智能型電能質量監控終端設備的製作方法

2023-05-31 13:03:11

專利名稱：智能型電能質量監控終端設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電能的檢測設備，具體涉及一種智能型電能質量監控終端設備。
背景技術：
電網在正常運行時，工作人員需要不斷地對電網的監測來得知電網運行的具體情 況，當電網運行出現問題時，還需要工作人員親自到電網現場對電網各個部分進行檢測排 查，這樣工作人員的勞動強度很大，並且工作效率不高；電網在運行正常、非運行正常和事 故情況下，不能夠對其進行實時的監測、管理，且在電能的調度方面還需要人工的操作，由 於人工對電能調度的局限性，不能夠合理的分配電能，造成電網運行的經濟效益差，損耗電 能。目前供電局對居民小區中的各戶用電量的統計方式，均採用在每戶安裝一個電錶 的方式進行統計，需要工作人員每個月人工的對電錶進行抄檢，這樣對電錶的管理不方便， 同時也浪費了人力。

實用新型內容針對上述技術問題，本實用新型的目的是提供一種對電網進行實時監控、並能夠 自動控制電網運行的智能型電能質量監控終端設備。實現本實用新型的技術方案如下智能型電能質量監控終端設備，包括採樣模塊、設置模塊、數據存儲運算模塊、通 訊模塊、外部管控中心，採樣模塊的輸出端與設置模塊的第一輸入端相連接，設置模塊的輸 出端與數據存儲運算模塊的輸入端相連接，數據存儲運算模塊的第一輸出端與通訊模塊的 第一輸入端相連接，數據存儲運算模塊的第二輸出端與通訊模塊的第三輸入端相連接，通 訊模塊的第一輸出端連接到外部管控中心的輸入端，通訊模塊的第二輸出端連接到設置模 塊的第二輸入端，外部管控中心的輸出端連接到通訊模塊的第二輸入端。所述數據存儲運算模塊包括數據存儲模塊、數據運算處理模塊，數據存儲模塊的 輸入端與設置模塊的輸出端相連接，數據存儲模塊的輸出端與數據運算處理模塊的輸入端 相連接，數據存儲模塊的第二輸出端與通訊模塊的第三輸入端相連接，數據運算處理模塊 的輸出端與通訊模塊第一輸入端相連接。還包括一顯示模塊，顯示模塊的輸入端連接採樣模塊的輸出端，顯示模塊的輸出 端連接到設置模塊的第一輸入端。採樣模塊具有N路採樣線路，可以採集並測量N幹路各種線制迴路中的相電壓、線 電壓、有功電流、無功電流、有功無功功率、有功無功視功率、電能、電流電壓夾角、正向反向 電能有功無功電能數據、反相功率指示、三相電流矢量和之有效值、三相電壓矢量和之有效 值、功率因數、電壓電流相序及相序判斷、各相不平衡判斷及補償、溫度、頻率、諧波分析等 功能，具有「用電黑匣子」功能。N路採集技術主要是用於居民小區，用於替代現在的一戶一 表，集中管理，無需人工抄表，可和外部管控中心聯網，實時管控，集約存本，方便管理。[0010]所述數據存儲模塊對採集模塊採集到的電網數據和數據運算處理模塊運行處理 的歷史數據進行存儲。數據運算處理模塊根據採集模塊採集的電網中的各種參數以及存儲 模塊中存儲的歷史運行數據自動進行高速評估、作出判斷，並向各級改善電能質量的硬體 設備輸出指令，指令它運行和關閉，以及當電網或各級改善電能質量的硬體裝置出現問題 時，能夠及時報警。所述設置模塊對採集模塊、數據存儲運算模塊的參數進行設定，設定的方式可採 用手動設定或自動設定，選用何種方式設定根據實際情況的需要選定。所述通訊模塊採用網絡通訊模塊或高頻通訊模塊或3G通訊模塊。通訊模塊可採 用乙太網埠，具備網絡通訊功能，可直接聯接有線網絡，進行聯網通訊的網絡通訊模塊； 也可採用無線高頻或GPRS進行通訊。所述外部管控中心採用IP位址或密碼訪問的方式獲取數據存儲模塊中的存儲數 據，並根據需要進行管理和控制。外部管控中心的控制方式比較靈活，可以根據客戶實際需 要將外部管控中心的控制方式設置成保護或諧波抑制或無功補償控制方式，還可以綜合多 種控制方式進行控制。採樣模塊對電網的數據進行採集，數據存儲模塊對採集到的電網數據進行存儲， 存儲後的數據可直接傳送給通訊模塊進行通訊或經過數據運算處理模塊的處理再傳送給 通訊模塊進行通訊，設置模塊根據通訊模塊發出的通訊數據來設定採集、存儲運算的參數， 外部管控中心根據通訊模塊發出的通訊數據進行管理、控制各級改善電能質量的硬體設 備。本實用新型採用交流採樣技術對電網實時數據進行採集，通過運算後獲得電壓、電流、 有功功率、頻率等實時數據，並對採集到的電網數據進行測量、分析、統計，將採集到的實時 數據以及運算處理的歷史數據進行存儲，並對檢測到的電網實時運行情況進行通訊。本終端設備具有故障報警和保護、電網諧波分析、無功動態補償、諧波抑制的功 能，其可直接連接有線網絡或無線網絡進行遠程數據通訊監控管理，並可以直接連接電腦， 進行聯機操作，這樣工作人員只要電腦上進行操作就可以完成工作，不需要再親自到現場 操作，節省了工作時間，提高了工作效率。本終端設備採用高自動化控制，根據採樣電網的參數控制無功補償電容器組的自 動循環投切，優先循環投切方式控制多組電容器組進行集中分組精細補償，改變了過去一 次性整組投切電容方式，使電容器工作在最佳狀況，提高了補償精度，使電容器得以最大限 度的科學使用徹底，解決了無功欠補及無功倒送的問題，無功補償範圍0. 96 1. 0。從而 在優先保證電壓合格基礎上，調整無功缺量，使無功功率始終處於最佳補償狀態，提高了電 能質量，節約了電力能源。同時根據採樣電網的參數來控制濾波裝置，確保用電質量達到規 定的要求。本終端設備旁接在電網或變壓器上，不會對電網或變壓器形成任何影響；其具有 準確的時鐘功能為系統事件的發生和各種統計量提供準確的時間坐標；本終端適用於多種 接線方式如三相四線、三相三線；本終端還具有自動降溫保護功能，當終端內的溫度或主 母線溫度達到設定的限定溫度時，系統就會自動指令驅動風機啟動強制風冷，使溫度在回 到允許範圍，風扇停止工作。本實用新型主要應用於電網，監測輸電線路，配電變壓器、配電線路電能參數，並 集無功功率的連續、快速、同步補償、有源濾波、平衡三相負載、消除電壓閃變和電壓波動等多種功能於一體，有效地提高供電電壓質量、提高配電網絡的安全穩定及經濟運行水平。本 終端設備還集電壓表，電流表，電流表計，功率因數表，諧波表，電網參數檢測儀於一體，是 致力於智能化電網和配電智能化而研製的自動檢測控制終端，對配電網及其用戶在正常、 非運行正常和事故情況下進行實時檢測和自動化保護控制、管理，大大提高供電質量和運 行經濟性，改善服務，提高工作效率。本實用新型在研製過程中，以高可靠性和實用性作為 研究基礎，充分吸取國內外正反方面的經驗，經過長期實踐和改進，使其具有可靠性強、自 動化程度高、使用簡單的特點。

圖1為本實用新型的控制方框圖；附圖中，1為採樣模塊，2為顯示模塊，3為設置模塊，4為數據存儲模塊，5為數據運 算處理模塊，6為通訊模塊，7為外部管控中心，8為數據存儲運算模塊。
具體實施方式
參見圖1所示，智能型電能質量監控終端設備，包括採樣模塊1、設置模塊3、數據 存儲運算模塊8、通訊模塊6、外部管控中心7 ；採樣模塊1的輸出端與設置模塊3的第一輸 入端相連接，設置模塊3的輸出端與數據存儲運算模塊8的輸入端相連接，數據存儲運算模 塊8的第一輸出端與通訊模塊6的第一輸入端相連接，數據存儲運算模塊8的第二輸出端 與通訊模塊6的第三輸入端相連接，通訊模塊6的第一輸出端連接到外部管控中心7的輸 入端，通訊模塊6的第二輸出端連接到設置模塊3的第二輸入端，外部管控中心7的輸出端 連接到通訊模塊6的第二輸入端。數據存儲運算模塊8包括數據存儲模塊4、數據運算處理 模塊5，數據存儲模塊4的輸入端與設置模塊3的輸出端相連接，數據存儲模塊4的輸出端 與數據運算處理模塊5的輸入端相連接，數據存儲模塊4的第二輸出端與通訊模塊6的第 三輸入端相連接，數據運算處理模塊5的輸出端與通訊模塊6第一輸入端相連接。還包括 一顯示模塊2，顯示模塊2的輸入端連接採樣模塊1的輸出端，顯示模塊2的輸出端連接到 設置模塊3的第一輸入端。通訊模塊6採用網絡通訊模塊進行通訊。在具體的實施中，採樣模塊中的採樣部分由精密小型互感器以及前置信號處理電 路，對電網的電壓、電流、頻率、相位等多種實時數據進行採集；顯示部分採用高品質的液晶 顯示模塊；電源部分採用高頻開關電源，使得儀器更加節能，更能適應各種不同的電源電壓 環境。本實用新型的使用條件大氣壓力79·5KPa 106Kpa ；海拔高度≤ 2500米；環境溫度_25°C +75 °C ；相對溼度空氣溼度在20°C時≤ 90%，在溫度較低時，允許有較高的相對溼度；環境條件周圍介質無爆炸危險、無足以損壞絕緣及腐蝕金屬的氣體，無導電塵埃。本實用新型的基本功能a.數據採集[0031]三相電壓/三相電流/三相功率因數；有功功率/無功功率/有功電度/無功電度；頻率/諧波電壓/諧波電流/諧波分析至21次；每日電壓/電流最大、最小值；停電時刻/來電時刻/累計停電時間；電壓超上/下限時間/缺相時間；數據存儲不少於1個月。b.數據管理三相電壓/電流/功率因數日最大值/最小值；三相有功功率/無功功率日最大值/最小值；諧波日最大值；補償電容器投切次數/投入累計時間；電壓超上/下限時間；15分鐘最大電流；停電時刻/來電時刻。c.數據通訊實時監控；三相電壓/三相電流/三相功率因數；有功功率/無功功率/有功電度/無功電度；諧波/頻率；電容器投切狀態/故障狀態；定期採集、累計數據；三相總有功電度；三相總無功電度；月累計停電時間；整點數據；三相電壓/三相電流/三相功率因數；三相有功功率/三相無功功率；諧波/頻率。d.參數設置電流互感器變比/電壓互感器變比；有功電度/無功電度/時鐘；電壓上限/電壓下限設置；電壓諧波總畸變率超限；定點數據存儲間隔(分)；單相電容設置/三相電容設置；投入門限係數/切除門限係數；投切延時/電容設置；系統報警延時設置聲光報警，顯示和記錄故障狀態下的數據功能或無線報警；[0070]通訊波特率/通訊串口和奇偶校驗位。e.無功補償取樣物理量為無功功率，系統按照無功需量進行投切電容，無投切振蕩，無補償呆 區。本實用新型的控制功能以及功能特點a.監測功能功能強大，它集合了電量變送器、數字式電度表、數顯表、數據採集器、記錄分析 儀、RTU等儀器的部分或全部功能。測量功能包括測量各種線制迴路相電壓、線電壓、有功 電流、無功電流、有功無功功率、有功無功視功率、電能、電流電壓夾角、正向反向電能有功 無功電能數據、反相功率指示、三相電流矢量和之有效值、三相電壓矢量和之有效值、功率 因數、電壓電流相序及相序判斷、各相不平衡判斷及補償、溫度、頻率、諧波(％)分析等功 能，具有「用電黑匣子」功能。b.保護功能本終端設備具有上電保護、掉電保護、過壓保護、欠壓保護、欠流保護、過流保護等 多種保護功能。當系統運行中過載、短路、過壓、欠壓、斷相、斷零、接地故障發生時，可指令 驅動配電櫃中斷路自動脫扣，實施保護作用。當故障消失後，電壓恢復正常時，可指令驅動 斷路器自動合閘，系統自動投入正常運行狀態。c.控制方案可以設定控制方案形式比較靈活，可以根據客戶實際需要進行保護、諧波抑制、無功補償等 設置(分補共補結合，分相補償減小相間不平衡，共補提高供電質量)，可以綜合多種控制 方式，請用戶在定貨時具體說明情況。d.時鐘功能本終端的系統中具有時鐘功能，能為系統事件的發生和各種統計量提供準確的時 間坐標。e.開關次數統計功能統計並顯示每隻開關的當月動作次數和總動作次數電壓統計功能；統計包括電壓合格率、超上限時間、超下限時間、最大值、最小值等。f.諧波測量保護功能可測量至21次諧波，並提供針對電壓總諧波畸變率的保護功能，終端設備支持投 切濾波器。g.無功補償功能本終端設備採用高自動化控制，優先循環投切方式控制多組電容器組進行集中分 組精細補償，改變了過去一次性整組投切電容方式，提高了補償精度，使電容器得以最大限 度的科學使用徹底，解決了無功欠補及無功倒送之問題。從而在優先保證電壓合格基礎上， 調整無功缺量，使無功功率始終處於最佳補償狀態，提高了電能質量，節約了電力能源。h.通訊功能具備網絡通訊功能，可直接聯接有線網絡線，進行聯網通訊；也可採用高頻通訊、 3G通訊方式進行通訊。i.自動穩零功能[0092]具有自動校準零點，克服零點隨時間和溫度的漂移，實現所有參數的零點免調，提 高了儀表的整體測量精度，提高了系統的整體穩定性，簡化了校準流程。j.極寬的動態輸入範圍採用量程自動切換技術，提供5 220V/380V的電壓輸入量程，0 5A電流輸入量 程，能自動適用於各種測量系統，無需任何硬體和軟體的調整。k.可編程狀態設定功能允許用戶對其工作狀態「測量系統選擇」、「CT、PT變比」、「通訊」、「電能累加復位」 等進行更改設定。可編程控制節能功能，控制保護參數根據用戶需要，可授權無級數現場修 改任意設定，檢修調試具有模擬運行功能；在多組配電變壓器低壓相互聯絡供電的系統中， 可編程控制各組別配電變壓器自動退出空載或低負載配電變壓器，同時，自動檢測負荷變 化，判斷峰、谷用電狀態自動增加/減少投入設備運行，以減少配電變壓器空載損耗，實現 節能經濟運行。1.溫度測量功能當機櫃內溫度、主母線溫度其中任一項達到某一限定溫度(45°C、70°C )時指令驅 動風機啟動強制風冷，使溫度在均回到允許範圍時，風扇停止工作。m.自動配電管理保護功能定時限或反時限特性的三相低定值過電流保護；瞬時或定時限的三相定高定值過流保護；定時限或反時限特性的低定值無方向接地故障保護；瞬時或定時限特性的高定值無方向接地故障保護；斷路器失靈保護。η.記憶功能在電源斷電時，能夠記憶所有的設定值、電能累加值、PT變比、CT變比、波特率、本 機地址、測量參數。ο.多種接線方式適用於多種接線方式三相四線、三相四線平衡負載、三相三線、三相三線平衡負 載。p.數位化整定功能所有參數均採用數位化校準，摒棄了常規採用電位器的模擬調整方法，簡化了硬 件電路，提高了整機的可靠性和穩定性，每個測量參數都可以調整，且不會對其它參數造成影響。q.故障自動診斷功能具有故障自動診斷功能，並將結果顯示在屏幕上或通過串行口輸出。r.抗電磁幹擾功能完善的電磁兼容性設計，具有極強的抗電磁幹擾能力，適合在強電磁幹擾的複雜 環境中使用。s.密碼保護功能為了保證參數不被任意改動，本機還設置了密碼功能，打開密碼才能進入參數設 置狀態。[0117]t.安裝方便系統現場安裝、布線的複雜程度大大降低。外型採用嵌入式結構更加適合屏壁安裝。本實用新型的技術參數a.基本參數電源電壓AC 220V+/_20% 50HZ+/"5% ；功耗彡15W。b.控制參數靈敏度100MA ；投入門限係數0. 5 1. 2、步長0. 1、出廠預置1. 00 ；切除門限係數內定；過壓保護測量電壓的100% 150%、步長1%、出廠預置130% ；欠壓保護測量電壓的50% 100%、步長1%、出廠預置80% ；諧波電壓超限5. 0% 30. 0%、步長0. 5%、出廠預置20% ；輸出接點16路，每路DC12V、60MA ；c.測量精度有功電壓+/-0. 2% ；有功電流+/-0. 2% ；功率因數+/-0.2%;無功功率+/-2. 0% ；有功功率+/-0. 2% ；無功電度+/_2% ； 有功電度+/-0. 2%。d.通訊物理接口 RS232、RS485，英特網絡接口。通訊規約IEC870-5-101、CDT、MODBUS等。e.其它本終端設備的整機性能符合DL/T 721-2000 ；抗幹擾性能符合GB/T 15153. 1-1998 ；重量不大於2KG。
權利要求智能型電能質量監控終端設備，其特徵在於包括採樣模塊、設置模塊、數據存儲運算模塊、通訊模塊、外部管控中心，採樣模塊的輸出端與設置模塊的第一輸入端相連接，設置模塊的輸出端與數據存儲運算模塊的輸入端相連接，數據存儲運算模塊的第一輸出端與通訊模塊的第一輸入端相連接，數據存儲運算模塊的第二輸出端與通訊模塊的第三輸入端相連接，通訊模塊的第一輸出端連接到外部管控中心的輸入端，外部管控中心的輸出端連接到通訊模塊的第二輸入端，通訊模塊的第二輸出端連接到設置模塊的第二輸入端。
2.根據權利要求1所述的智能型電能質量監控終端設備，其特徵在於所述數據存儲 運算模塊包括數據存儲模塊、數據運算處理模塊，數據存儲模塊的輸入端與設置模塊的輸 出端相連接，數據存儲模塊的輸出端與數據運算處理模塊的輸入端相連接，數據存儲模塊 的第二輸出端與通訊模塊的第三輸入端相連接，數據運算處理模塊的輸出端與通訊模塊第 一輸入端相連接。
3.根據權利要求1所述的智能型電能質量監控終端設備，其特徵在於還包括一顯示 模塊，顯示模塊的輸入端連接採樣模塊的輸出端，顯示模塊的輸出端連接到設置模塊的第 一輸入端。
4.根據權利要求1所述的智能型電能質量監控終端設備，其特徵在於所述通訊模塊 採用網絡通訊模塊。
5.根據權利要求1所述的智能型電能質量監控終端設備，其特徵在於所述通訊模塊 採用高頻通訊模塊。
6.根據權利要求1所述的智能型電能質量監控終端設備，其特徵在於所述通訊模塊 採用3G通訊模塊。
專利摘要本實用新型涉及電能的檢測設備，具體涉及一種智能型電能質量監控終端設備，包括採樣模塊、設置模塊、數據存儲運算模塊、通訊模塊、外部管控中心，採樣模塊對電網的數據進行採集，數據存儲模塊對採集到的電網數據進行存儲，存儲後的數據可直接傳送給通訊模塊進行通訊或經過數據運算處理模塊的處理再傳送給通訊模塊進行通訊，設置模塊根據通訊模塊發出的通訊數據來設定採集、存儲運算的參數，外部管控中心根據通訊模塊發出的通訊數據進行管理、控制各級改善電能質量的硬體設備。本實用新型可以監測輸電線路，配電變壓器、配電線路電能參數，併集無功功率的連續、快速、同步補償、有源濾波、平衡三相負載、消除電壓閃變和電壓波動等多種功能於一體，有效地提高供電電壓質量、提高配電網絡的安全穩定及經濟運行水平。
文檔編號H02J13/00GK201682326SQ20102013432
公開日2010年12月22日 申請日期2010年3月10日 優先權日2010年3月10日
發明者薛光亞 申請人:常州託特電子有限公司