CN103368267B - 一种低压配电综合管理系统 - Google Patents

Abstract

一种低压配电综合管理系统，包括内部总线模块、电源支持组件和功能组件模块，内部总线模块包括电源线和数据总线，电源线与电源支持组件连接，功能组件模块包括若干独立的功能组件，每个独立的功能组件都设置有二级电源、通讯接口、微控制器以及若干功能模块；二级电源与电源线电连接，微控制器分别与通讯接口以及若干功能模块连接，通讯接口还与数据总线连接，本低压配电综合管理控制平台除了能够通过数据总线与后台服务器进行通信外，更重要的是每一个功能组件自身都具有一定的智能控制能力，使得每一个功能组件均相对独立，组件内部任务简单，从而提高了整个系统的可靠性，且功能组件完全可以在离线情况下独立完成各自任务。

Description

一种低压配电综合管理系统

技术领域

本发明涉及电力系统的输配电过程和设备的监控领域，是一种适用于50Hz交流0.4kV低压配电系统的综合检测及控制的智能综合管理平台，也可用于10kV以上的供电系统及发电厂、变电站的综合监测。

背景技术

目前，城市和农村公用配电网络规模不断扩大，同时随着智能电网建设的快速推进，分布于各级电力输配电环节的管理和控制设备呈现出种类多，数量大的特点，而且在城市输配电与工厂企业配电方面存在需求的差异，个性化的需求进一步导致系统的种类纷繁复杂，不同设备间的互动可能存在障碍。

目前在工业领域内存在以PLC控制器或类PLC设备为代表的组件式总线扩展设备，但该类设备主要面向工厂企业的工业自动化生产过程，主要针对工业过程中常见输入输出信号，比如4～20mA电流信号，0～5v电压信号和开关量信号等，并不针对电力输配电领域，不能满足输配电过程的行业需求。

电力行业现存的DTU（(Data Transfer unit，全称数据传输单元），FTU（Feeder Terminal Unit，馈线终端装置）及类似设备，主要是作为后方总站的“四遥”前端存在，虽然存在类似的总线结构，但各功能组件本身并不具备智能控制功能，不能独立的完成控制，对远程后台具有较高的依赖性。

另外，目前输配电行业中存在大量各式各样的测量和控制仪表，往往在同一应用场合需要用到多种仪表，而这其中可能有一部分仪表存在功能上的重叠。而另一些功能全面的仪表或控制器，由于追求功能全面使得单一的微控制器任务复杂而影响设备可靠性。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种将多种智能控制功能有机融合为一体，在低压输配电领域取代现存的多种数显仪表，系统复杂程度低，设备智能性和可靠性高的低压配电综合管理系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种低压配电综合管理系统，其特征在于，包括内部总线模块、电源支持组件和功能组件模块，所述内部总线模块包括电源线和数据总线，所述电源线与所述电源支持组件连接，所述功能组件模块包括若干独立的功能组件，每个独立的功能组件都设置有二级电源、通讯接口、微控制器以及若干功能模块；所述二级电源与所述电源线电连接，用于给所述独立的功能组件其他组件供电；所述微控制器分别与所述通讯接口以及若干功能模块连接，所述通讯接口还与所述数据总线连接。

所述功能组件模块包括基本电参数测量组件、无功补偿控制组件、动力环境控制组件、数据存储和通信组件以及人机交互组件。

所述基本电参数测量组件包括第一微控制器、AD采样电路和信号调理电路以及耳机电源和第一通讯接口，所述信号调理电路用于接收交流电压和电流信号，所述信号调理电路的输出端与所述AD采样电路的输入端连接，所述AD采样电路的输出端与所述第一微控制器的信号输入端连接，所述第一微控制器还通过第一通讯接口与所述数据总线通信。

所述无功补偿控制组件包括第二微控制器和第二通讯接口，所述二微控制器通过第二通讯接口与所述数据总线连接，所述第二微控制器还设置有用于向外发布电容投切指令的串行接口或并行接口。

所述动力环境控制组件包括第三微控制器、第三通讯接口、温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器以及浸水传感器，所述温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和浸水传感器的信号输出端分别连接有第三微控制器的传感器信号输入端组，所述第三微控制器还设置有用于输出控制通风、制冷、排烟、排水和报警信号的输出端口，所述第三微控制器还通过第三通讯接口与所述数据总线连接。

所述数据存储和通信组件包括第四微控制器、第四通讯接口、外部数据接口、RAM存储器和远程服务通信模块，所述第四微控制器通过第四通讯接口与所述数据总线连接，所述第四微控制器还通过外部数据接口与用于远程通信的远程服务通信模块连接，所述第四微控制器还连接用于存储数据的RAM存储器。

所述人机交互组件包括第五微控制器、第五通讯接口、键盘和显示器，所述第五微控制器通过第五通讯接口与所述数据总线连接，所述第五微控制器分别与所述键盘和显示器连接。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

根据需求进行选择组合功能组件模块的组成组件，将选择的组件插入低压配电综合管理控制平台，通过软线或底板插槽的方式，实现内部高速数据总线互联，建立电源支持和数据共享的通道，再根据不同组件的工作条件要求，连接各组件的输入输出信号端子，设备上电后即可自行启动，按照内部控制程序开展工作。

本发明的低压配电综合管理控制平台，基于“数据共享，独立控制”的设计，除了能够通过数据总线与后台服务器进行通信外，更重要的特征是每一个功能组件自身都具有一定的智能控制能力，使得每一个功能组件均相对独立，组件内部任务简单，从而提高了整个系统的可靠性，且功能组件完全可以在离线情况下独立完成各自任务。

附图说明  

图1为本发明的原理示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

一种低压配电综合管理系统，包括内部总线模块、电源支持组件和功能组件模块，内部总线模块包括电源线和数据总线，其中电源线包括+12v电源和地线，

所述电源线与所述电源支持组件连接，所述功能组件模块包括若干独立的功能组件，每个独立的功能组件都设置有二级电源、通讯接口、微控制器以及若干功能模块；所述二级电源与所述电源线电连接，用于给所述独立的功能组件其他组件供电；所述微控制器分别与所述通讯接口以及若干功能模块连接，所述通讯接口还与所述数据总线连接。

根据需求进行选择组合功能组件模块的组成组件，将选择的组件插入低压配电综合管理控制平台，通过软线或底板插槽的方式，实现内部高速数据总线互联，建立电源支持和数据共享的通道，再根据不同组件的工作条件要求，连接各组件的输入输出信号端子，设备上电后即可自行启动，按照内部控制程序开展工作。

本发明的低压配电综合管理控制平台，基于“数据共享，独立控制”的设计，除了能够通过数据总线与后台服务器进行通信外，更重要的特征是每一个功能组件自身都具有一定的智能控制能力，使得每一个功能组件均相对独立，组件内部任务简单，从而提高了整个系统的可靠性，且功能组件完全可以在离线情况下独立完成各自任务。

功能组件模块包括基本电参数测量组件、无功补偿控制组件、动力环境控制组件、数据存储和通信组件以及人机交互组件。

其中基本电参数测量组件包括第一微控制器、AD采样电路和信号调理电路以及耳机电源和第一通讯接口，所述信号调理电路用于接收交流电压和电流信号，所述信号调理电路的输出端与所述AD采样电路的输入端连接，所述AD采样电路的输出端与所述第一微控制器的信号输入端连接，所述第一微控制器还通过第一通讯接口与所述数据总线通信。

该基本电参数测量组件以嵌入式微处理器（第一微控制器）为核心，采用AD采样方式对经过调理电路的交流电压和电流信号进行采样，并采用均方根（RMS）算法进行真有效值计算。同时通过对采样值的分析获取电流和电压相位差，由此计算该回路功率因数角，功率及电能数值，并按照设定的时间间隔将测量结果发布到数据总线。

无功补偿控制组件包括第二微控制器和第二通讯接口，所述二微控制器通过第二通讯接口与所述数据总线连接，所述第二微控制器还设置有用于向外发布电容投切指令的串行接口或并行接口。

该无功补偿控制组件以嵌入式微控制器（第二微控制器）为核心，通过接收来自内部数据总线的电压、电流和功率等参数，并根据设定的目标功率因数，谐波保护和电压保护等参数，按照“无功需量”（无功需量就是负荷出现的无功功率最大值）进行计算决策，之后以并行或串行数据接口发布电容投切指令，在实现无功功率补偿的同时，利用在相间不平衡配置的电容，对相间的不平衡有功进行转移和调节。

动力环境控制组件包括第三微控制器、第三通讯接口、温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器以及浸水传感器，所述温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和浸水传感器的信号输出端分别连接有第三微控制器的传感器信号输入端组，所述第三微控制器还设置有用于输出控制通风、制冷、排烟、排水和报警信号的输出端口，所述第三微控制器还通过第三通讯接口与所述数据总线连接。

动力环境控制组件以嵌入式微控制器（第三微控制器）为核心，通过多种传感器采集配电房内，箱式变压器和其他配电设施内的温度、湿度、烟感和侵水状态信息。利用获取的数据分析当前设施内凝露发生概率，设备工作环境情况等信息，之后根据既定的控制策略，分别采取通风、制冷、排烟排水和报警等多种方式进行处理。同时，该动力环境控制组件还将温湿度数据等发送到数据总线，供无功补偿控制组件参与决策，以达到保护电容器的目的。另外还可由数据存储和通信组件接收有关信息，将动力环境的信息传递到远程服务器端。

数据存储和通信组件包括第四微控制器、第四通讯接口、外部数据接口、RAM存储器和远程服务通信模块，所述第四微控制器通过第四通讯接口与所述数据总线连接，所述第四微控制器还通过外部数据接口与用于远程通信的远程服务通信模块连接，所述第四微控制器还连接用于存储数据的RAM存储器。

该数据存储和通信组件以嵌入式微控制器为核心，扩展包括RS232，RS485和以太网在内的外部数据接口，同时配合大容量的RAM存储器，接收所有发布于数据总线的信息，并为每一个组件的数据建立对应的数据备份，随时供远程服务器提取和查询，当发生设备变位或异动的时，主动上报远程服务器，实现报警管理功能。

人机交互组件包括第五微控制器、第五通讯接口、键盘和显示器，所述第五微控制器通过第五通讯接口与所述数据总线连接，所述第五微控制器分别与所述键盘和显示器连接。

该人机交互组件以嵌入式微控制器为核心，包括LCD，LED数码管等多种显示方式，使用轻触按键或触摸屏方式输入。内部扩展大容量RAM空间，为每一个组件建立对应的采样和设置数据副本。在用户设置完成后，及时将设置更新发布到内部数据总线，由相关的组件自行接收并发回确认应答。同时，接收来自各组件的采样和状态数据，并可以采用文字，图形等多种方式表达。

功能组件模块包括的功能组件数量和种类无限制，其是由用户或工程实施人员根据具体的需求进行选择各种不同的功能组件，将各种功能组件插入低压配电综合管理控制平台，通过软线或底板插槽的方式，实现与内部的数据总线互联，建立电源支持和数据共享的通道。再根据不同组件的工作条件要求，连接各组件的输入输出信号端子。设备上电后即可自行启动，按照内部控制程序开展工作。如图1所示。

对于同一低压配电综合管理控制平台内部，若包含多块同一类型功能组件，则需要通过拨码开关或类似装置，手动对该类型的组件分别设置不同地址，以确保同一类型，不同组件设备的的同一数据得以区分。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种低压配电综合管理系统，其特征在于，包括内部总线模块、电源支持组件、功能组件模块和低压配电综合管理控制平台，所述内部总线模块包括电源线和数据总线，所述电源线与所述电源支持组件连接，所述功能组件模块包括若干独立的功能组件，每个独立的功能组件都设置有二级电源、通讯接口、微控制器以及若干功能模块；所述二级电源与所述电源线电连接，用于给所述独立的功能组件供电；所述微控制器分别与所述通讯接口以及若干功能模块连接，所述通讯接口还与所述数据总线连接；所述功能组件模块的若干功能组件可选择性地插入所述低压配电综合管理控制平台，并通过软线或底板插槽的方式实现内部高速数据总线互联；所述功能组件模块包括基本电参数测量组件、无功补偿控制组件、动力环境控制组件、数据存储和通信组件以及人机交互组件，所述基本电参数测量组件包括第一微控制器、AD采样电路和信号调理电路以及二级电源和第一通讯接口，所述信号调理电路用于接收交流电压和电流信号，所述信号调理电路的输出端与所述AD采样电路的输入端连接，所述AD采样电路的输出端与所述第一微控制器的信号输入端连接，所述第一微控制器还通过第一通讯接口与所述数据总线通信。

2.根据权利要求1所述的低压配电综合管理系统，其特征在于，所述无功补偿控制组件包括第二微控制器和第二通讯接口，所述第二微控制器通过第二通讯接口与所述数据总线连接，所述第二微控制器还设置有用于向外发布电容投切指令的串行接口或并行接口。

3.根据权利要求1所述的低压配电综合管理系统，其特征在于，所述动力环境控制组件包括第三微控制器、第三通讯接口、温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器以及浸水传感器，所述温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和浸水传感器的信号输出端分别连接有第三微控制器的传感器信号输入端组，所述第三微控制器还设置有用于输出控制通风、制冷、排烟、排水和报警信号的输出端口，所述第三微控制器还通过第三通讯接口与所述数据总线连接。

4.根据权利要求1所述的低压配电综合管理系统，其特征在于，所述数据存储和通信组件包括第四微控制器、第四通讯接口、外部数据接口、RAM存储器和远程服务通信模块，所述第四微控制器通过第四通讯接口与所述数据总线连接，所述第四微控制器还通过外部数据接口与用于远程通信的远程服务通信模块连接，所述第四微控制器还连接用于存储数据的RAM存储器。

5.根据权利要求1所述的低压配电综合管理系统，其特征在于，所述人机交互组件包括第五微控制器、第五通讯接口、键盘和显示器，所述第五微控制器通过第五通讯接口与所述数据总线连接，所述第五微控制器分别与所述键盘和显示器连接。