基于低壓配電網的信息網絡的制作方法
【專利摘要】一種基于低壓配電網的信息網絡，它是樹狀組成結構，從根到葉可劃分成如下各級網段：配變級（樹根）、場院級、樓棟級、樓層級、家庭級、廳室級、設備級（樹葉）；每級網段都是上級節(jié)點經電纜分支連接下級節(jié)點，其中配變作為根節(jié)點引起本網絡，用電設備作為葉節(jié)點終結此網絡；在各級網段的節(jié)點中自動在線采集、處理本網發(fā)生的電壓、電流、功率因素、諧波等電氣信息；這些節(jié)點成為信息節(jié)點，是本網分布信息的源泉；基于各網段中分支電纜上下傳送信息，這些電纜成為信息網的物理信道；使低壓配電網信息化兼作信息網絡,使配網供用電過程信息化，使人們在日常生產、生活用電過程中可以通過“低壓配電信息網”對用電狀況在線監(jiān)測和管理。
【專利說明】基于低壓配電網的信息網絡
【技術領域】
[0001]本發(fā)明專利屬于信息網絡技術與電氣【技術領域】，更具體地是使低壓配電網絡及在該網絡上發(fā)生的供用電過程在線信息化并使節(jié)電智能化。發(fā)明名稱以下簡化為《低壓配電信息網絡》。
【背景技術】
[0002]按照我國現行供用電體系，電網從高壓輸電、中壓輸配電到低壓配電分布，再由中壓IOKV電網經配電變壓器向低壓配電網供電，使一臺配電變壓器驅動一套低壓配電網絡，向一個配變臺區(qū)的各類用戶供電。
[0003]由于低壓配電網絡連接到所有生產、生活、辦公的樓棟、房間，連接到所有各類用電設備，其分布很寬、網絡連接錯綜復雜，過去基本沒有對該網進行在線用電監(jiān)管；常規(guī)只進行分區(qū)、分戶、分時段對電度量計量和讀數抄取，其他運行參數基本沒有進行成系統(tǒng)監(jiān)測；電能經配電變壓器送上低壓配電網后，每時每刻電流流到哪里去了、電壓降在哪里都無人知曉，配網電纜漏電、線損、浪費電能比比發(fā)生，基本沒有管理，電能損耗很大，整個電網高、中、低壓分層電能輸送時的損耗，70%發(fā)生在低壓配電網上。所以實現對低壓配電網供用電在線信息化，其意義很重大。
[0004]本發(fā)明建立的低壓配電信息網可作為供電企業(yè)對社會供用電規(guī)范化管理與控制的平臺，成為社會企事業(yè)單位實現本單位用電過程完全信息化、供用電在線管理科學化、長效化。發(fā)明集成了電力、電子、網絡、信息等多方面理論和技術在低壓配電網上應用。
[0005]本發(fā)明中網絡與系統(tǒng)自動采集數據、傳送數據、處理數據、統(tǒng)計分析數據；其中傳送數據是基于低壓電力電纜進行，但絕不等同傳統(tǒng)PLC(POWERLINECOMMUNICATION)，傳統(tǒng)PLC只通過低壓電力線傳送配網以外的數據，并不涉及配網發(fā)生的用電信息；而本發(fā)明的低壓配電信息網完全圍繞配網自身發(fā)生的用電信息運行，全方位解決該信息采集、傳送、統(tǒng)計分析和管理。
[0006]
【公開日】為2001年9月12日、申請?zhí)枮?9809730.6、發(fā)明人阿斯科姆電力線通信有限公司的H.維德默等人，專利名稱為:用于通過低壓供電網傳輸信息的裝置及其轉接器；其介紹的是:在局部范圍內使電腦與外部設備通過低壓電力線傳輸信息，著重解決其中用到的轉接器技術。其也是在對外圍數據傳送方法上解決一些環(huán)節(jié)，同樣沒有低壓配電數據檢測、處理，沒有節(jié)電控制，更沒有低壓配電信息網概念。
[0007]
【公開日】為2003年I月I日、申請?zhí)枮?2117085.1、發(fā)明人清華大學的郭靜波、專利名稱為:低壓配電網擴頻通信網絡系統(tǒng)及其通信方法；
【公開日】為2004年12月15日、申請?zhí)枮?1814467.5、發(fā)明人德國西門子公司的克勞斯.多斯特爾特等，專利名稱為:在低壓電網上傳輸高頻信號的方法及相應的系統(tǒng)；
【公開日】為2005年6月29日、申請?zhí)枮?00410091841.4、發(fā)明人深圳市佳音達通信電子技術有限公司的王歡、譚顯華等，專利名稱為:低壓配電及電力線通信一體化的方法和系統(tǒng)；他們介紹的都是利用低壓配電網傳送用戶來自于配電網以外的網絡數據，構成一種傳送外網信息的網絡系統(tǒng)，其中需要用到自定義的路由器、網關等；這些發(fā)明只是研究和實現利用配電網傳送其他網的數據，節(jié)省通道設備。
[0008]
【公開日】為2012.07.16、申請?zhí)枮?01210243765.9、發(fā)明人代秋玲等的發(fā)明專利
《智能配電網用電監(jiān)控管理裝置》，是采集低壓配電數據，但通過GSM無線通信傳送數據，需專門為裝置提供電源，在配電網之外收集和管理這些數據；完全不同于本專利一個“配電信息網”的機制和工作方式。
[0009]
【公開日】2011.10.26、申請?zhí)枮?01110329530.7、發(fā)明人虞曉俊等的專利《區(qū)域智能配電網系統(tǒng)》，其中所謂“低壓配電信息化系統(tǒng)”只是一套后臺應用軟件，在采集數據后用專門的饋線傳送到該系統(tǒng)實現管理；它也不同于本專利“配電信息網絡”的機制和工作方式。

【發(fā)明內容】

[0010]本發(fā)明是針對社會交流市電?220v/380v的低壓配電網絡，在其分支節(jié)點處嵌入“信息處理器”(請見本人配套的發(fā)明專利《低壓配電網節(jié)點信息處理器》)賦予配網信息化功能，使該網在傳送電能時兼?zhèn)洹靶畔⒕W”作用，對本網發(fā)生的分布用電信息采集、處理、傳送、統(tǒng)計分析。
[0011]本發(fā)明的目標是使低壓配電網信息化兼作信息網絡，對樹型配網分層、分節(jié)點、分支路、分用電設備的電壓、電流、功率因素、諧波等多類數據監(jiān)測，就地基于低壓電纜分級傳送，使配網供用電過程信息化，達到配網分層用電可信息化管理；使人們在日常生產、生活用電過程中可以通過“低壓配電信息網”對用電狀況在線監(jiān)測和管理。
[0012]低壓配電網源于配電變壓器，它是配網根節(jié)點；由該變壓器低壓側分支電纜逐級延伸擴展網絡，直至各類企事業(yè)單位或居家的用電設備(葉節(jié)點)；低壓配電網多半依存于各類生產、辦公、生活等建筑物，依建筑物的型式分布；以街道配電為例，一臺變壓器可以供給多個小區(qū)(或單位或院落)，一座院落分若干棟樓房，一棟樓房分若干樓層，一層樓分若干家庭，一個家庭分若干房室，一間房室有多臺用電設備。
[0013]因為供用電信息(電流、電壓、無功、諧波、開關通斷)都在電力線上發(fā)生，對采集信息就近經電力線傳送是最合理的；而節(jié)電伴隨用電而永生，用電信息傳送也就是永恒的，為此，本發(fā)明提出“低壓配電信息網”概念并付之實施。
[0014]這種基于低壓配電網的信息網絡，它是樹狀組成結構，從根到葉可劃分成如下各級網段:配變級(樹根)、場院級、樓棟級、樓層級、家庭級、廳室級、設備級(樹葉)；每級網段都是上級節(jié)點經電纜分支連接下級節(jié)點，其中配變作為根節(jié)點引起本網絡，用電設備作為葉節(jié)點終結此網絡；在各級網段的節(jié)點中自動在線采集、處理本網發(fā)生的電氣信息；這些節(jié)點成為信息節(jié)點，是本網分布信息的源泉；基于各網段中分支電纜上下傳送信息，這些電纜成為信息網的物理信道。
[0015]本專利低壓配電信息網，全網數據采集和傳送都按工頻50HZ周期同步工作，基于工頻過零時刻同步計時計數；每級對應配電箱(柜)嵌入節(jié)點信息處理器(可見本人另一發(fā)明專利《低壓配電網節(jié)點信息處理器》)，定義為信息節(jié)點，各信息節(jié)點自動采集配網電氣狀態(tài)信息、處理信息、傳送信息、統(tǒng)計分析信息，從葉到根逐級匯總信息。
[0016]全信息網各級信息采集統(tǒng)一同步，不同網段間信息傳送分時，同一網段各支路信息傳送同步。
[0017]本文配電信息網編碼與啟動組網機制是:全網各節(jié)點、支路統(tǒng)一編碼，自動鏈路數據組幀、幀校驗、幀同步、位同步及鏈路管理；配網在加電時信息網自動重新啟動，重新按父子尋親原則自動組建信息網；局部網斷電后加電也自動重新啟動尋親組網；這些使信息網自適應配網電路結構變化，適應調整數據傳送統(tǒng)計關系；。
[0018]本文配電信息網邏輯層次劃分為物理層、鏈路層、網絡層、應用層、管理層；各層功能設置為:
[0019]①物理層——用一定頻率的信號調制數據并傳送；
[0020]②鏈路層一實現傳送數據鏈路組幀、校驗、檢錯、糾錯，傳送同步；
[0021]③網絡層一解決配電信息網整體啟動機制、自適應拓撲結構變更、故障發(fā)現與處理等相關技術；
[0022]④應用層一解決信息網對配電分級應用的支持，實現:逐級統(tǒng)計電度量并比對分析線損，分析該級用電負荷平衡、分支電壓降異常，發(fā)現漏電、偷電，支持各級用戶關于節(jié)約用電的交互數據查詢與處理。
[0023]⑤管理層一解決配電信息網整體運行管理問題；具體實現全網用電設備管理、全網無功分布分析、全網諧波和干擾分布分析，對配網各級三相負荷平衡分析，實現全網用電管理匯總分析等功能。
[0024]全網數據處理特征是:所有各級數據采集統(tǒng)一采樣頻率1.6KHZ/S，可分解出工頻16次諧波；電流、電壓、相位角按50HZ(20ms)周波分析計算；常規(guī)按每50個周波數據累計作統(tǒng)計分析。
[0025]本專利低壓配電信息網防范干擾數據的措施:信息網中采用單頻窄帶方式數據通信，接收數據對應濾波，保證配電網成為用電專用信息網絡，防范其他物理形式數據的干擾；再在本系統(tǒng)鏈路數據幀中加入專用標記，使識別和淘汰非本系統(tǒng)的數據，最終確保本系統(tǒng)的數據安全。
[0026]本發(fā)明的低壓配電信息網具有對外WIFI通信接口，使網上用電的人們隨時能掌握用電狀況(遠不止電度量)、了解用電過程、隨時可控制節(jié)約用電、合理用電。節(jié)約用電不僅僅是節(jié)約資源，同時大量減少溫室氣體排放，使全社會“低碳化”;在全世界高度關注自然環(huán)境升溫、高度重視“溫室氣體減排”情況下，本發(fā)明尤其顯現其作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]附圖1—基于低壓配電網的信息網絡組成結構；
[0028]圖1中示出:一臺變壓器對多個場院供電，從配變連接到各個場院的電力電纜構成配變級網段；每個場院又分多棟樓，一個場院配電房連接該院各個樓棟的電力電纜構成場院級網段；每棟樓又分多層，一棟樓中配電柜連接各個樓層的電力電纜構成樓棟級網段；每層樓又分多個家庭，一層樓中配電箱連接各個家庭的電力電纜構成樓層級網段；每個家庭有多間房室，家庭配電箱連接各間房室的電纜構成家庭級網段；房室內部配電板經多條電纜掛接多臺用電設備，這些構成房室級網段；整個配電網絡形成一樹型分支結構，配電變壓器是樹根、終端用電設備是樹葉，中間各級網段的連接電纜就是樹干和樹枝，各級配電房、配電室、配電柜、配電箱、配電板就是分支作用的樹叉，在信息網中定義成節(jié)點。[0029]配變級用電開關(節(jié)點)控制對各場院供電，對應構成頂級局部信息網；
[0030]場院級用電開關(節(jié)點)控制對各樓棟供電，對應構成場院級局部信息網；
[0031]樓棟級用電開關(節(jié)點)控制對本樓棟內各樓層供電，對應構成樓棟級局部信息網；
[0032]樓層級用電開關(節(jié)點)控制對本層樓內各家庭供電，對應構成樓層級局部信息網；
[0033]家庭級用電開關(節(jié)點)控制對本家庭各房室供電，對應構成家庭級局部信息網；
[0034]房室級用電開關(節(jié)點)控制對本房室各低壓支路用電設備供電，對應構成房室級局部信息網；
[0035]整體配電網不限于這些分級，實際應用中可按需要增減分支開關，增減分支或局部信息網段。
[0036]附圖2—低壓配電信息網各網段各節(jié)點對應電力工頻每秒50HZ各周期分時數據傳送時間圖；
[0037]每網段占2個周期順序傳送數據，其中段內用前一周期下傳命令，后一周期上傳數據。
[0038]附圖3—示出鏈路數據幀中幾種幀結構。
[0039]實施方式
[0040]1、低壓配電信息網組成
[0041]基于低壓配電網的信息網絡對各級配電箱(開關柜)中嵌入的處理器分層定義為信息網絡節(jié)點(并編號):配變總節(jié)點O、場院級節(jié)點1、樓棟級節(jié)點2、樓層級節(jié)點3、家庭級節(jié)點4、房室級節(jié)點5、用電終端設備(葉子)；連接相鄰節(jié)點的配電電纜組成信息網各網段，按網絡結構分層定義網段為:配變級網段、場院級網段、樓棟級網段、樓層級網段、家庭級網段、房室級網段等；配電信息網絡完全按這個體系構成，適用于所有低壓配電網。
[0042]對上述各級用電開關嵌入信息處理器，充分統(tǒng)計發(fā)生在該節(jié)點網段的用電信息，同時起收發(fā)通信作用，向上級報告本節(jié)點用電參數和統(tǒng)計數據、向下級發(fā)布適當命令和校對時鐘，并且可控制其下行支路的用電。配電信息網末級(葉子)終端是低壓用電設備，整個配電信息網將合理、有效地在線管理全網所有用電設備的用電。
[0043]全網各級之間，工頻電力直通、供用電信息則上下逐級傳送。
[0044]2、低壓配電信息網邏輯分層
[0045]本發(fā)明將“低壓配電信息網”的工作機制劃分成物理層、鏈路層、網絡層、應用層、管理層共五個層次，分別賦予它們不同的處理功能和工作方式。
[0046]⑴物理層一解決與數據傳送相聯(lián)系的物理因素相關技術；
[0047]本發(fā)明低壓配電信息網絡物理層指為網絡收發(fā)傳送信號的物理介質和相關機制，傳送信號的網絡通道物理介質即低壓電力電纜；
[0048]物理層技術主要包括對網絡傳送信號的頻率、收發(fā)方式。
[0049]⑵鏈路層一解決單級支路數據傳送鏈路格式和數據檢錯校驗機制；
[0050]實現配網用電信息傳送鏈路組幀、幀校驗、幀同步、位同步及鏈路管理；
[0051]⑶網絡層一解決配電信息網中整體網絡啟動機制、自適應拓撲結構變更、故障發(fā)現與處理等相關技術；
[0052]解決網絡各級節(jié)點之間信息聯(lián)系運行機制；
[0053]⑷應用層——解決用電信息分級應用中相關技術；
[0054]逐級統(tǒng)計匯總電度量并比對分析線損，分析該級用電負荷平衡、分支電壓降異常，發(fā)現漏電、偷電，支持各級用戶關于節(jié)電的交互數據查詢與處理。
[0055](5)管理層一解決配電信息網整體管理相關問題；
[0056]實現全網用電設備管理、全網無功分布分析、對全網諧波和干擾分布分析，對配電變壓器三相負荷平衡分析，實現全網用電管理匯總分析等功能。
[0057]2.1、低壓配電信息網物理層功能與機制
[0058]2.1.1物理網絡介質與信道
[0059]低壓配電網網絡介質即電力電纜，通常是外加絕緣層的雙絞線；本系統(tǒng)在其輸送電能的同時，賦予其傳送數據信息的信道使命，對數據調制使用的信號頻率有多種，頻率可以適應網絡環(huán)境情況予以改變；數據交信道傳送需要經歷信號調制與解調過程。
[0060]2.2、低壓配電信息網鏈路層功能與機制
[0061]2.2.1鏈路層功能概述
[0062]鏈路層一使數據組織成鏈路傳輸、具有檢錯糾錯接收機制。
[0063]鏈路層實現低壓配電信息網鏈路數據編碼組幀、幀同步、位同步、幀校驗、鏈路地
址管理；
[0064](I)在數據校驗方面:幀內分段數據分別按雙字節(jié)CRC校驗；對數據幀有接收應答機制；對控制命令幀有幀內冗余和接收應答機制。
[0065](2)鏈路流量控制措施:核準每級網段上傳、下達的數據量，同步確定所有各類數據分別發(fā)送、接收時間，留出足夠擴充時間空間；同時采取合適的數據速率，保證全系統(tǒng)數據流量始終有序、無競爭、可靠傳輸。
[0066](3)全網鏈路通信同步機制
[0067]低壓配電信息網不同于其他幾乎所有通信網絡，它是配網專用網絡，只涉及自身發(fā)生的供用電信息，不受理其他類型信息傳送；它基于低壓配電網絡，服務于該網所有用戶的用電；由于用電與發(fā)、輸、變電是同步發(fā)生的，所以用電信息獲取擬與電網同步采集、同步統(tǒng)計、分析，網絡傳送采用同步機制。
[0068]本發(fā)明對全網按工頻50HZ電力周波作為統(tǒng)一同步源；電流、電壓、相位角按1600HZ采樣，按工頻周期20ms分析計算；按每秒50個周波統(tǒng)計數據傳送；
[0069]每個節(jié)點、各級網段在上述同步前提下分時收發(fā)數據。
[0070]2.2.2鏈路數據幀類型與幀結構
[0071]在低壓配電信息網的各級網段中，每級網段一般都只實現段內和上下節(jié)點通信，由段內主節(jié)點與分支節(jié)點之間實現數據上傳與命令下發(fā)，以及相對于上傳和下發(fā)的應答回傳；全網總節(jié)點(配變低壓側)在每次工頻總周期數滿180000時(小時同步)向各級節(jié)點發(fā)出校核清O命令，同樣采用逐級廣播下傳的方式，而且逐級收到后立即向上應答回傳。
[0072](I)鏈路分支層次與節(jié)點編碼
[0073]配電信息網各級節(jié)點編碼:配變級節(jié)點信息處理器編號為0，場院級節(jié)點信息處理器為I，樓棟級編號為2，樓層級編號為3，家庭級編號為4，房室級編號為5，用電設備成為底層(樹葉)；
[0074]每級各個節(jié)點處理器分支鏈路的數量為最大10，編號為I~10.[0075](2)鏈路數據幀類型劃分
[0076]全網同步傳送數據幀類型——按小時的周期校核幀，周期校核應答幀；
[0077]周期校核幀——網絡總節(jié)點在每小時整點向場院級各節(jié)點廣播工頻周期數(180000個)校核總命令，各級網段節(jié)點逐級向下廣播；各級網段所有節(jié)點在收到校核命令時，即便本節(jié)點周期計數不等于180000，也清0，從頭計數。起到全網按周期同步的作用。
[0078]周期校核應答幀——各級節(jié)點在收到校核幀后，迅速在該應答幀中將相對180000的差數上傳，大于180000的差數為正,小于180000的差數為負數。
[0079]各級網段段內傳送數據幀類型一分為上行、下行兩個方面:
[0080]上行傳送數據幀——各段分支節(jié)點向該段主節(jié)點傳送數據幀，使在網段內實現數據匯總統(tǒng)計與分析；
[0081](上行)控制應答幀一對下行控制命令的應答幀；
[0082]下行命令幀一下行控制命令幀。
[0083]2.2.3鏈路數據可靠性措施——采取CRC校驗，按位糾錯。
[0084]2.2.4低壓配電信息網數據機制
[0085]所有各級數據采集都按1.6KHZ/S采樣頻率，此頻度使數據可分解至工頻16次諧波；
[0086]電流、電壓、相位角按50HZ(20ms)周波分析計算；按每50個周波數據累計作統(tǒng)計分析；
[0087]不同網段的節(jié)點按周期分時傳送數據，全網各網段中分支節(jié)點數據收集按每12個工頻周期一遍；其中每網段分配2個周期，前一周期時間給節(jié)點下發(fā)命令和同步校核，后一周期時間給節(jié)點上傳收集數據；同級網段各分支傳送數據同時進行。
[0088]本專利采用幾個窄頻實現數據通信，同時確定接收數據時的最佳濾波方式，保證配電信息網成為用電專用信息網絡，達到防范其他物理形式數據的干擾；再在本系統(tǒng)鏈路數據幀上加入專用標記，使識別和淘汰非本系統(tǒng)的數據，最終確保本系統(tǒng)的數據安全。
[0089]2.3、低壓配電信息網網絡層
[0090]本專利配電信息網網絡層解決全系統(tǒng)網絡自適應機制，全網啟動初始化時對節(jié)點按父子親情關系自適應分級分支編碼，全網各節(jié)點數據傳送自適應分時分配機制、三相配電網絡節(jié)點信息關聯(lián)機制。
[0091](1)、低壓配電網絡全系統(tǒng)同步計時機制
[0092]全網各級節(jié)點自動計周期同步次數，每50周期作為I秒；計秒時同步周期數清零，秒數加I ;
[0093]類似于社會時間機制,也使用60秒計為I分,60分計為I小時,24小時計為I日；本系統(tǒng)中的時分秒與社會北京時間的誤差在于電網50周的準確率；
[0094]每晝夜24小時O點時刻與社會日歷計時同步；以該O點時刻前或后最靠近的一個周期過零點作為第二天的起點，所有過零點周期計數從頭開始。
[0095](2)、三相電網絡關聯(lián)機制
[0096]10千伏配電變壓器低壓側A、B、C三相分別派生出A相、B相、C相三個單相低壓配電網絡，經信息化演變成三組配電信息網，對三網各級同層節(jié)點使用信息網關聯(lián)結，以實現三相節(jié)點信息綜合管理。
[0097](3)、全網各節(jié)點、支路自適應編碼
[0098]總節(jié)點(配變)編號為O ;
[0099]O節(jié)點各子節(jié)點編號為01、02、03、……，
[0100]第I 級網段各子節(jié)點編號為 011、012、013、…，021、022、023…，031、032、033、...[0101]第2級網段各子節(jié)點編號為0111、0112…，0211、0212、…，0311、0312、…、...0331,0332,…
[0102]第3級網段各子節(jié)點編號為01111、01112、…，02111、02112…、...[0103]第4級網段各子節(jié)點編號為011111、…，021111、…，031111、…，041111、......[0104]第5級網段各子節(jié)點編號為0111111、…，…，0411111、…，051111、…… [0105]此處人為劃分6級網段(可擴充到8級網段)，每級若干條支路；各節(jié)點根據自己的編號，自動同步分時通信傳送數據；各級網段上傳的數據都是在前I秒發(fā)生和統(tǒng)計的。
[0106]整個系統(tǒng)的數據在每一秒鐘都全部得到了更新。
[0107](4)、全網節(jié)點自適應分級分支算法(節(jié)點尋親算法)
[0108]如上編碼，全網自動建立從根節(jié)點出發(fā)的逐級上下父子節(jié)點關系。
[0109]配網最高節(jié)點合閘上電，各節(jié)點同步啟動工作，進入延時聯(lián)網開始該算法；
[0110]各節(jié)點自動檢測所在上連支路電流，取5個周期的電流計算平均有效值，存儲該值；暫時以該值的整數作為本節(jié)點的臨時編號；
[0111]節(jié)點從此時起延時該數值的周期數，之后向網上發(fā)出該數據；節(jié)點在上述等待過程中同樣從網上接收到其他節(jié)點發(fā)出的電流數值；(這些數值具有節(jié)點等級越高、數據越大的特點)
[0112]該節(jié)點至少收到I個比自己大的數據，記其作為自己的父節(jié)點；
[0113]若收到多個比自己大的數據，則選擇其中大得最少的那個節(jié)點作為父節(jié)點(大得最少說明靠得最近)；在尋親過程中，該節(jié)點也會收到若干個小于自己的數據，從其中選出η個，使該η個數據的和近似等于本節(jié)點前計算的數據，暫時認為這η個數據對應的節(jié)點屬于自己的子節(jié)點；
[0114]該節(jié)點對這些子節(jié)點按其電流數值大小排序為1、2、3……；
[0115]該節(jié)點自動將自己的數值與各子節(jié)點數值組成二維組，作為子節(jié)點的命名；
[0116]該節(jié)點主動將這些數值組幀發(fā)送到自己的父節(jié)點(上級)。
[0117]一段時間以后，全系統(tǒng)所有節(jié)點都初始找到了自己的父子節(jié)點。
[0118]對于數值相同的節(jié)點在初始尋親過程中可能發(fā)生錯誤，則使用適當調整算法糾正。
[0119]至此，最高O級節(jié)點(配變)確定了自己的若干I級分支節(jié)點，也對他們按電流數值排序，并順序編號為:01，電流數；02，電流數；03，電流數......。
[0120]O級節(jié)點將這串數分發(fā)到這些子節(jié)點(一級子節(jié)點)，它們分別核對自己發(fā)送的電流數，從而從數組中找到自己的編號，認下了最高節(jié)點為自己的父節(jié)點；各一級子節(jié)點分別計下自己的編號為:1、2、3、4、……
[0121]這些I級子節(jié)點根據自己此前的數據記錄,對其下級節(jié)點(二級子節(jié)點)按電流大小順序賦予編號:1的二級子節(jié)點編號為:11，12，13，……；
[0122]2的二級子節(jié)點編號為21，22，23，……；
[0123]3的二級子節(jié)點編號為31，32，33，……；……；
[0124]各一級子節(jié)點對二級子節(jié)點在編號上都經歷一個“下發(fā)、確認、上報、記錄”的過程；則一級子節(jié)點與二級子節(jié)點對應尋親成功。
[0125]對后續(xù)各級子節(jié)點編號都分別舉一個例子予以說明:
[0126]二級子節(jié)點13對應的各子節(jié)點編號應為:131、132、133、……；
[0127]三級子節(jié)點221對應的各子節(jié)點編號應為:2211、2212、2213、……；
[0128]四級子節(jié)點3313對應的各子節(jié)點編號應為:33131、33132、33133、……；
[0129]每級節(jié)點在向下級節(jié)點正式付予編號后，當即向其父節(jié)點原本匯報。
[0130]如此逐級確認，直到全網各級子孫認親成功。
[0131](6)、全系統(tǒng)自適應發(fā)現各級節(jié)點子網規(guī)模，確定數據統(tǒng)計關系 [0132]配變低壓側一配網根節(jié)點作為全網最高級節(jié)點(O級節(jié)點)，在全網啟動初始化時發(fā)動尋親過程，各級節(jié)點根據“尋親原則”確定自己的父子節(jié)點關系；從O級節(jié)點往下，各級節(jié)點逐級按父子親情關系向上匯報自己的子節(jié)點個數和編號，每級父節(jié)點收到各子節(jié)點的報告，都給出應答ACK ；0級節(jié)點由此獲得全網各級網段支路數、分級節(jié)點數與鏈接關系；從而根節(jié)點可發(fā)現各支路鏈接長度和子網規(guī)模，向下各級節(jié)點都可發(fā)現自己子網規(guī)模和不同支路長度，最終確定各級數據統(tǒng)計關系。
[0133]2.4、低壓配電信息網應用層
[0134]應用層解決全系統(tǒng)數據模型與應用機制。
[0135]低壓配電信息網結構中沿用配變級、場院級、樓棟級、樓層級、家庭級、房室級機制，各級節(jié)點管理器都有應用層信息處理。
[0136]2.4.1低壓配電信息網數據體系
[0137](I)低壓配電信息網節(jié)點基礎數據
[0138]*節(jié)點基礎數據采集:實現對各級節(jié)點處電流瞬時值、電壓瞬時值在線檢測，電壓電流相位差在線檢測；數據采集頻率按1600點/S，每個工頻周期采集32點。
[0139]其中電流采集量程分二檔實施，并能自適應切換大電流采集或微電流采集。
[0140]*節(jié)點處按周期的電流有效值、電壓有效值、有功及無功負荷計算；
[0141]*節(jié)點處按周期的功率因素；
[0142]*節(jié)點處按8周期變換的16次諧波數據；
[0143]*節(jié)點處按秒、分、時的累計有功電度量、無功電度量；
[0144]*節(jié)點直接拖動設備的參數收集:設備的啟、停過程、工作電流、功率、功率因數、諧波、電度量。
[0145]*節(jié)點按秒接收各個下級節(jié)點發(fā)送的數據、匯總統(tǒng)計；并且將統(tǒng)計的數據上傳到上級節(jié)點。
[0146]實現節(jié)點電流平衡分析，支路電壓降分析，統(tǒng)計分析該級用電負荷平衡、電壓降超常等數據；逐級匯總電度量并比對分析線損、分析浪費或不合理用電；
[0147](2)各級節(jié)點收集、統(tǒng)計與上傳的數據:
[0148]I)本級節(jié)點直接拖動設備電氣參數收集[0149]設備的工作電流:記載啟動過程5s內瞬時值，關機過程2s內瞬時值。
[0150]設備的功率、諧波；設備消耗的電度量，按月累計；設備的工作時間(每次由開到停)。
[0151]2)接收各支路下級節(jié)點發(fā)送的數據；
[0152]3)將統(tǒng)計的上述數據上傳到上級節(jié)點管理器。
[0153]要求:正常數據按分上傳，異常數據按秒上傳。
[0154]4)計算功率因素控制無功補賞；
[0155]5)計算分析本級節(jié)點處諧波狀況；
[0156]6)實現本級電流平衡分析(根據所測進出電流數據)，達到偷、漏電監(jiān)控目的；
[0157]可由漏電監(jiān)控達到消除電氣火災的目的.[0158]要求:按每秒有效值分析.[0159]7)實現本級網段(本級節(jié)點與下級節(jié)點間)電壓降分析，再進行異常損耗分析，達到減少線損的目的。
[0160]要求:按每秒有效值分析
[0161]8)將按分統(tǒng)計的上述數據上傳到上級節(jié)點。
[0162](3)低壓配電信息網數據統(tǒng)計分析體系
[0163]網絡高層管理及各級節(jié)點管理器收集所屬全網或節(jié)點所在子網直至末級的基礎性統(tǒng)計數據，然后進行統(tǒng)計、分析、決策、控制和有關調節(jié)。
[0164]*電流統(tǒng)計與分析一建立由底層向上逐級節(jié)點的電流平衡表，逐級分析電流不平衡點，及時告警，提示管理人員檢查，實時分析發(fā)現漏電的支路，及時提示人們排除。
[0165]*電壓檢查與分析一建立由頂向下逐級分支的電壓降表，逐級逐支路分析電壓降超差情況，及時告警，提示管理人員檢查修理。
[0166]*負荷統(tǒng)計與分析一分有功負荷、無功負荷由下至上逐級收集匯總，建立各節(jié)點負荷統(tǒng)計平衡表，發(fā)現有功負荷缺失損耗，發(fā)現無功負荷在系統(tǒng)中的分布情況，及時就近控制無功補償。
[0167]*電量統(tǒng)計與分析-收集由下至上各級節(jié)點電量的分時統(tǒng)計，建立各級節(jié)點電
量統(tǒng)計平衡表，發(fā)現缺失電量，分析缺失電量的去處，及時防止偷電。
[0168]*線損統(tǒng)計與分析——由電量統(tǒng)計得出各級各支路線損分布，建立全系統(tǒng)分級分段線損分布統(tǒng)計平衡表，分析線損分類組成、找出典型線損的處置辦法。
[0169]*功率因數分析統(tǒng)計——記載各級節(jié)點處及直接用電設備分支處采集的功率因數值，收集由下至上各級各支路功率因數分布情況，分析無功源所在支路或用電設備，分析全網功率因數補償需求和最佳補償點，合理啟動就近無功補償控制，提高全系統(tǒng)功率因數使盡可能節(jié)電。
[0170]*諧波統(tǒng)計與分析一一記載各級節(jié)點處及直接用電設備分支處采集、分析的諧波數值，收集全網各處諧波分布情況，分析產生諧波源的支路和用電設備，合理啟動就近諧波抑制，改善用電環(huán)境。
[0171]2.5、低壓配電信息網管理層功能
[0172] 配電信息網管理層實現:對網絡各級鏈路、各級節(jié)點的拓撲結構管理、網絡設備管理、網絡故障管理、配電網用電設備管理。[0173](I)使低壓配電信息網自適應配網拓撲結構變化調整管理關系
[0174]管理全網信息節(jié)點、對應編號及父子節(jié)點歸屬管理體系，管理全網分段線路樹形分支體系結構；
[0175]管理網絡節(jié)點增減，自適應不同網段新增節(jié)點編號與數據統(tǒng)計分支體系；
[0176]管理網絡支路增減，自適應調整各網段相關節(jié)點計算電流平衡體系；
[0177](2)管理配電信息網網絡設備
[0178]配電信息網依附于配電網而存在，但有獨立于配電網之外而存在的信息類設備，如數據檢測、數據處理、數據收發(fā)通信類器件和設備，對它們存在配電信息網中的種類、數量、運行情況、故障情況進行管理。
[0179](3)管理配電信息網網絡故障
[0180]配電信息網作為網絡有通斷問題、干擾問題、數據速率問題、數據錯誤率問題，這些情況的發(fā)生都是屬于網絡故障；還有網絡節(jié)點故障、故障時間、故障狀況；都在管理層中進行管理。
[0181](4)管理配網用電設備用電過程與信息
[0182]配電網絡主體是向人們輸電供應電能的，網上各支路都掛滿用電設備，要管理好配網用電，必須對這些設備用電過程進行管理，積累改進該設備耗電的經驗和技術。
【權利要求】
1.一種基于低壓配電網的信息網絡，它是樹狀組成結構，從根到葉可劃分成如下各級網段:配變級(樹根)、場院級、樓棟級、樓層級、家庭級、廳室級、設備級(樹葉)；每級網段中上級節(jié)點經電纜分支連接下級節(jié)點；配電網中配變作為根節(jié)點引起本網絡，用電設備作為葉節(jié)點終結此網絡；在各級網段的節(jié)點中自動在線采集、處理本網發(fā)生的電氣信息，使這些節(jié)點成為信息節(jié)點，成為本網分布信息的源泉；節(jié)點基于各網段中分支電纜上下傳送信息，這些電纜成為信息網的物理信道；從而低壓配電網成為配電信息網。
2.如權利要求1所述低壓配電信息網，全網數據采集和傳送都按工頻50HZ周期同步工作，基于工頻過零時刻同步計時計數；配網每級對應配電箱(柜)嵌入節(jié)點信息處理器，定義為信息節(jié)點，各信息節(jié)點自動采集配網電氣狀態(tài)信息、處理信息、傳送信息、統(tǒng)計分析信息，從葉到根逐級匯總信息。
3.如權利要求1所述的配電信息網，全網各級信息采集統(tǒng)一同步，不同網段間信息傳送分時，同一網段各支路信息傳送同步。
4.低壓配電信息網具有自動編碼與自啟動組網機制，全網各節(jié)點、支路統(tǒng)一編碼，自動鏈路數據組幀、幀校驗、幀同步及鏈路管理；配網在加電時信息網自動重新啟動，重新按父子尋親原則自動組建信息網；局部網斷電后加電也自動重新啟動尋親組網；這些使信息網自適應配網電路結構變化，自適應調整數據傳送與統(tǒng)計關系。
5.配電信息網邏輯層次劃分為物理層、鏈路層、網絡層、應用層、管理層；各層功能設置為: ①物理層——用一定頻率的信號調制數據并傳送； ②鏈路層——實現傳送數據鏈路組幀、校驗、檢錯、糾錯，傳送同步； ③網絡層一解決配電信息網整體啟動機制、自適應拓撲結構變更、故障發(fā)現與處理等相關技術； ④應用層——解決信息網對配電分級應用的支持，實現:逐級統(tǒng)計電度量并比對分析線損，分析該級用電負荷平衡、分支電壓降異常，發(fā)現漏電、偷電，支持各級用戶關于節(jié)約用電的交互數據查詢與處理； ⑤管理層一解決配電信息網整體運行管理問題；具體實現全網用電設備管理、全網無功分布分析、全網諧波和干擾分布分析，對配網各級三相負荷平衡分析，實現全網用電管理匯總分析等功能。
6.配電信息網中數據形成與計算遵循:所有各級數據采集統(tǒng)一采樣頻率1.6 KHZ/S，可分解出工頻16次諧波；電流、電壓、相位角按50HZ周波分析計算；常規(guī)按每秒50個周波數據作統(tǒng)計分析。
7.配電信息網防范外部干擾數據的措施是:信息網中采用單頻窄帶方式數據通信，接收數據對應濾波，保證配電網成為用電專用信息網絡，防范其他物理形式數據的干擾；再在本系統(tǒng)鏈路數據幀中加入專用標記，使識別和淘汰非本系統(tǒng)的數據，最終確保本網系統(tǒng)的數據安全。
8.本發(fā)明的低壓配電信息網具有對外WIFI通信接口，使人們隨時能掌握用電狀況(遠不止電度量)、了解用電過程、隨時可控制節(jié)約用電、合理用電，減少溫室氣體排放。
【文檔編號】H04L12/28GK103973807SQ201410213834
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月19日 優(yōu)先權日:2014年5月19日
【發(fā)明者】賀貴明 申請人:武漢雙微電氣科技有限公司