配变终端上的控制器客户端对所述智能配变 终端进行网络管理、设备管理、容器管理和终端应用管理。
本发明提供的第六优选技术方案，其改进之处在于，所述控制器服务端包括：网络管理 模块、设备管理模块、容器管理模块和应用管理模块；
所述网络管理模块用于管理与所述智能配变终端的网络连接；
所述设备管理模块用于通过网络连接管理与所述智能配变终端连接的设备；
所述容器管理模块用于管理所述智能配变终端中的容器；
所述应用管理模块用于根据业务需要在所述智能配变终端的容器中实例化终端应用处理 业务，其中，所述业务需要包括计算业务需要和管理所述智能配变终端接入设备的业务需要。
本发明提供的第七优选技术方案，其改进之处在于，还包括应用中心；
所述应用中心用于存储终端应用，并对安装于智能配变终端的终端应用进行远程维护管 理。
本发明提供的第八优选技术方案，其改进之处在于，所述应用中心包括：应用测试模块、 应用管理模块、综合监测模块和权限管理模块；
所述应用测试模块用于生成并管理终端应用的测试报告；
所述应用管理模块用于管理经过测试的终端应用，包括检测所述终端应用的功能性、规 范性和安全性，对所述终端应用进行注册和归档；
所述综合监测模块用于实时监测所述终端应用的运行状态，对异常状态进行告警；
所述权限管理模块用于对使用所述终端应用的用户的权限进行管理。
本发明提供的第九优选技术方案，其改进之处在于，还包括低压配网设备；
所述低压配网设备，用于完成配用电系统计量、监测、电能质量治理和用户侧供需互动。
本发明提供的第十优选技术方案，其改进之处在于，所述低压配网设备包括：台区侧设 备、低压侧设备和用户侧设备；
所述台区侧设备包括：进线开关、剩余电流动作保护器、智能电容器、集中器和环境监 测装置；
所述低压侧设备包括：换相开关、智能塑壳断路器和分支箱监测单元；
所述用户侧设备包括：智能电表、光伏发电系统、电动汽车充电桩和表箱监测单元。
本发明提供的第十一优选技术方案，其改进之处在于，所述主站的终端应用管理包括： 根据所述智能配变终端的业务需要，经过所述配电自动化主站从应用中心下载终端应用并安 装。
一种智能台区管理方法，其改进之处在于，包括：
智能配变终端采集低压配网设备的数据；
智能配变终端基于业务类型对采集的数据进行边缘计算，并将计算结果发送给配电自动 化主站；
所述配电自动化主站对所述智能配变终端上传的计算结果进行运行管控。
本发明提供的第十二优选技术方案，其改进之处在于，所述智能配变终端基于业务类型 对采集的数据进行边缘计算，包括：
智能配变终端的容器中根据业务类型负责边缘计算的终端应用基于协议规约库和共享数 据库，通过消息总线从负责采集数据的终端应用中获取采集的数据；
根据业务类型负责边缘计算的终端应用对获取的数据进行边缘计算；
其中，所述采集的数据由负责采集数据的终端应用通过硬件驱动封装库驱动所述智能配 变终端连接的设备采集得到，所述边缘计算包括：在采集低压配网设备数据的所述智能配变 终端就地存储所述数据并根据业务需要对所述数据进行处理。
本发明提供的第十三优选技术方案，其改进之处在于，所述配电自动化主站对所述智能 配变终端上传的计算结果进行运行管控，包括：
所述配电自动化主站对所述智能配变终端上传或处理的业务数据进行展示。
本发明提供的第十四优选技术方案，其改进之处在于，所述配电自动化主站对所述智能 配变终端上传的计算结果进行运行管控，还包括：
管理与所述智能配变终端的网络连接；
通过网络连接管理与所述智能配变终端连接的设备和所述智能配变终端中的容器；
根据业务需要在所述智能配变终端的容器中实例化终端应用处理业务，其中，所述业务 需要包括计算业务需要和管理所述智能配变终端接入设备的业务需要。
本发明提供的第十五优选技术方案，其改进之处在于，所述智能配变终端采集低压配网 设备的数据之前，还包括：
根据所述智能配变终端的业务需要，经过所述配电自动化主站从应用中心下载终端应用 并安装。
与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
1、本发明提供的智能台区系统和管理方法，能够通过智能配变终端采集低压配网设备的 数据，并基于智能配变终端中的终端应用对采集的数据进行边缘计算，将计算结果发送给配 电自动化主站，由主站对智能配变终端处理的数据进行运行管控，克服了当前台区侧配变终 端仅能实现对配变监测的缺陷，同时基于边缘计算实现数据就地分析、存储，本地决断，能 够实现快速响应。
2、本发明提供的智能台区系统和管理方法，通过终端软件模块化设计，可针对不同的应 用场景，选择安装不同的软件模块，实现软件的可配置化，方便设备的部署。
3、本发明提供的智能台区系统和管理方法，基于边缘计算物联网方案，实现弹性管理， 分布式部署，支撑千万级链接，实现平滑扩容。
4、本发明提供的智能台区系统和管理方法，利用高速以太网、RS485、低功耗无线、宽 带载波等通讯方式，采用有线无线相结合，实现台区设备全覆。
5、本发明提供的智能台区系统和管理方法，利用台区监控数据，组合数据分析实现风险 预警与故障研判，能够及时发现和处理故障，提高供电的可靠性，提升低压配电网综合管理 水平。
附图说明
图1为本发明提供的一种智能台区系统结构示意图；
图2为本发明提供的一种智能台区系统详细结构示意图；
图3为本发明提供的一种智能台区系统中应用中心运行示意图；
图4为本发明提供的配电自动化主站功能示意图；
图5为本发明提供的智能配变终端结构示意图；
图6为本发明提供的一种智能台区管理方法流程示意图；
图7为本发明提供的一种智能台区管理方法详细流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
实施例1：
本发明提供的一种智能台区系统结构如图1所示，包括：配电自动化主站和智能配变终 端；
智能配变终端包括者少一个终端应用，智能配变终端采集低压配网设备的数据，基于终 端应用对采集的数据进行边缘计算，并将计算结果发送给配电自动化主站；
配电自动化主站用于：对智能配变终端处理的数据进行运行管控。
其中，边缘计算包括：在采集低压配网设备数据的智能配变终端就地存储数据并根据业 务需要对该数据进行计算。
具体的，本发明提供的智能台区系统详细结构示意图如图2所示，该系统架构包括简称 为应用中心的APP应用中心、配电自动化主站、智能配变终端和低压配网设备。APP应用中 心进行APP即终端应用统一检测、管理并推送至配电自动化主站。配电自动化主站根据配电 台区实际需求如计算线损和/或治理三相不平衡等，可从APP应用中心下载对应APP应用程 序，并发送到智能配变终端进行安装，同时配电主站可以对终端、网络通讯以及所运行APP 情况进行监控。智能配变终端自动完成APP的安装和升级，同时终端与配电自动化主站站端 协同，基于边缘计算理念，承担部分计算和分析功能，快速完成预测预警和故障研判。低压 配网设备由台区侧设备、低压侧设备和用户侧设备组成，用于完成配用电系统计量、监测、 电能质量治理和用户侧供需互动等。台区侧设备包括进线开关、剩余电流动作保护器、智能 电容器、集中器、环境监测装置等。低压侧设备包括换相开关、智能塑壳断路器、分支箱监 测单元等。用户侧设备包括智能电表、光伏发电系统、电动汽车充电桩、表箱监测单元等。 如图2所示，应用中心包括多种类型的APP应用，包括检测类APP、数据分析类APP、标准 库类APP和通讯服务类APP。应用中心还包括存储归档应用的文件服务器。智能配变终端和 配电自动化主站的计算分析功能包括线损分析、户变关系、三相不平衡、相位识别、电能质 量、设备监测、故障研判和防窃电等。这些计算分析功能在主站和智能配变终端的本地边缘 计算中进行分配，图2中的50％主站计算分析和50％本地边缘计算为配电自动化主站和智能 配电终端计算分配的一个例子，实际应用中可以有更多的分配比例。
应用中心对智能配变终端应用进行测试、发布、管理和运维方面的全生命周期管理，可 实现应用的统一、集中管理，降低运维成本。图3为应用中心的运行示意图。应用中心通过 构建应用市场，将零散的应用集中管理，可根据监测配电变压器的运行工况要求从应用商店 下载使用，为用户提供有效的应用部署工具；通过构建应用管理，对应用审核、发布和下线 进行全生命周期管理，为用户提供有效的应用管理工具。具备应用中心的多级权限管理，对 设备管理、设备配置和应用升级按照不同群组、用户的权限，拥有查看和操作功能。应用中 心具备实现智能配变终端设备软件和补丁包的下发和自动升级操作，并提供对部署数据的查 询统计。应用中心具备实现智能配变终端设备软件测试流程进行管理以及测试报告生成，还 具备实现对智能配变终端软件状态和位置等信息的监测，提高终端资源的合理利用。
应用中心包括应用测试模块、应用管理模块、综合监测模块和权限管理模块。
其中，应用测试模块用于通过建立线上和线下相结合的应用测试流程管理机制，管理各 环节及各测试类型的应用测试成果并生成总体测试报告。
应用管理模块用于注册经过测试的应用并将该应用上传，还用于检测应用的功能性、规 范性和安全性，并将通过检测的应用进行归档在文件服务器上，供各网省公司进行选择。各 网省根据所发布的APP版本进行选择应用，定制后应用统一安装在智能配变终端。
综合监测模块用于实时监测终端应用的运行状态以及位置、性能和流量信息，对异常状 态进行告警，还用于汇总上传应用操作日志并提供查询统计功能，统计各网省APP应用总下 载量及实时下载情况。
权限管理模块用于对机构和人员的权限进行维护、用户授权和用户权限查询，具体包括 机构维护：机构新增、修改和删除；人员维护：人员新增、修改、删除、人员口令修改、注 册用户审查和帐户开通/停止；用户角色授权；用户权限查询：用户拥有的角色查询和用户拥 有的权限查询。
图4为一个新型配电自动化主站，也即前面所称的配电自动化主站结构示意图。配电自 动化主站包括传统主站和控制器服务端。传统主站包括运行监控模块、用户管理模块、配变 业务模块和故障管理模块。除了传统功能外，传统主站还用于展示智能配变终端上传或分析 的业务数据，故障研判、拓扑分析、风险预警和负荷预测等高级数据分析应用以及与终端的 协同处理，并与控制器服务端进行交互，交互内容包括终端设备序列号和运行状态以及APP 名称、版本信息和运行状态等。
控制器服务端用于通过设置在智能配变终端上的控制器客户端对智能配变终端的软件进 行管理，包括网络管理、设备管理、容器管理和APP管理功能。部署在主站的控制器服务端 远程控制部署在配变终端的控制器客户端，通过协同工作对配变终端的网络、设备以及容器 进行管理，当配变终端接入设备时，根据设备的类型选择应用服务，在选择的应用服务对应 的容器中实例化终端应用对设备进行管理。控制器服务端基于软件定义网络架构，包括：设 备管理模块、网络管理模块、容器管理模块和APP管理模块，其中APP管理模块即应用管 理模块。网络管理模块用于管理与智能配变终端的网络连接，包括VPN隧道建立、地址管理 和流量监控；设备管理模块用于通过网络连接管理与智能配变终端连接的设备，包括物联网 关扫码开局、接口管理和地理位置可视化；容器管理模块用于智能配变终端中的虚拟机和容 器资源管理；APP管理模块用于根据业务需要在智能配变终端的容器中实例化终端应用处理 业务，其中，业务需要包括计算业务需要和管理智能配变终端接入设备的业务需要，具体对 智能配变终端上的应用程序进行远程安装、更新、卸载和启停。
图5为智能配变终端结构示意图，智能配变终端包括管理和运行不同类型的应用服务的 容器，该容器也可称为Linux容器或LXC容器。容器内运行消息总线、协议规约库、终端应 用、共享数据库和硬件驱动封装库，并对。其中根据业务需要在所述智能配变终端的容器中 实例化终端应用处理业务，其中，所述业务需要包括计算业务需要和管理所述智能配变终端 接入设备的业务需要进行管理。消息总线用于终端应用与终端应用和/或配电自动化主站进行 通讯和数据交互；协议规约库，包括预先制定的协议，用于实现终端应用间的通讯；终端应 用包括通信服务APP、配变监测APP、充电桩管理APP、电能质量APP、集中器采集APP和低 压配网运维APP；共享数据库连接消息总线，用于存储终端应用共有的数据；硬件驱动封装 库连接在协议规约库和智能配变终端的接口之间，终端应用通过硬件驱动封装库驱动智能配 变终端连接的设备。
LXC容器通过chroot创建一个虚拟的根目录文件系统可以和其他容器的虚拟文件系统相 互隔离，但共享位于linux内核的底层的文件系统；通过容器在linux内核中的Chroot、 namespace、cgroups保证了容器间的资源的分配、隔离以及共享。各类APP之间通过消息总 线实现信息交互，消息总线采用消息队列遥测传输MQTT发布/订阅消息传输方式，该方式实 现了各类APP之间的独立运行与解耦，适用于未来终端更多的APP安装部署。
智能配变终端按照“硬件平台化、软件APP化、结构标准化、应用智能化”按照终端硬 件平台化。终端进一步强化本地计算的能力，能够充分发挥自身计算功能和本地就近处理的 优势，很好地解决时延敏感应用计算问题。计算相关的资源门槛提升到CPU主频600MHz 以上，内存为512MByte以上，FLASH为1GByte以上。终端通信技术的带宽能力进一步升 级，远程无线通信应为USB接口的4G模块，支撑软件APP化；本地微功率无线、电力线载波通信方案的速率应达到100kbps量级，支撑本地的高频采集。本地通信模块和远程通信模块采用模块化设计，以保证未来的通讯能力升级。本地微功率采用RF-Mesh或6lowpanm， 支持IPv6；本地通信模块和远程通信模块采用模块化设计，以保证未来的通讯能力升级。
基于容器技术实现终端软件的APP化，并且能够将各APP计算资源隔离及量化分配。由 于标准化容器引擎没有提供通道等资源的隔离及量化分配的手段，所以容器引擎发布时需集 成专门的资源访问服务，实现远程通讯、本地通讯信道传输能力等资源的可量化分配及共享。
低压配网设备：由台区侧设备、低压侧设备和用户侧设备组成。台区侧设备包括进线开 关、剩余电流动作保护器、智能电容器、集中器和环境监测装置等。低压侧设备包括换相开 关、智能塑壳断路器和分支箱监测单元等。用户侧设备包括智能电表、光伏发电系统、电动 汽车充电桩和表箱监测单元等。台区侧设备以RS485接入为主，低压侧和用户侧设备以微功 率无线、宽带载波相结合通讯方式，实现台区设备终端全接入，全覆盖。高速以太网采用100M， 宽带载波采用2M带宽。宽带载波采用跳频和优先级处理机制，有效避免信号干扰，提高通 讯可靠性。采用多业务承载和安全隔离机制，实现业务隔离。
本发明提供的智能台区系统，在智能配变终端采用边缘计算物联网的智能配变解决方案， 包括(1)软件定义网络架构，可实现弹性管理，分布式部署，支撑千万级链接，实现平滑扩 容；(2)边缘计算，利用本地数据聚合，实现数据的结构化输出，数据就地分析、存储，本 地决断，快速响应；(3)安全接入，终端对接入、传输、访问控制全方位的安全机制，构筑 端到端的生态安全。
实施例2：
基于同一发明构思，本发明还提供了一种智能台区管理方法，由于该方法解决技术问题 的原理与智能台区系统相似，重复之处不再赘述。
该方法如图6所示，包括：
步骤1：智能配变终端采集低压配网设备的数据；
步骤2：智能配变终端基于业务类型对采集的数据进行边缘计算，并将计算结果发送给配 电自动化主站；
步骤3：配电自动化主站对智能配变终端上传的计算结果进行运行管控。
其中，智能台区管理方法具体如图7所示，包括：
步骤101：根据智能配变终端的业务需要，经过配电自动化主站从应用中心下载终端应 用并安装；
步骤102：智能配变终端采集低压配网设备的数据；
步骤103：智能配变终端的容器中根据业务类型负责边缘计算的终端应用基于协议规约库 和共享数据库，通过消息总线从负责采集数据的终端应用中获取采集的数据；其中，采集的 数据由负责采集数据的终端应用通过硬件驱动封装库驱动智能配变终端连接的设备采集得到；
步骤104：根据业务类型负责边缘计算的终端应用对获取的数据进行边缘计算；其中，边 缘计算包括：在采集低压配网设备数据的智能配变终端就地存储数据并根据业务需要对该数 据进行处理；
步骤105：将计算结果发送给配电自动化主站；
步骤106：配电自动化主站对智能配变终端上传或处理的业务数据进行展示。
执行步骤106同时，智能台区管理方法还包括与步骤105同时进行的下述步骤：
步骤107：配电自动化主站管理与智能配变终端的网络连接；
步骤108：配电自动化主站通过网络连接管理与智能配变终端连接的设备和智能配变终端 中的容器；
步骤109：配电自动化主站根据业务需要在智能配变终端的容器中实例化终端应用处理业 务，其中，业务需要包括计算业务需要和管理智能配变终端接入设备的业务需要。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。 因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的 形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储 介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/ 或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/ 或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令 到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个 机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程 图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工 作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制 造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指 定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或 其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编 程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多 个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制, 尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域 技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但 这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。