一種電能質量型能效數據採集終端的製作方法
2023-09-12 14:17:50
專利名稱：一種電能質量型能效數據採集終端的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種電エ儀器儀表行業能效採集裝置，具體講涉及ー種電能質量型能效數據採集終端。
背景技術：
現有技術中基礎技術與基礎數據的匱乏給節能產業的整體發展帶來了很大障礙。準確的能效基礎數據是評價所有節能技術效果的關鍵。當前各種節能數據、能效信息混亂給節能產業帶來很多隱患。因此，亟待建立統ー的能效數據中心，獲取全面的節能服務行業數據，為節能行業發展提供數據支撐和技術保障，對節能項目進行監測和節能服務機構進行評估，為國家和各級政府機構節能政策提供支撐。準確的能效基礎數據主要依賴於現場實時採集，需採用專用採集終端進行採集並傳輸。實際現場存在許多諸如相/線電壓/電流、功率因數、基波功率、諧波功率等電參數，這些參數的實時採集效果直接影響能效分析結果的可靠性。因此，亟待開發ー種滿足エ業現場及能效監測要求的實時電能質量型能效數據採集終端。專利號為ZL201020214236. 2的實用新型披露了一種安裝模塊化通信模塊的專變採集終端，用以採集專變用戶電能信息的裝置。所述專變採集終端內固化的遠程通信模塊和信號擴展接ロ模塊都設計成插拔式的模塊，並制定統ー的管腳。專利號為ZL200920069055. 2的實用新型披露了ー種無線數據採集終端，該終端包括射頻識別模塊、主控模塊以及通信模塊，以實現數據的無線採集和無線傳輸。專利號為ZL200920279096. 4的實用新型披露了一種電量管理系統用採集終端，以便於部署及擴展。專利號為ZL200920236498. 6的實用新型披露了一種用於低壓電カ用戶集中抄表系統的採集終端，可以在主站上操作，實現遠程系統更新。以上的實用新型為電能質量型能效數據採集終端的研發提供了技術基礎，但沒有達到集群式部署、多種數據類型採集、多種接ロ傳輸等完全適應エ業現場能效諧波電量採集的要求。
實用新型內容為了克服上述缺陷，本實用新型提供了一種電能質量型能效數據採集終端，通過集群式部署，可以對多種諧波電量參數進行採集。為實現上述目的，本實用新型提供一種電能質量型能效數據採集終端，所述採集終端包括外殼、MCU模塊、與所述MCU模塊連接的電源存儲模塊，其改進之處在於，與所述MCU模塊分別連接的AD轉換模塊和通信模塊；上述全部模塊都設置在所述外殼中。本實用新型提供的優選技術方案中，所述MCU模塊控制所述電源存儲模塊、AD轉換模塊和通信模塊，並接所述AD轉換模塊傳遞的參數。本實用新型提供的第二優選技術方案中，所述電源存儲模塊包括直流電源、輔助電源和數據存儲器。本實用新型提供的第三優選技術方案中，所述AD轉換模塊為型號ADS1178的晶片。本實用新型提供的第四優選技術方案中，所述通信模塊包括RS485和擴展接ロ ；所述擴展接ロ根據通信需求可插入PLC単元或微功率無線單元。本實用新型提供的第五優選技術方案中，所述外殼設有顯示採集到的參數的顯示裝置和採集數據的輔助端子；所述顯示裝置與所述MCU模塊連接，所述輔助端子分別與所述AD轉換模塊、所述傳感器模塊和所述通信模塊連接。本實用新型提供的第六優選技術方案中，所述MCU模塊是型號為AT91SAM9260的晶片。本實用新型提供的第七優選技術方案中，所述數據存儲器是型號為AT24C64的晶片。本實用新型提供的第八優選技術方案中，所述PLC單元為型號為74HTC244的晶片，所述微功率無線單元為型號為CCllOO的晶片。本實用新型提供的第九優選技術方案中，所述顯示裝置為2048色液晶顯示屏，大小為3. 5英寸。與現有技術比，本實用新型提供的技術方案可根據能效測評的實際需要，不僅解決了電能質量電量型能效數據採集和傳輸難題，而且電能質量分析功能靈活，完全滿足實時能效監測的目的；電能質量型能效數據採集終端實現了多種電能量信息的顯示和多種接ロ安全、穩定、可靠的傳輸，使能效諧波電量型數據的實時採集和傳輸成為可能，特別是對2至19次諧波進行實時採集，解決了應用智能電錶成本高的缺點，適於全面推廣，而且可為能效數據中心提供準確的能效基礎數據，為節能政策提供技術支撐；此外，該終端還充分考慮了不同工作環境需求，如通訊模式可選擇微功率無線或PLC等信號傳輸，並為未來主站實現智能控制留下擴展接ロ ；再者，所述採集終端抗幹擾性強，所採用的電磁屏蔽層具備完善周密的電磁兼容性設計，能夠使採集終端在高低溫、高壓和高溼等惡劣環境運行時免除電磁幹擾，還具備完善周密的三級防雷措施。
圖I為電能質量型能效數據採集終端的內部結構示意圖。圖2為採集終端外殼的前部示意圖。圖3為米集終端外殼的後部和側部不意圖。圖4為輔助端子示意圖。圖5為RS485接ロ的遠程本地示意圖。圖6為PLC単元和微功率無線單元的遠程本地示意圖。
具體實施方式
如圖I至圖4所示，所述電能質量型能效數據採集終端採集電壓傳感器、電流傳感器的相電壓、相電流及中性線電流模擬量，經過AD轉換模塊運算處理獲得功率、功率因數、頻率、諧波及電能等信息。由微控制単元(MCU)實現數據運算存儲與管理，再通過RS485接ロ、PLC或微功率無線等方式實現上行通訊。所述微控制單元(MCU)，採用具有ARM9內核的AT91SAM9260作為MCU，AT91SAM9260的最高頻率可達180MHZ。所述AD轉換模塊採用TI的ADSl 178模數轉換器，該轉換器精度達到了 16位，轉換速率最高可達52kS PS，以保證在進行諧波計算時的速度和精度。所述微控制単元(MCU)模塊為整個終端的核心，所述MCU模塊是型號為AT91SAM9260的晶片；所述MCU模塊通過數據運算處理實現下述事件及下述功能的記錄諧波I曲線、諧波2曲線、電壓/電流曲線、功率曲線、諧波越限事件、諧波功率曲線、ABC電流/電壓偏差越限事件、失壓/失流事件、電壓/電流不平衡度曲線、閃變曲線、跨月結算、電能量凍結、上電、掉電、清零、斷相和校吋。其中，所述諧波I曲線是指對2至19次的諧波以及相應的電壓總諧波畸變率THDU、電流總諧波畸變率THDI的曲線進行記錄；所述諧波2曲線是指對20至50次的諧波以及相應的電壓總諧波畸變率THDU、電流總諧波畸變率THDI的曲線進行記錄；所述掉電事件是指三相電壓均低於電能表臨界電壓，且負荷電流不大於5%額定電流的エ況。所述失壓是指在三相供電系統中，某相負荷電流大於啟動電流，但電壓線路的電壓低於電能表參比電壓的78%時,且持續時間大於I分鐘。所述失流是指在三相供電系統中，三相電壓大於電能表的臨界電壓，三相電流中任一相或兩相小於啟動電流，且其他相線負荷電流大於5%額定電流的エ況。所述電能量凍結事件是指對當前凍結的電能量進行通知。對電壓/電流曲線、功率曲線、諧波越限事件、諧波功率曲線、ABC電流/電壓偏差越限事件、電壓/電流不平衡度曲線、閃變曲線、跨月結算、上電、清零、斷相和校時的記錄均符合以下國家標準GB12326-2000標準、GB12325-2003標準、GB/T 14549-1993標準、和GB/T 15945-1995 標準。其中，所述諧波越限事件、電壓/電流不平衡度越限事件、ABC電流/電壓偏差越限事件記錄，是根據現場電能質量要求，通過上述標準限值下裝到設備中，實現電能質量分析功能。其中，所述曲線記錄，抄收時間間隔預設為15min，可以靈活設置其他數值。如圖5、6所示，所述通信模塊利用RS485接ロ、微功率無線單元或者PLC單元中的其中之一，其中RS485接ロ作為儀表的標準配置接ロ，微功率無線模塊和PLC模塊設計成可插拔的擴展接ロ的形式，在儀表上使用同一個接ロ標準，以便根據環境不同及成本使用相應通信模塊。所述RS485接ロ還可作為參數設置的維護接ロ。其中，所述PLC單元為型號為74HTC244的晶片；所述微功率無線單元為型號為CCllOO的晶片。所述CCl 100晶片的規格為工作頻段402 470mhz ;微發射功率最大發射功率IOmw ;休眠電流< IOua ;所述CC1100晶片支持高精度溫補晶體，可進行8/16/32信道等多信道選擇並具有rs232/rs485/uart接ロ等多種用戶接ロ，並支持1200/2400/4800/9600/19200/38400bps等通信速率，支持8nl、8el等通信格式，還可自動、快速完成收/發模式切換，方便用戶使用。所述電能質量型能效數據採集終端採取了軟時鐘和網絡對時結合的集約方式設計，降低硬體結構複雜度和功耗，使工作環境溫度、溼度、大氣壓力均滿足用電信息採集系統標準；為降低裝置成本，可採用晶片時鐘。在所述電能質量型能效數據採集終端進行數據採集與存儲操作中，由於此採集終端不作為計費計量用，採集精度按照設備B級精度。或者採集終端精度達到(GB/T17215. 321-2008/IEC 62053-21 :2003)規定的不低於2級精度。曲線記錄抄收時間間隔預設為15min，且可以靈活設置；根據所採集的數據量的大小，選擇合適的存儲器大小。其中，所述數據存儲器使用的是型號為AT24C64的晶片；電能質量電量型能效採集終端由於不採用集中器採集數據，所以所述數據存儲器在保存數據時間設計為存儲30乘以96個點的曲線數據，在不存儲20-50次諧波數據時，每個點存儲530個Byte，共需1491K ;若需要存儲20-50次諧波數據，則再需增加1308K的存儲空間。 所述電能質量型能效數據採集終端的外殼塗覆有電磁屏蔽層，所述電磁屏蔽層由導電高分子層形成，所述導電高分子層可以是具有可溶性或分散性的材料，如聚苯胺、聚噻吩和聚對苯撐；所述導電高分子層優選由聚こ烯ニ氧噻吩製成。所述電能質量型能效數據採集終端的尺寸可以為長260mm至270mm,寬165mm至175mm,高70mm至80mm ;最優選的尺寸為長265mm,寬170mm,高75mm。需要聲明的是，本實用新型內容及具體實施方式
意在證明本實用新型所提供技術方案的實際應用，不應解釋為對本實用新型保護範圍的限定。本領域技術人員在本實用新型的精神和原理啟發下，可作各種修改、等同替換、或改進。但這些變更或修改均在申請待批的保護範圍內。
權利要求1.一種電量質量型能效數據採集終端，所述採集終端包括外売、MCU模塊、與所述MCU模塊連接的電源存儲模塊，其特徵在幹，與所述MCU模塊分別連接的AD轉換模塊和通信模塊；所述MCU模塊、電源存儲模塊、所述AD轉換模塊和所述通信模塊都設置在所述外殼中。
2.根據權利要求I所述的採集終端，其特徵在於，所述MCU模塊控制所述電源存儲模塊、AD轉換模塊和通信模塊，並接所述AD轉換模塊傳遞的參數。
3.根據權利要求I所述的採集終端，其特徵在於，所述電源存儲模塊包括直流電源、輔助電源和數據存儲器。
4.根據權利要求I所述的採集終端，其特徵在於，所述AD轉換模塊為型號ADSl178的晶片。
5.根據權利要求I所述的採集終端，其特徵在幹，所述通信模塊包括RS485和擴展接ロ ；所述擴展接ロ根據通信需求可插入PLC単元或微功率無線單元。
6.根據權利要求I所述的採集終端，其特徵在於，所述外殼設有顯示採集到的參數的顯示裝置和採集數據的輔助端子；所述顯示裝置與所述MCU模塊連接，所述輔助端子分別與所述AD轉換模塊、所述傳感器模塊和所述通信模塊連接。
7.根據權利要求2所述的採集終端，其特徵在於，所述MCU模塊是型號為AT91SAM9260的晶片。
8.根據權利要求3所述的採集終端，其特徵在於，所述數據存儲器是型號為AT24C64的晶片。
9.根據權利要求5所述的採集終端，其特徵在於，所述PLC單元為型號為74HTC244的晶片，所述微功率無線單元為型號為CCllOO的晶片。
10.根據權利要求6所述的採集終端，其特徵在於，所述顯示裝置為2048色液晶顯示屏，大小為3. 5英寸。
專利摘要本實用新型提供了一種電能質量型能效數據採集終端，該終端包括外殼、MCU模塊、與所述MCU模塊連接的電源存儲模塊，與所述MCU模塊分別連接的AD轉換模塊和通信模塊；其中，所述通信模塊選自RS485接口、PLC單元或微功率無線單元。本實用新型所提供的電能質量型能效數據採集終端，通過集群式部署，可以對多種電量參數進行採集。
文檔編號G08C17/02GK202422401SQ201120395599
公開日2012年9月5日 申請日期2011年10月18日 優先權日2011年10月18日
發明者何桂雄, 周昭茂, 李德智, 李濤永, 楊湘江, 王紅梅, 王鶴, 章欣, 苗常海, 蔣利民, 鐘鳴, 閆華光 申請人:中國電力科學研究院