一種用於低壓配電網的智能測控裝置的製作方法
2023-12-04 14:09:41
專利名稱：一種用於低壓配電網的智能測控裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於電力自動化技術領域，涉及一種配電網絡控制系統，尤其涉及一種用於低壓配電網的智能測控裝置。
背景技術：
隨著輸變電網絡自動化的日趨完善，配電自動化成為電力部門工作的重點。冰箱、 空調、電腦、電動車等大量的非線性和衝擊性負荷廣泛應用，對電網的安全、可靠、穩定運行帶來了一定的負面影響。這些電力電子設備、非線性負荷等元件的廣泛應用以及新出現的分布式電源，導致一些因分布式電源自身特殊性而引發的電能質量問題日益突出，再加上農村電力用戶對供電可靠性和供電質量提出了更高、更新的要求，對電能質量進行有效監 測和分析尤為重要。與現代化的自動高壓配電所相比，有些低壓配電網絡仍然採用人工管理，尤其在農村這種供電、配電管理方式造成供、用電之間的矛盾逐漸顯示出來。主要問題有幾方面I)線路複雜導致經常跳閘，電工維護強度大，工作效率低；2)當線路出現故障時，無法跟蹤定位，查找故障難度大，耗時長；3)人為因素較多，管理措施不完善，容易出現安全隱患；4)採用人工上門抄表，既浪費人力又容易出錯。難以與現代化的自動配電網絡兼容。加上配電網本身存在的問題如1)三相電壓不平衡檢測；2)頻率偏差、負載率、電壓合格率、諧波含有率、諧波總畸變率檢測；3)無功功率檢測和動態補償問題；4)配變臺區剩餘電流值和剩餘電流動作保護運行工況；5)配變臺區出線線路保護問題；6)防竊電、防盜、信息安全；7)智能電能表數據採集、工況檢測、供電電能質量檢測、智能電能表異常運行狀況分析、判斷、告警、傳輸；8)配網中四遙問題等。針對這些不利影響，需要一種智能化程度更高的設備或裝置進行實時監測，了解配網運行狀態，根據實際情況實時解決上述問題。
實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種用於低壓配電網的智能測控裝置，通過對低壓配電網進行智能控制並將配電網的運行情況傳輸到上位機，實現低壓配電網的智能化控制。為達此目的，本實用新型採用以下技術方案一種用於低壓配電網的智能測控裝置，所述智能測控裝置包括供電單元、信號採集單元、遠程測控單元、數據分析處理單元、人機互動單元和通訊管理單元，其中，數據分析處理單元分別與信號採集單元、遠程測控單元、人機互動單元和通訊管理單元連接，所述供電單元用於為整個控制裝置提供電源；所述信號採集單元用於對配電網的模擬量信號進行採樣並發送到數據分析處理單元進行處理；所述遠程測控單元用於將從遠端採集的配電網的開關量信號發送到數據分析處理單元進行處理並對從數據分析處理單元發送來的控制指令進行響應；所述數據分析處理單元用於對從相關聯單元(信號採集單元和遠程測控單元)發送來的信號進行處理並將處理結果發送到與通訊管理單元連接的上位機及配電網；所述人機互動單元用於顯示從數據分析處理單元發送來的配電網的參數信息並對配電網的參數信息進行設置；所述通訊管理單元用於實現數據分析處理單元與上位機及配電網的數據傳輸。所述信號採集單元包括電壓互感器和電流互感器，所述電壓互感器和電流互感器分別用於對配電網線路的電壓信號和電流信號進行採集，所述電壓、電流信號經數據分析處理單元處理後作為裝置的保護判據。所述人機互動單元包括顯示模塊和設置模塊，所述顯示模塊用於顯示從數據分析處理單元發送來的配電網的參數信息及經設置模塊設置後的配電網參數信息，所述設置模塊用於對配電網的參數信息進行設置。所述數據分析處理單元與通訊管理單元通過CAN總線進行連接。 所述通訊管理單元包括兩個串行口，其中一個串行口與上位機進行通訊，另外一個串行口通過串口擴展晶片擴展成至少兩個串行口與配電網設備進行通訊。所述通訊管理單元包括兩個RS-232串行口，其中一個RS-232串行口通過GPRS無線傳輸模塊與上位機進行雙向通訊；另一個RS-232串行口通過串口擴展晶片擴展成4個RS-485串行口分別與剩餘電流動作保護器、無功補償控制器、三相智能電能表以及集中器等進彳丁雙向通訊。所述通訊管理單元包括USB接口和光纖接口。所述控制裝置還包括存儲單元，所述存儲單元用於存儲數據處理單元接收的從與其相關聯單元發送來的設置後的配電網參數信息。所述存儲單元包括非易失性存儲器。所述供電單元採用三相交流供電，三相電源互為備份。採用本實用新型的技術方案，對低壓配電網的參數進行檢測，通過數據分析處理單元進行處理分析，了解配網的實時運行狀態並將處理結果上傳給上位機，實現低壓配電網的智能化控制。本實用新型的技術方案提高了勞動生產率，減少了配電網設備的維護成本，實現了與現代化自動配電網絡兼容，提高了低壓配電網的供電質量及穩定性。
圖I為本實用新型具體實施例的低壓配電網智能測控裝置的結構框圖；圖2為本實用新型具體實施例的通訊管理單元經串口擴展晶片擴展後的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖並通過具體實施方式
來進一步說明本實用新型的技術方案。圖I為本實用新型具體實施例的低壓配電網智能測控裝置的結構框圖。如圖I所示，所述智能測控裝置包括供電單元101、數據分析處理單元102、信號採集單元103、遠程測控單元104、人機互動單元105、存儲單元106和通訊管理單元109，其中，所述數據分析處理單元102分別與信號採集單元103、遠程測控單元104、人機互動單元105、存儲單元106和通訊管理單元109連接。[0027]所述供電單元101為整個智能測控裝置提供電源，所述供電單元採用三相交流電供電，通過電壓變換得到不同幅值的直流電壓為整個控制裝置供電(如12V、5V、3. 3V等)。所述供電單元101具有失電保護功能，三相交流電壓互為備份，當其中一相電壓失電時，其他兩相電壓在有電壓存在的情況下可用作備份電源。所述信號採集單元103對配電網的模擬量信號進行採樣並發送到數據分析處理單元102進行處理。所述信號採集單元103包括電壓互感器和電流互感器，配電網線路中的大電流、高電壓(380V/220V)分別經電流互感器和電壓互感器變換成小電流、低電壓，所述低電壓、小電流信號經數據分析處理單元102處理後作為裝置的保護判據。所述遠程測控單元104將從遠端採樣得到的配電網的開關量信號發送到數據分析處理單元102進行處理並對從數據分析處理單元102發送來的控制指令進行響應。所述遠程測控單元104採集的開關量信號主要包括斷路器輔助接點分合信號、配電變壓器綜合配電櫃(JP櫃)櫃門分合信息等，並將所述信息發送給數據分析處理單元，數據分析處理單元作相應處理後通過SCI (Serial Communication Interface,串行通信接口)，發送給人 機交互單元進行顯示；所述遠程測控單元104接收數據分析處理單元保護動作出口跳閘命令，以及根據數據分析處理單元發出的控制指令進行斷路器的就地和遠方傳動試驗。所述開關量信號由各種輔助接點通過「開/合」轉換提供，只有兩種狀態，以區別於通過網絡通信接口傳輸的信號。開關量的信號源一般在距離數據信號處理單元較遠的地方，為了減少電信號在傳輸過程中的損失，通常採用強電系統進行傳輸。所述數據分析處理單元102用於對從相關聯單元(信號採集單元和遠程測控單元)發送來的信號進行處理並將處理結果發送到與通訊管理單元109連接的上位機及配電網。數據分析處理單元102根據信號採集單元103的電壓、電流互感器在配變與開關之間實時採集電壓、電流等參數，作為保護判據，實現對變壓器低壓側總線路的過流、過負荷、過壓及欠壓等保護。當配電網線路有故障發生時，相應保護動作信息(動作類型、動作時間等)一方面通過SCI通訊發送到人機互動單元顯示並存儲到存儲單元106 ;另一方面通過CAN總線發送給通訊管理單元109，通訊管理單元109通過GPRS無線數據傳輸模塊無線上傳給上位機；數據分析處理單元102還用於接收人機互動單元設置和上位機遠程設置的總線路保護定值、無功補償控制器參數和剩餘電流動作保護器參數，並將設置後的定值和參數保存到非易失性存儲器中(如鐵電存儲器等)，做到掉電不丟失。所述人機互動單元105用於顯示從數據分析處理單元102發送來的配電網的參數信息並對配電網的參數信息進行設置。所述人機互動單元105包括顯示模塊和設置模塊，所述顯示模塊用於顯示從數據分析處理單元發送來的配電網的參數信息及經設置模塊設置後的配電網參數信息，所述設置模塊用於對配電網的參數信息進行設置。具體的，人機互動單元105 —方面從數據分析處理單元索要線路首、末端參數(電壓、電流、功率因數、有功功率、無功功率等)及無功補償控制器參數進行實時顯示；一方面接受數據分析處理單元102發送的保護動作信息、斷路器、配電變壓器綜合配電櫃(JP櫃)櫃門開合、剩餘電流動作保護器狀態、電容器投切狀態等信息並進行實時顯示；所述人機互動單元還接收設置模塊通過按鍵實時輸入來修改保護定值、剩餘電流動作保護器定值、電容器投切定值等信息，並實時顯示設置後的信息並且發送給數據分析處理單元、剩餘電流動作保護器、無功補償控制單元等。[0032]圖2為本實用新型具體實施例的通訊管理單元經串口擴展晶片擴展後的結構示意圖。如圖2所示，本實施例以三條配電線路為例進行說明。其中，供電單元101為整個裝置供電；數據分析處理單元包括第一數據分析處理單元1021和第二數據分析處理單元1022，所述第一數據分析處理單元1021用於對從相關聯單元發送來的總線路配電網參數信息進行處理，所述第二數據分析處理單元1022用於對各配電支路參數信息進行處理；信號採集單元包括第一信號採集單元1031和第二信號採集單元1032，所述第一信號採集單元1031用於對總線路配電網的電壓、電流信號進行採樣並將採樣後的信號發送到第一數據分析處理單元，所述第二信號採集單元1032用於對各配電支路的電壓、電流信號進行採樣並將採樣後的信號發送到第二數據分析處理單元；遠程測控單元104用於對遠端斷路器分合記錄狀態、JP櫃門開合記錄及狀態、電容器投切狀態、剩餘電流動作保護器狀態等採樣及遠程控制斷路器就地和遠程分合閘等響應動作。所述通訊管理單元109用於實現第一數據分析處理單元1021和第二數據分析處理單元1022與上位機及配電網的數據傳輸。所述通訊管理單元包括兩個串行口，其中一個串行口與上位機進行通訊，另外一個串行口通過串口擴展晶片擴展成至少兩個串行口與配電網設備進行通訊。本實施例中，所述通訊管理單元109包括兩個RS-232串行口，其中一個RS-232串行口與GPRS無線數據傳輸模塊111進行雙向通訊，所述GPRS無線數據傳輸模塊111通過無線傳輸方式與上位機進行雙向通訊，當然，所述通訊管理單元還可以經RS-232串行口通過高壓載波模塊與上位機進行有線雙向通訊；另一個RS-232串行口通過串口擴展晶片擴展成4個RS-485串行口分別與剩餘電流動作保護器(112、113、114)、無功補償控制器115、三相總表116、集中器117等進行雙向通訊。通訊管理單元109自帶的RS-232串行口與GRPS無線數據傳輸模或高壓載波模塊進行雙向通訊，接受上位機或向上位機發送相關信息。所述信息包括上位機遠程修改的線路保護定值、線路首、末端無功補償控制器115定值、剩餘電流動作保護器(112、113、114)定值、三相總表116參數、集中器117以及各個用戶電能表定值等信息；上位機下發的遠程分合斷路器等命令；向上位機上傳線路首末端電壓、電流等參數、配電變壓器綜合配電櫃(JP櫃)櫃門和斷路器分合等信息、剩餘電流動作保護器狀態等信息、線路首末端電容器投切等信息、各個用戶電能表用電等信息。通過串口擴展晶片將另一個RS-232串行口擴展成4個RS-485串行口，其中，第一個RS-485串行口與剩餘電流動作保護器(112、113、114)進行雙向通訊一方面接收剩餘電流動作保護器(112、113、114)的狀態信息；另一方面對剩餘電流動作保護器(112、113、114)進行參數設置。第二個RS-485串行口與無功補償控制器115進行雙向通訊信一方面定時/不定時索要無功補償控制採集的線路首、末端參數(電壓、電流、功率因數、有功功率、無功功率等)；另一方面接收上位機遠程設置的無功補償控制器115保護的相關參數。第三個RS-485與三相總表116進行通訊一方面接收三相總表信息，另一方面接收上位機遠程設置的三相總表的相關參數。第四個RS-485與集中器117進行通訊一方面接收集中器採集的各個用戶電能表信息，另一方面通過集中器設置各個用戶電能表參數。所述通訊管理單元包括USB接口和光纖接口，所述USB接口和光纖接口作為備用接口用於通訊管理單元與上位機、配電網及其他單元進行通訊。所述數據分析處理單元(第一數據分析處理單元1021和第二數據分析處理單元1022)與通訊管理單元109通過CAN總線進行連接。CAN屬於現場總線的範疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡。一方面通訊管理單元通過CAN總線接口給數據分析處理單元下發從上位機發送來的保護定值和遙控分合閘命令；一方面數據分析處理單元通過CAN總線接口給通訊管理單元發送實時修改的保護定值，並由通訊管理單元的串行口通過GPRS/載波上傳給上位機；此外，數據分析處理單元通過CAN總線接口給通訊管理單元發送保護動作信息、斷路器和配電變壓器綜合配電櫃(JP櫃)櫃分合等信息等。所述存儲單元106用於存儲數據處理單元接收的從與其相關聯單元(上位機、人機互動單元等)發送來的設置後的配電網參數信息。所述存儲單元106採用非易失性的存儲器(如鐵電存儲器等)。存儲單元與數據分析處理單元通過SPI (Serial PeripheralInterface，串行外設接口)總線系統進行數據傳輸。SPI總線系統是一種同步串行外設接口，它可以使MCU與各種外圍設備以串行方式進行通信以交換信息。·[0043]採用本實用新型的技術方案，通過對低壓配電網的參數進行檢測，通過數據分析處理單元進行處理分析，了解配網的實時運行狀態並將處理結果上傳給上位機，實現低壓配電網的智能化控制。本實用新型的技術方案提高了勞動生產率，減少了配電網設備的維護成本，實現了與現代化自動配電網絡兼容，提高了低壓配電網的供電質量及穩定性。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉該技術的人在本實用新型所揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求1.一種用於低壓配電網的智能測控裝置，其特徵在於，所述智能測控裝置包括供電單元、信號採集單元、遠程測控單元、數據分析處理單元、人機互動單元和通訊管理單元，其中，數據分析處理單元分別與信號採集單元、遠程測控單元、人機互動單元和通訊管理單元連接， 所述供電單元用於為整個控制裝置提供電源； 所述信號採集單元用於對配電網的模擬量信號進行採樣並發送到數據分析處理單元進行處理； 所述遠程測控單元用於將從遠端採集的配電網的開關量信號發送到數據分析處理單元進行處理並對從數據分析處理單元發送來的控制指令進行響應； 所述數據分析處理單元用於對從信號採集單元和遠程測控單元發送來的信號進行處理並將處理結果發送到與通訊管理單元連接的上位機及配電網； 所述人機互動單元用於顯示從數據分析處理單元發送來的配電網的參數信息並對配電網的參數信息進行設置； 所述通訊管理單元用於實現數據分析處理單元與上位機及配電網的數據傳輸。
2.根據權利要求I所述的用於低壓配電網的智能測控裝置，其特徵在於，所述信號採集單元包括電壓互感器和電流互感器，所述電壓互感器和電流互感器分別用於對配電網線路的電壓信號和電流信號進行採集，所述電壓、電流信號經數據分析處理單元處理後作為裝置的保護判據。
3.根據權利要求I所述的用於低壓配電網的智能測控裝置，其特徵在於，所述人機互動單元包括顯示模塊和設置模塊，所述顯示模塊用於顯示從數據分析處理單元發送來的配電網的參數信息及經設置模塊設置後的配電網參數信息，所述設置模塊用於對配電網的參數信息進行設置。
4.根據權利要求I所述的用於低壓配電網的智能測控裝置，其特徵在於，所述數據分析處理單元與通訊管理單元通過CAN總線進行連接。
5.根據權利要求I所述的用於低壓配電網的智能測控裝置，其特徵在於，所述通訊管理單元包括兩個串行口，其中一個串行口與上位機進行通訊,另外一個串行口通過串口擴展晶片擴展成至少兩個串行口與配電網設備進行通訊。
6.根據權利要求5所述的用於低壓配電網的智能測控裝置，其特徵在於，所述通訊管理單元包括兩個RS-232串行口，其中一個RS-232串行口通過GPRS無線傳輸模塊與上位機進行雙向通訊；另一個RS-232串行口通過串口擴展晶片擴展成4個RS-485串行口分別與剩餘電流動作保護器、無功補償控制器、三相智能電能表以及集中器進行雙向通訊。
7.根據權利要求I或5所述的用於低壓配電網的智能測控裝置，其特徵在於，所述通訊管理單元包括USB接口和光纖接口。
8.根據權利要求I所述的用於低壓配電網的智能測控裝置，其特徵在於，所述控制裝置還包括存儲單元，所述存儲單元用於存儲數據處理單元接收的從與其相關聯單元發送來的設置後的配電網參數信息。
9.根據權利要求8所述的用於低壓配電網的智能測控裝置，其特徵在於，所述存儲單元包括非易失性存儲器。
10.根據權利要求I所述的用於低壓配電網的智能測控裝置，其特徵在於，所述供電單元採用三相交流供電，三相電源互為備份。
專利摘要本實用新型公開了一種用於低壓配電網的智能測控裝置，所述智能測控裝置包括供電單元、信號採集單元、遠程測控單元、數據分析處理單元、人機互動單元和通訊管理單元，其中，數據分析處理單元分別與信號採集單元、遠程測控單元、人機互動單元和通訊管理單元連接。所述裝置對低壓配電網的參數進行檢測，通過數據分析處理單元進行處理分析，了解配網的實時運行狀態並將處理結果上傳給上位機，實現低壓配電網的智能化控制。本實用新型的技術方案提高了勞動生產率，減少了配電網設備的維護成本，實現了與現代化自動配電網絡兼容，提高了低壓配電網的供電質量及穩定性。
文檔編號H02J13/00GK202737576SQ20122027501
公開日2013年2月13日 申請日期2012年6月11日 優先權日2012年6月11日
發明者劉景峰, 陳金輝, 支樹龍 申請人:冀北電力有限公司