CN101777799A - 智能型电能质量监控终端设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电能的检测设备，具体涉及一种智能型电能质量监控终端设备，包括采样模块、设置模块、数据存储运算模块、通讯模块、外部管控中心，采样模块对电网的数据进行采集，数据存储模块对采集到的电网数据进行存储，存储后的数据可直接传送给通讯模块进行通讯或经过数据运算处理模块的处理再传送给通讯模块进行通讯，设置模块根据通讯模块发出的通讯数据来设定采集、存储运算的参数，外部管控中心根据通讯模块发出的通讯数据进行管理、控制各级改善电能质量的硬件设备。本发明可以监测输电线路，配电变压器、配电线路电能参数，并集无功功率的连续、快速、同步补偿、有源滤波、平衡三相负载、消除电压闪变和电压波动等多种功能于一体，有效地提高供电电压质量、提高配电网络的安全稳定及经济运行水平。

Description

智能型电能质量监控终端设备

技术领域

本发明涉及电能的检测设备，具体涉及一种智能型电能质量监控终端设备。

背景技术

电网在正常运行时，工作人员需要不断地对电网的监测来得知电网运行的具体情况，当电网运行出现问题时，还需要工作人员亲自到电网现场对电网各个部分进行检测排查，这样工作人员的劳动强度很大，并且工作效率不高；电网在运行正常、非运行正常和事故情况下，不能够对其进行实时的监测、管理，且在电能的调度方面还需要人工的操作，由于人工对电能调度的局限性，不能够合理的分配电能，造成电网运行的经济效益差，损耗电能。

目前供电局对居民小区中的各户用电量的统计方式，均采用在每户安装一个电表的方式进行统计，需要工作人员每个月人工的对电表进行抄检，这样对电表的管理不方便，同时也浪费了人力。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种对电网进行实时监控、并能够自动控制电网运行的智能型电能质量监控终端设备。

实现本发明的技术方案如下：

智能型电能质量监控终端设备，包括采样模块、设置模块、数据存储运算模块、通讯模块、外部管控中心，采样模块的输出端与设置模块的第一输入端相连接，设置模块的输出端与数据存储运算模块的输入端相连接，数据存储运算模块的第一输出端与通讯模块的第一输入端相连接，数据存储运算模块的第二输出端与通讯模块的第三输入端相连接，通讯模块的第一输出端连接到外部管控中心的输入端，通讯模块的第二输出端连接到设置模块的第二输入端，外部管控中心的输出端连接到通讯模块的第二输入端。

所述数据存储运算模块包括数据存储模块、数据运算处理模块，数据存储模块的输入端与设置模块的输出端相连接，数据存储模块的输出端与数据运算处理模块的输入端相连接，数据存储模块的第二输出端与通讯模块的第三输入端相连接，数据运算处理模块的输出端与通讯模块第一输入端相连接。

还包括一显示模块，显示模块的输入端连接采样模块的输出端，显示模块的输出端连接到设置模块的第一输入端。

采样模块具有N路采样线路，可以采集并测量N干路各种线制回路中的相电压、线电压、有功电流、无功电流、有功无功功率、有功无功视功率、电能、电流电压夹角、正向反向电能有功无功电能数据、反相功率指示、三相电流矢量和之有效值、三相电压矢量和之有效值、功率因数、电压电流相序及相序判断、各相不平衡判断及补偿、温度、频率、谐波分析等功能，具有“用电黑匣子”功能。N路采集技术主要是用于居民小区，用于替代现在的一户一表，集中管理，无需人工抄表，可和外部管控中心联网，实时管控，集约存本，方便管理。

所述数据存储模块对采集模块采集到的电网数据和数据运算处理模块运行处理的历史数据进行存储。数据运算处理模块根据采集模块采集的电网中的各种参数以及存储模块中存储的历史运行数据自动进行高速评估、作出判断，并向各级改善电能质量的硬件设备输出指令，指令它运行和关闭，以及当电网或各级改善电能质量的硬件装置出现问题时，能够及时报警。

所述设置模块对采集模块、数据存储运算模块的参数进行设定，设定的方式可采用手动设定或自动设定，选用何种方式设定根据实际情况的需要选定。

所述通讯模块采用网络通讯模块或高频通讯模块或3G通讯模块。通讯模块可采用以太网端口，具备网络通讯功能，可直接联接有线网络，进行联网通讯的网络通讯模块；也可采用无线高频或GPRS进行通讯。

所述外部管控中心采用IP地址或密码访问的方式获取数据存储模块中的存储数据，并根据需要进行管理和控制。外部管控中心的控制方式比较灵活，可以根据客户实际需要将外部管控中心的控制方式设置成保护或谐波抑制或无功补偿控制方式，还可以综合多种控制方式进行控制。

采样模块对电网的数据进行采集，数据存储模块对采集到的电网数据进行存储，存储后的数据可直接传送给通讯模块进行通讯或经过数据运算处理模块的处理再传送给通讯模块进行通讯，设置模块根据通讯模块发出的通讯数据来设定采集、存储运算的参数，外部管控中心根据通讯模块发出的通讯数据进行管理、控制各级改善电能质量的硬件设备。本发明采用交流采样技术对电网实时数据进行采集，通过运算后获得电压、电流、有功功率、频率等实时数据，并对采集到的电网数据进行测量、分析、统计，将采集到的实时数据以及运算处理的历史数据进行存储，并对检测到的电网实时运行情况进行通讯。

本终端设备具有故障报警和保护、电网谐波分析、无功动态补偿、谐波抑制的功能，其可直接连接有线网络或无线网络进行远程数据通讯监控管理，并可以直接连接电脑，进行联机操作，这样工作人员只要电脑上进行操作就可以完成工作，不需要再亲自到现场操作，节省了工作时间，提高了工作效率。

本终端设备采用高自动化控制，根据采样电网的参数控制无功补偿电容器组的自动循环投切，优先循环投切方式控制多组电容器组进行集中分组精细补偿，改变了过去一次性整组投切电容方式，使电容器工作在最佳状况，提高了补偿精度，使电容器得以最大限度的科学使用彻底，解决了无功欠补及无功倒送的问题，无功补偿范围：0.96～1.0。从而在优先保证电压合格基础上，调整无功缺量，使无功功率始终处于最佳补偿状态，提高了电能质量，节约了电力能源。同时根据采样电网的参数来控制滤波装置，确保用电质量达到规定的要求。

本终端设备旁接在电网或变压器上，不会对电网或变压器形成任何影响；其具有准确的时钟功能为系统事件的发生和各种统计量提供准确的时间坐标；本终端适用于多种接线方式：如三相四线、三相三线；本终端还具有自动降温保护功能，当终端内的温度或主母线温度达到设定的限定温度时，系统就会自动指令驱动风机启动强制风冷，使温度在回到允许范围，风扇停止工作。

本发明主要应用于电网，监测输电线路，配电变压器、配电线路电能参数，并集无功功率的连续、快速、同步补偿、有源滤波、平衡三相负载、消除电压闪变和电压波动等多种功能于一体，有效地提高供电电压质量、提高配电网络的安全稳定及经济运行水平。本终端设备还集电压表，电流表，电流表计，功率因数表，谐波表，电网参数检测仪于一体，是致力于智能化电网和配电智能化而研制的自动检测控制终端，对配电网及其用户在正常、非运行正常和事故情况下进行实时检测和自动化保护控制、管理，大大提高供电质量和运行经济性，改善服务，提高工作效率。本发明在研制过程中，以高可靠性和实用性作为研究基础，充分吸取国内外正反方面的经验，经过长期实践和改进，使其具有可靠性强、自动化程度高、使用简单的特点。

附图说明

图1为本发明的控制方框图；

附图中，1为采样模块，2为显示模块，3为设置模块，4为数据存储模块，5为数据运算处理模块，6为通讯模块，7为外部管控中心，8为数据存储运算模块。

具体实施方式

参见图1所示，智能型电能质量监控终端设备，包括采样模块1、设置模块3、数据存储运算模块8、通讯模块6、外部管控中心7；采样模块1的输出端与设置模块3的第一输入端相连接，设置模块3的输出端与数据存储运算模块8的输入端相连接，数据存储运算模块8的第一输出端与通讯模块6的第一输入端相连接，数据存储运算模块8的第二输出端与通讯模块6的第三输入端相连接，通讯模块6的第一输出端连接到外部管控中心7的输入端，通讯模块6的第二输出端连接到设置模块3的第二输入端，外部管控中心7的输出端连接到通讯模块6的第二输入端。数据存储运算模块8包括数据存储模块4、数据运算处理模块5，数据存储模块4的输入端与设置模块3的输出端相连接，数据存储模块4的输出端与数据运算处理模块5的输入端相连接，数据存储模块4的第二输出端与通讯模块6的第三输入端相连接，数据运算处理模块5的输出端与通讯模块6第一输入端相连接。还包括一显示模块2，显示模块2的输入端连接采样模块1的输出端，显示模块2的输出端连接到设置模块3的第一输入端。通讯模块6采用网络通讯模块进行通讯。

在具体的实施中，采样模块中的采样部分由精密小型互感器以及前置信号处理电路，对电网的电压、电流、频率、相位等多种实时数据进行采集；显示部分采用高品质的液晶显示模块；电源部分采用高频开关电源，使得仪器更加节能，更能适应各种不同的电源电压环境。本发明的使用条件：

大气压力：79.5KPa～106Kpa；

海拔高度：≤2500米；

环境温度：-25℃～+75℃；

相对湿度：空气湿度在20℃时≤90％，在温度较低时，允许有较高的相对湿度；

环境条件：周围介质无爆炸危险、无足以损坏绝缘及腐蚀金属的气体，无导电尘埃。

本发明的基本功能：

a.数据采集

三相电压/三相电流/三相功率因数；

有功功率/无功功率/有功电度/无功电度；

频率/谐波电压/谐波电流/谐波分析至21次；

每日电压/电流最大、最小值；

停电时刻/来电时刻/累计停电时间；

电压超上/下限时间/缺相时间；

数据存储不少于1个月。

b.数据管理

三相电压/电流/功率因数日最大值/最小值；

三相有功功率/无功功率日最大值/最小值；

谐波日最大值；

补偿电容器投切次数/投入累计时间；

电压超上/下限时间；

15分钟最大电流；

停电时刻/来电时刻。

c.数据通讯

实时监控；

三相电压/三相电流/三相功率因数；

有功功率/无功功率/有功电度/无功电度；

谐波/频率；

电容器投切状态/故障状态；

定期采集、累计数据；

三相总有功电度；

三相总无功电度；

月累计停电时间；

整点数据；

三相电压/三相电流/三相功率因数；

三相有功功率/三相无功功率；

谐波/频率。

d.参数设置

电流互感器变比/电压互感器变比；

有功电度/无功电度/时钟；

电压上限/电压下限设置；

电压谐波总畸变率超限；

定点数据存储间隔(分)；

单相电容设置/三相电容设置；

投入门限系数/切除门限系数；

投切延时/电容设置；

系统报警延时设置声光报警，显示和记录故障状态下的数据功能或无线报警；

通讯波特率/通讯串口和奇偶校验位。

e.无功补偿

取样物理量为无功功率，系统按照无功需量进行投切电容，无投切振荡，无补偿呆区。

本发明的控制功能以及功能特点：

a.监测功能

功能强大，它集合了电量变送器、数字式电度表、数显表、数据采集器、记录分析仪、RTU等仪器的部分或全部功能。测量功能包括：测量各种线制回路相电压、线电压、有功电流、无功电流、有功无功功率、有功无功视功率、电能、电流电压夹角、正向反向电能有功无功电能数据、反相功率指示、三相电流矢量和之有效值、三相电压矢量和之有效值、功率因数、电压电流相序及相序判断、各相不平衡判断及补偿、温度、频率、谐波(％)分析等功能，具有“用电黑匣子”功能。

b.保护功能

本终端设备具有上电保护、掉电保护、过压保护、欠压保护、欠流保护、过流保护等多种保护功能。当系统运行中过载、短路、过压、欠压、断相、断零、接地故障发生时，可指令驱动配电柜中断路自动脱扣，实施保护作用。当故障消失后，电压恢复正常时，可指令驱动断路器自动合闸，系统自动投入正常运行状态。

c.控制方案可以设定

控制方案形式比较灵活，可以根据客户实际需要进行保护、谐波抑制、无功补偿等设置(分补共补结合，分相补偿减小相间不平衡，共补提高供电质量)，可以综合多种控制方式，请用户在定货时具体说明情况。

d.时钟功能

本终端的系统中具有时钟功能，能为系统事件的发生和各种统计量提供准确的时间坐标。

e.开关次数统计功能

统计并显示每只开关的当月动作次数和总动作次数电压统计功能；

统计包括电压合格率、超上限时间、超下限时间、最大值、最小值等。

f.谐波测量保护功能

可测量至21次谐波，并提供针对电压总谐波畸变率的保护功能，终端设备支持投切滤波器。

g.无功补偿功能

本终端设备采用高自动化控制，优先循环投切方式控制多组电容器组进行集中分组精细补偿，改变了过去一次性整组投切电容方式，提高了补偿精度，使电容器得以最大限度的科学使用彻底，解决了无功欠补及无功倒送之问题。从而在优先保证电压合格基础上，调整无功缺量，使无功功率始终处于最佳补偿状态，提高了电能质量，节约了电力能源。

h.通讯功能

具备网络通讯功能，可直接联接有线网络线，进行联网通讯；也可采用高频通讯、3G通讯方式进行通讯。

i.自动稳零功能

具有自动校准零点，克服零点随时间和温度的漂移，实现所有参数的零点免调，提高了仪表的整体测量精度，提高了系统的整体稳定性，简化了校准流程。

j.极宽的动态输入范围

采用量程自动切换技术，提供5～220V/380V的电压输入量程，0～5A电流输入量程，能自动适用于各种测量系统，无需任何硬件和软件的调整。

k.可编程状态设定功能

允许用户对其工作状态“测量系统选择”、“CT、PT变比”、“通讯”、“电能累加复位”等进行更改设定。可编程控制节能功能，控制保护参数根据用户需要，可授权无级数现场修改任意设定，检修调试具有模拟运行功能；在多组配电变压器低压相互联络供电的系统中，可编程控制各组别配电变压器自动退出空载或低负载配电变压器，同时，自动检测负荷变化，判断峰、谷用电状态自动增加/减少投入设备运行，以减少配电变压器空载损耗，实现节能经济运行。

l.温度测量功能

当机柜内温度、主母线温度其中任一项达到某一限定温度(45℃、70℃)时指令驱动风机启动强制风冷，使温度在均回到允许范围时，风扇停止工作。

m.自动配电管理保护功能

定时限或反时限特性的三相低定值过电流保护；

瞬时或定时限的三相定高定值过流保护；

定时限或反时限特性的低定值无方向接地故障保护；

瞬时或定时限特性的高定值无方向接地故障保护；

断路器失灵保护。

n.记忆功能

在电源断电时，能够记忆所有的设定值、电能累加值、PT变比、CT变比、波特率、本机地址、测量参数。

o.多种接线方式

适用于多种接线方式：三相四线、三相四线平衡负载、三相三线、三相三线平衡负载。

p.数字化整定功能

所有参数均采用数字化校准，摒弃了常规采用电位器的模拟调整方法，简化了硬件电路，提高了整机的可靠性和稳定性，每个测量参数都可以调整，且不会对其它参数造成影响。

q.故障自动诊断功能

具有故障自动诊断功能，并将结果显示在屏幕上或通过串行口输出。

r.抗电磁干扰功能

完善的电磁兼容性设计，具有极强的抗电磁干扰能力，适合在强电磁干扰的复杂环境中使用。

s.密码保护功能

为了保证参数不被任意改动，本机还设置了密码功能，打开密码才能进入参数设置状态。

t.安装方便

系统现场安装、布线的复杂程度大大降低。外型采用嵌入式结构更加适合屏壁安装。

本发明的技术参数：

a.基本参数

电源电压：AC 220V+/-20％    50HZ+/-5％；

功耗：≤15W。

b.控制参数

灵敏度：100MA；

投入门限系数：0.5～1.2、步长0.1、出厂预置1.00；

切除门限系数：内定；

过压保护：测量电压的100％～150％、步长1％、出厂预置130％；

欠压保护：测量电压的50％～100％、步长1％、出厂预置80％；

谐波电压超限：5.0％～30.0％、步长0.5％、出厂预置20％；

输出接点：16路，每路DC12V、60MA；

c.测量精度

有功电压：+/-0.2％；有功电流：+/-0.2％；

功率因数+/-0.2％；

无功功率：+/-2.0％；有功功率：+/-0.2％；

无功电度：+/-2％；有功电度：+/-0.2％。

d.通讯

物理接：RS232、RS485，英特网络接口。

通讯规约：IEC870-5-101、CDT、MODBUS等。

e.其它

本终端设备的整机性能：符合DL/T 721-2000；

抗干扰性能：符合GB/T 15153.1-1998；

重量：不大于2KG。

Claims (6)

1.智能型电能质量监控终端设备，其特征在于：包括采样模块、设置模块、数据存储运算模块、通讯模块、外部管控中心，采样模块的输出端与设置模块的第一输入端相连接，设置模块的输出端与数据存储运算模块的输入端相连接，数据存储运算模块的第一输出端与通讯模块的第一输入端相连接，数据存储运算模块的第二输出端与通讯模块的第三输入端相连接，通讯模块的第一输出端连接到外部管控中心的输入端，外部管控中心的输出端连接到通讯模块的第二输入端，通讯模块的第二输出端连接到设置模块的第二输入端。

2.根据权利要求1所述的智能型电能质量监控终端设备，其特征在于：所述数据存储运算模块包括数据存储模块、数据运算处理模块，数据存储模块的输入端与设置模块的输出端相连接，数据存储模块的输出端与数据运算处理模块的输入端相连接，数据存储模块的第二输出端与通讯模块的第三输入端相连接，数据运算处理模块的输出端与通讯模块第一输入端相连接。

3.根据权利要求1所述的智能型电能质量监控终端设备，其特征在于：还包括一显示模块，显示模块的输入端连接采样模块的输出端，显示模块的输出端连接到设置模块的第一输入端。

4.根据权利要求1所述的智能型电能质量监控终端设备，其特征在于：所述通讯模块采用网络通讯模块。

5.根据权利要求1所述的智能型电能质量监控终端设备，其特征在于：所述通讯模块采用高频通讯模块。

6.根据权利要求1所述的智能型电能质量监控终端设备，其特征在于：所述通讯模块采用3G通讯模块。

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