基于td-scdma远程电力负荷控制系统及实现方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于TD-SCDMA远程电力负荷控制系统及实现方法，该系统包括负控终端和控制中心，负控终端和控制中心之间通过TD-SCDMA网络进行通信。基于ARM的负控终端对电力终端设备进行电力信息的采集，通过集成在负控终端上的TD-SCDMA模块发数据至控制中心，控制中心的通信前置机采用固定IP接入公网；控制中心进行对数据采集的后期整理、远程控制命令的下发和对结果的确认、用户权限管理、运行情况监视以及生成报表等。该系统能够应用于电力公司，以便于对电力负荷问题较突出的地区进行远程的电力负荷控制，将能降低供电系统的损耗，优化电力负荷，并且节约人力成本，产生很好的经济和社会效益。
【专利说明】基于TD-SCDMA远程电力负荷控制系统及实现方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于TD-SCDMA的远程电力负荷控制系统，以及该系统的软硬件实现，两者有机结合构成智能电网架构下基于TD-SCDMA的远程电力负荷控制系统，属于电气自动化和无线通信的交叉领域。
【背景技术】
[0002]当前，节能减排、绿色能源、可持续发展成为各国关注的焦点。人类能源发展面临的第一挑战，是以可再生能源逐步替代化石能源，建造能源使用的创新体系，以信息技术彻底改造现有的能源利用体系，最大限度地开发电网体系的能源效率。因此期望通过一个数字化信息网络系统将能源资源开发、输送、存储、转换(发电)、输电、配电、供电、售电、服务以及蓄能与能源终端用户的各种电气设备和其它用能设施连接在一起，通过智能化控制实现精确供能、对应供能、互助供能和互补供能，将能源利用效率和能源供应安全提高到全新的水平，将污染与温室气体排放降低到环境可以接受的程度，使用户成本和投资效益达到一种合理的状态。这就是智能电网的思想。智能电网是经济和技术发展的必然结果，具体是指利用先进的技术提高电力系统在能源转换效率、电能利用率、供电质量和可靠性等方面的性能。智能电网的基础是分布式数据传输、计算和控制技术，以及多个供电单元之间数据和控制命令的有效传输技术。
[0003]智能电网就是通过传感器把各种设备、资产连接到一起，形成一个客户服务总线，从而对信息进行整合分析，以此来降低成本，提高效率，提高整个电网的可靠性，使运行和管理达到最优化。智能电网的特点如下:
I)自愈和自适应。实时掌控电网运行状态，及时发现、快速诊断和消除故障隐患；在尽量少的人工干预下，快速隔离故障、自我恢复，避免大面积停电的发生。
[0004]2)安全可靠。更好地对人为或自然发生的扰动做出辨识与反应。在自然灾害、夕卜力破坏和计算机攻击等不同情况下保证人身、设备和电网的安全。
[0005]3)经济高效。优化资源配置，提高设备传输容量和利用率；在不同区域间进行及时调度，平衡电力供应缺口 ；支持电力市场竞争的要求，实行动态的浮动电价制度，实现整个电力系统优化运行。
[0006]4)兼容。既能适应大电源的集中接入，也支持分布式发电方式友好接入以及可再生能源的大规模应用，满足电力与自然环境、社会经济和谐发展的要求。
[0007]5)与用户友好互动。实现与客户的智能互动，以最佳的电能质量和供电可靠性满足客户需求。系统运行与批发、零售电力市场实现无缝衔接，同时通过市场交易更好地激励电力市场主体参与电网安全管理，从而提升电力系统的安全运行水平。
[0008]TD-SCDMA第三代移动通信标准是信息产业部电信科学技术研究院(现大唐移动通信设备有限公司)在国家主管部门的支持下，根据多年的研究而提出的具有一定特色的3G通信标准。TD - SCDMA系统全面满足MT-2000的基本要求。采用不需配对频率的TDD(时分双工)工作方式，以及FDMA/TDMA/CDMA相结合的多址接入方式。同时使用1.28Mcps的低码片速率，扩频带宽为1.6MHzO
[0009]TD-SCDMA系统还采用了智能天线、联合检测、同步CDMA、接力切换及自适应功率控制等诸多先进技术，与其它3G系统相比具有较为明显的优势，主要体现在:
(O频谱灵活性和支持蜂窝网的能力
(2)高频谱利用率
(3)适用于多种使用环境
(4)设备成本低
TD-SCDMA标准公开之后，在国际上引起强烈的反响。2000年5月世界无线电行政大会正式接纳TD-SCDMA为第三代移动通信国际标准。使得TD-SCDMA与欧洲、日本提出的WCDMA、美国提出的cdma2000并列为三大主流标准之一。这是百年来中国电信史上的重大突破，标志着我国在移动通信技术方面进入世界先进行列。
[0010]传统电力系统管理方式下，居民用电抄表效率低下，成本较高，电网负荷控制复杂导致电力企业难以管理。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是针对传统电力系统管理方式下，居民用电抄表效率低下，成本较高，电网负荷控制复杂导致电力企业难以管理等缺点，提出一种新型的远程电力负荷控制系统及其实现方法，该系统主要分为控制中心和负控终端两大部分构成。整个系统实现了用户用电数据采集、远程抄表、用户用电数据统计分析、系统运行状况监测以及系统报表等功能。本发明在智能电网环境下，通过智能电网和无线通信的结合，实现了智能电网架构下基于TD-SCDMA的远程电力负荷控制。
[0012]本发明的技术方案是:
基于TD-SCDMA的远程电力负荷控制系统，包括负控终端和控制中心，负控终端和控制中心之间通过TD-SCDMA网络进行通信；
所述负控终端集成有TD-SCDMA模块，主板与TD-SCDMA模块通过串口通信，选用基于ARM内核的片上系统作为核心处理器，TD-SCDMA模块作为系统外设通过通信接口与片上系统连接；负控终端用于对电力终端设备进行电力信息的采集，采集的数据包括负荷数据、电量数据、电能质量数据、工况数据以及电表数据，同时用于调用TD-SCDMA模块，将数据传送至控制中心，采用基于动态IP的PS域进行传输；负控终端还用于根据各种控制策略或主站下达的指令对用户开关进行直接控制或闭环控制，对用户计量装置进行防窃电监控；
所述控制中心包括数据处理主机、用于通信的前置机、数据库服务器；控制中心用于收集负控终端上发的数据后实现数据库管理、前置机通讯、数据分析、远程控制、报表伺服、线损分析、权限管理、负荷预测功能，所述前置机采用固定IP接入公网以便于同负控终端进行持续通信。
[0013]进一步，所述远程电力负荷控制系统的基本构架自下而上分别是物理层、系统软件层、数据处理层、查询应用层。
[0014]进一步，所述负控终端选用嵌入式Linux操作系统作为嵌入式系统。
[0015]基于TD-SCDMA的远程电力负荷控制系统的实现方法，具体包括如下步骤:
(I)规划负控终端所需完成的总体功能:用户用电数据的采集，采集的信号有电流、电压、脉冲信号；与用户的多功能电表进行通信获得电表的数据，实现远程抄表；用户用电数据的统计分析、历史数据的存储和上传功能；用户开关位置信号的采集；根据各种控制策略或主站下达的指令对用户开关进行直接控制或闭环控制；对用户计量装置进行监控，实现防窃电功能；本地显示，打印功能；本地语音和声光告警功能；
(2)负控终端的硬件设计与实现:负控终端集成有TD-SCDMA模块，选用基于ARM内核的片上系统作为核心处理器，TD-SCDMA模块作为系统外设通过适当的通信接口与片上系统连接；
(3)进行电力负荷控制系统的基本构架设计:基于TD-SCDMA的远程电力负荷控制系统基本构架由四个层面组成，自下而上分别是:物理层、系统软件层、数据处理层、查询应用层；
(4)负控终端的平台软件设计与实现:为实现负控终端所需的功能，，采用嵌入式Linux操作系统，各系统外设的驱动程序由设备厂家提供或自己编写；
(5)负控终端的应用程序设计:应用程序应实现的功能包括:实现步骤(I)中各项功能，并能调用TD-SCDMA模块，通过基于动态IP的PS域将数据传送至管理终端主机；
(6)控制中心的软件设计:控制中心的作用是完成数据采集的后期整理、远程控制命令的下发和对结果的确认、用户权限管理、运行情况监视以及生成报表，它主要包括数据库管理模块、前置机通讯模块、数据分析模块、远程控制模块、报表伺服模块、线损分析模块、权限管理模块、负荷预测模块。
[0016]本发明的有益效果是:
本发明提出的基于TD-SCDMA的远程电力负荷控制系统有如下几大优势:
(I)本发明负荷控制能削峰填谷，有利于协助解决调峰问题。提高了负荷率，使最大负荷下降，将能降低供电系统的损耗，从而提高发电与供电的经济效益。
[0017](2)本发明通过与TD-SCDMA网络的结合，实现了对电力负荷的远程监控。电力负荷信息通过TD-SCDMA网络传输至控制中心，可对电力负荷进行实时分析，并存入数据库服务器中，提高了电力负荷控制的管理效率。
[0018](3)本发明的远程电力负荷控制系统可用于防止拉闸限电。全面实行负荷控制后，高峰负荷时，通过事先安排削减峰荷，一般停用的是可中断的供电负荷，用户的主要生产用电将得到保证，不超用将不会限制，便于安排生产。
[0019](4)本发明的远程电力负荷控制系统可以按需量控制和实现分时电价，用户受益。实行分时电价，可以刺激用户削峰填谷，将使用户支付的电费下降，对用户来说也是有利的，尤其是对电费占成本份额较高的企业用户，产生很高的社会效益。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1是TD-SCDMA远程电力负荷控制系统的体系结构图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0022]本发明所提出的一种基于TD-SCDMA的远程电力负荷控制系统如图1所示，由基于ARM的负控终端对电力终端设备进行电力信息的采集，包括负荷数据、电量数据、电能质量数据、工况数据以及电表数据。信息采集完成之后，通过TD-SCDMA网络传送到控制中心，对负荷进行控制，并进行计算以及统计分析。控制中心的系统可以对终端及用户进行管理，并可以监测运行状况及生成系统报表。整个系统的电力信息采集、数据分析等一系列机制得以实现。
[0023]本发明的系统包含了负控终端、控制中心、负控终端软件和控制中心软件四部分:
1、负控终端集成TD-SCDMA模块，主板与TD-SCDMA模块通过串口通信。负控终端主要安装在需要采集和返回用电数据并对用户的开关实施控制的用户配、变电站或箱式变压器下。TD-SCDMA模块的功能是高效的将采集的信息发送到控制中心，实现了电力信息的采集以及数据的实时传输。
[0024]2、控制中心主要包括一台数据处理主机、一台负责通信的前置机以及数据库服务器。其中通信前置主机以固定IP接入公网，负责与负控终端的通信。
[0025]3、负控终端软件实现电力信息的采集并调用TD-SCDMA模块，将数据传送至控制中心。采用基于动态IP的PS域进行传输,可直接与控制中心中以固定IP接入Internet的通信前置主机通信，避免了在通信前置主机上安装TD-SCDMA模块的不便。
[0026]4、控制中心软件主站实现了数据采集的后期整理、远程控制命令的下发和对结果的确认、用户权限管理、运行情况监视以及生成报表等功能。它主要包括数据库管理模块、前置机通讯模块、数据分析模块、远程控制模块、报表伺服模块、线损分析模块、权限管理模块、负荷预测模块等。
[0027]本发明的实现步骤如下:
步骤I)设计一种基于TD-SCDMA的远程电力负荷控制系统的体系结构。本系统的体系结构图如图1所示。
[0028]步骤2)规划负控终端所需完成的总体功能:用户用电数据的采集，采集的信号有电流、电压、脉冲信号等；与用户的多功能电表进行通信获得电表的数据，实现远程抄表；用户用电数据的统计分析、历史数据的存储和上传功能；用户开关位置信号的采集；根据各种控制策略或主站下达的指令对用户开关进行直接控制或闭环控制等；对用户计量装置进行监控，实现防窃电功能；本地显示，打印功能；本地语音和声光告警功能等。
[0029]步骤3)负控终端的硬件设计与实现:负控终端集成有TD-SCDMA模块等，选用基于ARM内核的片上系统作为核心处理器。TD-SCDMA模块作为系统外设通过适当的通信接口与片上系统连接。
[0030]步骤4)进行电力负荷控制系统的基本构架设计:基于TD-SCDMA的远程电力负荷控制系统基本构架由四个层面组成，自下而上分别是:物理层、系统软件层、数据处理层、查询应用层；
步骤5)负控终端的平台软件设计与实现:为实现负控终端所需的功能，需采用恰当的嵌入式系统。常见的通用嵌入式系统有Linux、VxWorks、WindowsCE等,考虑到本系统的复杂度等问题，选用嵌入式Linux操作系统。各系统外设的驱动程序由设备厂家提供或自己编写。
[0031]步骤6)负控终端的应用程序设计:应用程序应实现的功能包括:实现步骤2)中各项功能，并能调用TD-SCDMA模块，通过基于动态IP的PS域将数据传送至管理终端主机。[0032]步骤7)控制中心的软件设计:控制中心的作用是完成数据采集的后期整理、远程控制命令的下发和对结果的确认、用户权限管理、运行情况监视以及生成报表等。它主要包括数据库管理模块、前置机通讯模块、数据分析模块、远程控制模块、报表伺服模块、线损分析模块、权限管理模块、负荷预测模块等。
[0033]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.基于TD-SCDMA远程电力负荷控制系统，其特征在于:包括负控终端和控制中心，负控终端和控制中心之间通过TD-SCDMA网络进行通信； 所述负控终端集成有TD-SCDMA模块，主板与TD-SCDMA模块通过串口通信，选用基于ARM内核的片上系统作为核心处理器，TD-SCDMA模块作为系统外设通过通信接口与片上系统连接；负控终端用于对电力终端设备进行电力信息的采集，采集的数据包括负荷数据、电量数据、电能质量数据、工况数据以及电表数据，同时用于调用TD-SCDMA模块，将数据传送至控制中心，采用基于动态IP的PS域进行传输；负控终端还用于根据各种控制策略或主站下达的指令对用户开关进行直接控制或闭环控制，对用户计量装置进行防窃电监控； 所述控制中心包括数据处理主机、用于通信的前置机、数据库服务器；控制中心用于收集负控终端上发的数据后实现数据库管理、前置机通讯、数据分析、远程控制、报表伺服、线损分析、权限管理、负荷预测功能，所述前置机采用固定IP接入公网以便于同负控终端进行持续通信。
2.根据权利要求1所述的基于TD-SCDMA远程电力负荷控制系统，其特征在于:所述远程电力负荷控制系统的基本构架自下而上分别是物理层、系统软件层、数据处理层、查询应用层。
3.根据权利要求1或2所述的基于TD-SCDMA远程电力负荷控制系统，其特征在于:所述负控终端选用嵌入式Linux操作系统作为嵌入式系统。
4.基于TD-SCDMA远程电力负荷控制系统的实现方法，具体包括如下步骤: (1)规划负控终端所需完成的总体功能:用户用电数据的采集，采集的信号有电流、电压、脉冲信号；与用户的多功能电表进行通信获得电表的数据，实现远程抄表；用户用电数据的统计分析、历史数据的存储和上传功能；用户开关位置信号的采集；根据各种控制策略或主站下达的指令对用户开关进行直接控制或闭环控制；对用户计量装置进行监控，实现防窃电功能；本地显示，打印功能；本地语音和声光告警功能； (2)负控终端的硬件设计与实现:负控终端集成有TD-SCDMA模块，选用基于ARM内核的片上系统作为核心处理器，TD-SCDMA模块作为系统外设通过适当的通信接口与片上系统连接； (3)进行电力负荷控制系统的基本构架设计:基于TD-SCDMA的远程电力负荷控制系统基本构架由四个层面组成，自下而上分别是:物理层、系统软件层、数据处理层、查询应用层； (4)负控终端的平台软件设计与实现:为实现负控终端所需的功能，，采用嵌入式Linux操作系统，各系统外设的驱动程序由设备厂家提供或自己编写； (5)负控终端的应用程序设计:应用程序应实现的功能包括:实现步骤(I)中各项功能，并能调用TD-SCDMA模块，通过基于动态IP的PS域将数据传送至管理终端主机； (6)控制中心的软件设计:控制中心的作用是完成数据采集的后期整理、远程控制命令的下发和对结果的确认、用户权限管理、运行情况监视以及生成报表，它主要包括数据库管理模块、前置机通讯模块、数据分析模块、远程控制模块、报表伺服模块、线损分析模块、权限管理模块、负荷预测模块。
【文档编号】H02J13/00GK103944258SQ201310545072
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年11月7日 优先权日:2013年11月7日
【发明者】陶霞, 季胜鹏, 李贤慧, 王志强, 裴旭斌, 韩智伟, 池伟, 陶敏, 周升, 金文德, 王彬栩, 楼平 申请人:国家电网公司, 国网电力科学研究院, 江苏瑞中数据股份有限公司, 国网浙江省电力公司, 国网浙江省电力公司电力科学研究院, 国网浙江省电力公司信息通信分公司