电力用户用电信息采集系统优化设计与实现

Microcomputer

Applications

Vol.

36,No.

12,2020开发应用微型电$%用2020年第36

)第12期文章编号:1007-757X(2020)

12-0158-03电力用户用电信息采集系统优化设计与实现王雪晶，张洁敏，张航(国网福建省电力有限公司信息通信分公司，福建福州350001)摘

要：不断增多的电力用户对用电信息监管提出了更高的要求，为了有效满足远程监控用户用电信息需求，对电力用户用

电信息采集系统进行了优化设计，完成了基于ZigBee网络模型的用电信息自动采集系统的构建#其采集系统在嵌入式ARM

中完成集成开发过程，并在此基础上提出了一种用电信息的动态量化检测识别及采集方法，实验测试结果验证了该系统良好

的信息采集自动控制性能#关键词：用户用电信息；采集系统；实现路径；ZigBee网络模型中图分类号：TM764

文献标志码：AOptimization

Design

and

Implementation

of

Power

User

Information

Collection

System

for

Power

UsersWANG

Xuejing,

ZHANG

Jiemin,

ZHANG

Hang(Information

R

Communication

Branch,

Fujian

Electric

Power

Company

Limited,

Fuzhou

350001,

China)Abstract:

The

increasing

number

of

power

users

puts

forward

higher

requirements

for

the

regulation

of power

consumption

in-

ormation Inordertoefectively

meetthedemandofremotemonitoringusers,thispapermainlyoptimizesthepoweruserin-

ormationcolectionsystemandcompletestheZigBeenetworkmodel

Theconstructionofautomaticacquisitionsystemforelec-

ricityinformation,andtheacquisitionsystemarecompleted

TheintegrateddevelopmentprocessdependsonembeddedARM,

andonthisbasis,

we

propose

a

dynamic

quantitative

detection,

identification

and

col

ection

method

of

electricity

information

The

experimental

test

results

verify

the

system

has

good

information

col

ection

and

automatic

control

performance

Key

words:

user

electricity

information；

acquisition

system；

implementation

path；

ZigBee

network

model合大数据信息处理技术，在提高工作质效的同时有效降低成

本。用户用电信息通过远程数据采集方法的使用完成采集

0引言不断发展和完善的网络信息技术以及物联网技术的广

后向智能信息处理终端传输，以供远程控制和分析相关信息

使用，从而提高用电信息的实时处理能力，通过信息采集系

泛应用，为智能电网的辅助提供了技术支撑，同时促使电力

的销售及管理模式发生了转变,对电力用户用电信息采集系

统提出了更高的要求，信息采集系统在采集用户用电信息的

统实现对用户重要信息的实时采集(包括负荷、用电电量、电

压等)，进而将完整准确的电力用户数据提供给电力管理及

基础上通过进一步处理实现信息交流共享与实时监控和管

营销信息系统，为电力企业优化完善营销业务提供支撑'1(&

本文研究采集电力用户用电信息的方法基于信息数据挖掘

理功能，将当地电网与用户联系起来&因此对于用户用电信

息采集系统(综合了供电侧、售电侧和购电侧)进行设计和完

和智能控制过程，采用嵌入式的系统优化设计方法和技术对

用户用电信息采集系统进行了优化设计，提出了一种自适应

善成为目前研究的重点之一。1现状分析互联网+及大数据技术不断发展完善的大背景下，为发

展电力信息系统提供了技术支撑，随着智能电网的深入建设

信息调度方法，实现了对电力信息系统的进一步优化管理功

能，以期为提高用电信息智能调度性能提供参考&2系统的硬件设计与实现目前对电力用户用电信息采集方面的研究已经取得了

一定的进展，PLC设计和单片机控制是现有设计电力用户

信息采集

及智能电表的普及应用，对电力信息的智能管理要求和整体

服务水平不断提高，这就需要以采集和优化识别用户用电信

息过程作为基础，供电公司需在收集并掌握客户用电信息的

基础上，通过进一步的数据挖掘分析实现对电网的科学高效

采

的方

,

户

信息采集后借助数据存储器完成智能存储过程，再结合运用大数据

的管理过程，同时确保用户用电信息的监测过程能够有效结

作者简介：王雪晶(1991-),女，硕士，工程师，研究方向：计算机软件。理技术

信息采集和

理过程,

高了信息的智能调度

张洁敏(1988-),女，硕士，研究方向：信号与信息处理、电力信息化&张航(1989-),男，硕士，研究方向：计算机应用技术&・158・

Microcomputer

Applications

Vol.

36,No. 12,2020能力。例如，基于DSP技术的嵌入式采集系统，针对用电信

息数据通过ZigBee网络模型的使用完成了多传感器组网的

开发应用微型电用2020年第36

)第12期用时钟引脚及帧同步引脚构成⑶&构建,提高了信息采集能力，但存在智能信息处理能力较弱、

集成性不佳不强的不足&本文为弥补传统方法存在的不足,

提出一种用电信息量化检测识别以及动态采集方法，基于

3电力用户信息采集的ZigBee网络模型及

节点定位3.

1

电力用户用电信息采集网络结构模型通过ZigBee网络结构模型(分布式组网)的使用完成基

阵组网结构的设计，再通过分布式物联网组网设计方法的使

ZigBee组网(分布式阵列)采用自适应分布式优化定位设计

完成了电力用户用电信息采集系统的构建，结合运用向量量

化方法和模式识别技术完成对所采集的信息融合处理及属

性归类处理,实现电力用户用电信息自动采集挖掘功能

用完成对该网络基阵的进一步优化，基于多传感器量化检测

识别方法的动态特征采集过程通过在信息监控区域内布置

2.1

系统的总体架构设计本文所构建的用电信息采集系统的总体架构，如图1

传感节点完成，使电力用户用电信息采集过程得以有效实

现。针对电力用户用电信息，描述信息采集的特征状态方

所示&程，假设表示采集信息时的背景干扰噪声即高斯白噪

声(均值为零且方差为Q!),动态传感信息的样本相关阵

由厂#)表示，信息的监测状态信息矩阵由"!)&RnX

1表示,

非平稳信息的特征分布矩阵由A

(!)

&REf

"表示.(!)

&

R以1表示信息混合数据(由第)个ZigBee节点采集)?ZigBee

网络采集的用电信息的脉冲响应由"表示，信息

采集过程的干扰噪声即高斯白噪声(均值为零且方差为

D#))由T#)&R8f

1表示⑷，如式(1)、式(2)。图1信息采集系统的总体架构"#

+

1)，AU)x(k)

+

(#):#)

.(!)

=

Ht

(k)x(k) +

t

(k)

,) =

1,2

,…，N

(1)(2)该系统采用多传感器(分布于用户用电信息监测区)进

假设H(k)表示信息动态采集的加权矩阵表示

匹配向量，且H)(k)和u(k)间存在关联规则项，对用电信息

行数据采集，基于ZigBee网络模型(由物理层、数据链路层、

数据传输层构成)的用户用电信息采集系统采用自适应分布

的多模特征通过模糊信息加权控制技术的使用完成健全处

理过程，信息采集的节点分布情况采用多传感器进行融合跟

式优化定位设计方法对信息采集传感器节点进行设计，数据

总线传输调度通过ZigBee网络应用服务层完成，在此基础

上优化设计信息动态采集技术，信息的自适应转发控制通过

多模嵌入式控制方法的使用完成，开发设计信息采集系统时

踪识别，得到节点分布结构，如式(3)'(。 (

(

)

(

)

1,2,1

⑶(E{wk)uT

k=

Btk,)

=

…，N通过使用嵌入式技术完成，从而使电力用户用电信息采集的

实时性及准确性得到有效提高，信息的ZigBee组网结构采

I

E{uz

(

k)uj

(

k)

=

D* (

k)

,

,j

=

1,2,…,N

,

7

j在电力用户用电信息采集系统的传感器网络中(包括N

个传感器节点)，信息采样网络输出结构模型通过传感器节

用VXI总线调度模式，自适应信息处理过程则采用嵌入式

点基阵的使用完成构建，信息采集的传感器网络的节点定

位，如式(4)。信息采集技术完成，对于电力用户用电信息通过PXI触发总

线的使用完成时钟采样控制过程，可确保大量信息采集的完

整性和可靠性。数据回放处理在应用层模块完成，在此基础

上实现信息的动态监测功能⑵。{

⑷

〔#,十1

，+

[,十1)/2在对反馈均衡滤波器进行构建时则基于节点的测度信

息的平均值完成，由。表示的信息监控数据分布的原点矩在

("r,t+i，(

")=

+

[，汁1)/22.2

系统的硬件模块化设计用户用电信息采集系统的信息处理器采用了

TMS32010DSP芯片，在对信息采集系统进行嵌入式设计时,

信息采集系统在嵌入式ARM中完成集成开发过程，信息采

t

+

1个监测节点中对应的坐标为(")t+i,#,t+i),远程监控的

用电信息通过多传感器网络的使用完成信息融合处理过程,

采集信息监控数据在输出时满足的动态统计特性，如式(5)。集过程通过使用实时触发器PXI-6713完成，复位模块中的

电路复位基于简单RC复位方法实现，系统的链路转发控制

E[y(

k)，0,

E[U(

k)

3T(

k)，R(

k)

(5)输出终端由采用2片AD5545芯片构成(具备自适应特点)，

基于

采样和总

控制

的

户

综上可知量化噪声:(k)同3

(

k)互不相关，对用户用电

信息

采集

的

总信息结合

相关

方

合处理后

频

项数据采集功能通过使用实时VXI总线技术方法实现，总线

测，再对获取的高维融合数据进行关联规则特征提取。驱动通过运行标准VPP仪器驱动程序完成。人机交互端的

传感器模块的构建通过使用ARM

Cortex处理器内核(能够

3.

2

信息采集节点的优化定位设计本文优

采集

户

信息

的

过程基于所构),

进行全波采样)完成，同PXI-6713模块连接后(通过PXI总

线桥实现)即可完成同PC机间的通信过程，信息采集的采

样频率(15

MHz,构建时钟控制模块时结合运用低电压及

建的

据结构

型 对

服

组合

信息

的模糊分布式结存储中心由G

(

一个四元组)表示，假设，信息

线性规划模型的幅值由5表示，信息交互的相空间嵌入维数

时钟复位完成，人机交互接口由复用的数据引脚(16个)、专

由)表示，用电信息的信息流模型由关联规则项约束方程进

・159

Microcomputer

Applications

Vol.

36,No. 12,2020行描述[6],如式(6)。开发应用微型电用2020年第36

)第12期"k

=

EL0

2

(V"

cos

2'n

—

Zn

sin

2'n

)

,

!

=

0,1,…,N

-

1(6)对于一组用户用电信息(具有连续)的大数据的分布式

数据结构分析过程通过连续模板匹配技术的使用完成，假定

"表示当前的信息分布节点数目(具体有N"

,•••,'表示),

信息的信息融合处理过程结合匹配相关检测方法完成，待挖

掘大数据的负载由6"，…，j表示(在链路层中)，“mm，…,

pmt为信息挖掘输出的特征估计值，由A",

A2,

•

A”表示电

图3性能测试结果力用户用电信息节点,共有H个,对于各节点的闭频繁项集

仿真实验结

明了本文用户

信息采集系统举报

较好的

能以及自动控制性能，能

准

靠的采供支撑⑻。由V"

,

V2,

•

V"表示其对应的特征提取输出，在此基础上完

成用户用电信息挖掘结果到线性规划问题的构造如式集结果，为提高智能

理和优质服

7)。5总结min(f)，%

%

C)X*)为满足大数据背景下智能电网的信息化管理需求，本文

主要完成了基于

="*

="ZigBee组网 户用电信息采集信%

X*

=

v

i

,

i

=

1,2，…，mj

=

i识别采集方法的优化设计，实现了对

息的有效监测过程，采

⑺优化定位对具备自适应能力设计，针对采集到的数据则通过向量类处st]%X*

=z

,

*

=

12

,

•

•,

n

)=1的采集传感器

方法的使用完成了信息融合处理过程，信息

理则使

识别技术

、Xij

(

,

i

=

1,2

,…,m,

j

=

1,2

,…,n对于采集到的数据通过向

合处理过程

采

，再对用户用电信息运用量化融方法的使用完成信息类处理合

方

步的特征提取和自动挖掘过程，针对信了

信识

技术

息采集结果通过自适应信息调度方法的使

息

信息挖掘和

过程结合

合

方理及控制能力的显

信息采集的自动

智能

高&通过该系统可使用户使采集的传

器 能

显

高。显

升，使用该高的可靠度。信息动态采集方法获取的信息采集结果具

4系统测试通过仿真实验对本文构建的用户用电信息采集系统及

方

的

试

设计

ZigBee

组网

采

了参考文献["&

张进，黄欣，刘娜.用电信息采集系统中的信号拓展装

32个传感器节点，配置Visual

DSP

,数据采集时硬件仿真的

相关参数为：信息输出的脉冲宽度为2

.s

,设置两路D/A

,

低迹线噪声为

0.

004

dB/rms

,从

9

kHz/100

kHz

到

4.

5

GHz/8.

5

GHz的频率选件，电力用户用电信息采集系统的

信息输出，如图2所示&Q

O回

口

W―®

2014^4-30

l&SMMOOIHHWMISHFEJI

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line

segment

registration

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model

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algorithm%J&.

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图2电力用户用电信息采集输出信息采集的准

的

试对

结

如

362(收稿日期:2019.11.26)所示。・160