CN102005821B - 智能台区综合自动化终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能台区综合自动化终端，包括交流采集板和核心处理板，其特征在于：所述核心处理板通过双排超密间距连接器和显示接口板连接；下行通讯模块用来对下采集设备进行通讯；上行通讯模块主要用来对上主站进行通讯；上下行通讯模块均通过模块自带的连接器和显示接口板连接，实现数据的双向交互和通讯。本发明的智能台区综合自动化终端实现了单装置满足台区下低压集抄、台变监测、线损考核、电力计量、电能质量管理、无功补偿等功能，形成统一的以变台为单元的信息平台共享。

Description

智能台区综合自动化终端
技术领域
本发明专利涉及一种灵活配置的电力台区自动化管理终端。属于电力自动化技术领域。
背景技术
电力台区是配电变压器的供电区域，是将电能产品提供给电力用户消费的最后环节。台区配电变压器简称台变，包括公变、专变、农变等，是配电网与用电网的能量交换点。传统台区管理系统主要包括：负荷管理系统、低压集抄采集系统、配电管理系统、电能质量管理系统。对应的台区下（台变侧）测控终端分别为：负荷管理终端、集中器（采集器）、配变监测终端（TTU）、电能质量管理终端（无功补偿装置）等。各系统（测控终端）都仅关注台区下供（用）电的部分信息、实现部分用电管理功能，并且各系统（终端）之间相互独立，信息孤立，无法实现台区下信息共享，无法全面了解台区用电信息。因此，造成台区管理系统（终端）设备冗余、建设成本和维护成本增加，不符合国家提出的节能增效目标；不符合智能电网信息互动化发展趋势；不符合国家电网公司精细化管理要求。在次背景下，需要提供台区一体化测控终端解决方案，进行台区下测控设备功能有效整合，满足台区供（用）电信息有效共享，实现台区管理资源的有效利用。
发明内容
本发明专利所要解决的技术问题是提供一种台区（台变）下单独测控装置即可满足配变侧用电信息采集管理工作。实现台区集抄、台变监测、线损考核、电能质量管理等功能，形成统一的以变台为单元的信息平台共享。智能台区综合自动化终端将适用于配变台区下具有用电信息采集、计量、电能质量管理、监控等功能的综合系统，以实现配用电营销一体化系统发展趋势。
为解决上述问题，本发明提供一种智能台区综合自动化终端，包括交流采集板和核心处理板，其特征在于：
所述交流采集板通过自带的单片机采集各路电压电流值并进行功率、电量的计算，计算的数据通过SPI接口送至核心处理板进行进一步的处理分析；
所述核心处理板为整个终端的核心处理模块，负责整个终端数据采集、计算、分析、处理和通讯；
所述核心处理板通过双排超密间距连接器和显示接口板6连接；
下行通讯模块用来对下采集设备进行通讯；
上行通讯模块主要用来对上主站进行通讯；
上下行通讯模块均通过模块自带的连接器和显示接口板连接，实现数据的双向交互和通讯。
前述的智能台区综合自动化终端，其特征在于：还包括电源模块，交流采集板通过双排连接器和电源模块连接，电源模块通过自带的电缆线和接线端子座连接，外部电压电流信号通过接线端子座输入到电源模块，通过电源模块为核心处理板、显示接口板、下行通讯模块、上行通讯模块提供工作电源。
前述的智能台区综合自动化终端，其特征在于：所述核心处理板包括管理CPU芯片、NandFlash、SDRAM、FM铁电存储器、看门狗等核心器件。
前述的智能台区综合自动化终端，其特征在于：还包括备用电池用来在终端停电时进行主动上报。
前述的智能台区综合自动化终端，其特征在于：还包括
接口调理板，负责外部开关量数字信号接入调理、继电器输出控制、外部通信接口，包括：遥信/遥脉外部开关量调理电路、继电器输出控制电路、RS232/RS485串口通信电路、以太网通信电路，接口调理板与核心处理板、本地通信接口板、远方通信接口板、液晶显示屏、电源板相连接；
本地通信接口板：实现外部载波或WSN通信，以及RJ45以太网接口，包括：载波路由模块或微功率无线模块、RJ45端口，本地通信接口板与接口调理板相连接；
远方通信接口板：实现远方GPRS/CMDA/SMS/3G 无线公网通信，以及本地维护USB接口，包括：无线公网通信模块、USB接口电路，远方通信接口板与接口调理板相连接。
前述的智能台区综合自动化终端，其特征在于：所述CPU核心板上存储、运行有终端主应用程序，所述终端主应用程序采用分层、模块化结构，包括：  
操作系统层：终端应用程序运行的软件平台，实现应用软件的多任务多进程调度，以及系统硬件资源管理；
业务支撑层：提供应用软件实时数据支撑，以及通信管理、任务调度、存储管理等，并且进行数据库操作管理；
应用功能层：实现应用软件数据分析、通信规约解析、事件处理、负控算法、人机接口等功能；
及嵌入式数据库管理。
前述的智能台区综合自动化终端，其特征在于：在交流采样板上存储、运行交流采样计量应用程序，实现交流采样、电能计量、电能质量监测算法。
前述的智能台区综合自动化终端，其特征在于：所述CPU核心板上运行以下功能模块：
运行守护进程：为终端运行监视程序，控制终端各应用进程依次运行，各应用模块运行后，定时发送心跳报文与运行守护进程进行通信，如果出现异常退出，运行守护进程将立即重新加载应用模块，并记录故障信息；
存储管理模块：包含终端内部存储介质驱动程序和文件管理系统；
数据管理模块:是终端数据平台的核心模块，完成所有应用模块对存储信息的访问，同时具有数据处理、统计、冻结等功能；
通信管理模块:完成终端通信介质管理、规约处理功能，包括：本地通信、调试通信、主站通信等模式；
人机界面模块:实现对液晶、LED灯、按键等操作或显示，完成人机本地交互功能；
抄表模块:通过RS485、载波、小无线等方式，实现电能表或采集模块的通信，并对相应规约进行处理；
开关量采集进程:实现遥信、遥脉采集、滤波、计算等功能；
交采计量采集进程:实现交流量采集、电能计量、电能质量分析等功能；
控制进程:实现无功补偿功能，包含：控制算法和控制防误动输出等功能；
事件触发模块:根据参数设置的事件告警限值，监测采集、统计的数据信息，并进行比较，如果达到或超越设置的告警限值，即刻启动事件触发，并记录触发时相关信息；
程序升级模块:终端支持本地U盘、以太网、本地维护RS232进行本地升级，同时支持远方FTP、主站通信规约等方式进行远程升级和远程维护功能。
本发明所达到的有益效果：
本发明不同于一般台区测控设备在于实现了台区管理的“信息整合”、“功能整合”目标。
（1）功能整合目标：对配用电营销一体化系统终端设备的功能进行完善和优化，采用嵌入式数据库管理技术、集抄调度管理技术、高精度计量/采集技术等，单装置集成实现“配变监测、计量、低压集抄、电能质量管理”等功能，有效挖掘装置性能潜力。
（2）信息整合目标：通过单装置对台变及台区用电信息进行同步、全面采集，并且装置内各功能模块共同享有采集数据，为实现以台区为中心的用电信息管理，及台区用电质量监控提供可能。
附图说明
图1 是台区综合自动化终端结构示意图。
图2 是台区综合自动化终端软件分层架构图。
图3 是台区综合自动化终端软件模块划分图。
图4是台区综合自动化终端的系统组成结构图。
具体实施方式
为进一步揭示本发明的技术方案，现结合附图详细说明本发明的实施方式：
（1）对现有的台区测控装置进行整合和升级，采用最新的硬件构架体系，形成满足配用电营销一体化系统终端设备的硬件体系。
如图1所示台区综合自动化终端主要由终端挂钩1、密封圈2、交流采集板3、电源模块4、核心处理板5、显示接口板6、上盖壳7、备用电池8、底壳9、接线端子座10、端子盖板11、连接板12、后端盖13、下行通讯模块14、上行通讯模块15组成。
交流采集板3通过双排连接器和电源模块4连接。电源模块4通过自带的电缆线和接线端子座10连接，外部电压电流信号通过接线端子座10输入到电源模块4，通过电源模块4为核心处理板5、显示接口板6、下行通讯模块14、上行通讯模块15提供工作电源。同时交流采集板3通过自带的单片机采集各路电压电流值并进行功率、电量的计算，计算的数据通过SPI接口送至核心处理板5进行进一步的处理分析。核心处理板5是整个终端的核心处理模块，负责整个终端数据采集、计算、分析、处理和通讯；核心处理板5上有CPU、NandFlash、SDRAM、FRAM、看门狗等核心器件，核心处理板5通过双排超密间距连接器和显示接口板6连接；显示接口板6上有液晶显示屏、按键、指示灯、对外接口端子等人机交互接口。备用电池8用来在终端停电时进行主动上报。下行通讯模块14用来对下采集设备进行通讯，可选择载波、小无线等通讯方式。上行通讯模块15主要用来对上主站进行通讯，可选择GPRS、CDMA、3G、光纤等通讯方式。上下行通讯模块均通过模块自带的连接器和显示接口板6连接，实现数据的双向交互和通讯。
（2）按照各类产品的共有功能需求，提炼出不依赖具体终端的统一软件平台，使之能在各类型终端中不经代码修改，仅做配置或者做极小改动能在各类型终端中共用。并根据具体终端功能需求，设计相应具体的功能模块，各功能模块采用各自标准的接口，与统一平台进行数据交互，并能够进行裁剪和更新。
如图2所示台区综合自动化终端软件分层架构图。终端软件架构采用分层、模块化设计，具体包括：操作系统层,包含：硬件资源和软件操作系统，及终端设备底层驱动。业务支撑层，包含：文件管理、运行管理、数据采集、通信管理、存储管理、升级管理等系统运行模块，以及嵌入式数据库管理模块；应用功能层，包含：主站通信规约、抄表通信规约、本地通信规约、人机界面、事件处理、数据分析、控制算法模块。
如图3所示台区综合自动化终端软件功能模块图。在本终端软件方案中，终端上电后，首先运行守护进程21，是终端运行监视程序，控制终端各应用进程依次运行，各应用模块运行后，定时发送心跳报文与守护进程21进行通信，如果出现异常退出，守护进程21将立即重新加载应用模块，并记录故障信息。存储管理模块22，包含终端内部存储介质驱动程序和文件管理系统；数据管理模块23，是终端数据平台的核心模块，所有应用模块对存储信息的访问是通过本模块来完成，同时模块具有数据处理、统计、冻结等功能，各模块的相互访问是通过数据管理模块23 开辟共享内存方式来实现；通信管理模块24，完成终端通信介质管理、规约处理功能，包括：本地通信、调试通信、主站通信等模式；人机界面模块25，实现对液晶、LED灯、按键等操作或显示，完成人机本地交互功能；抄表模块26，通过RS485、载波、小无线等方式，实现电能表或采集模块的通信，并对相应规约进行处理；开关量采集进程27，实现遥信、遥脉采集、滤波、计算等功能；交采计量采集进程28，实现交流量采集、电能计量、电能质量分析等功能；控制进程29，实现无功补偿功能，包含：控制算法和控制防误动输出等功能；事件触发模块210，根据参数设置的事件告警限值，监测采集、统计的数据信息，并进行比较，如果达到或超越设置的告警限值，即刻启动事件触发，并记录触发时相关信息；程序升级模块211，终端支持本地U盘、以太网、本地维护RS232进行本地升级，同时支持远方FTP、主站通信规约等方式进行远程升级和远程维护功能。
（3）实现了装置通信方式的多样化，提高了系统的通信处理能力。对应用电信息采集系统，主要采用无线公网通讯方式，满足国网公司提出用电信息采集系统的“全采集、全覆盖、全费控”的建设目标；对应配网自动化系统，主要采用无线公网及（光纤）以太网通讯方式。装置支持多主站联接、多规约通讯。
如图4，终端与主站通信模式31，提供与主站进行数据交互的通信手段，根据现场条件，灵活支持：GPRS/CDMA/3G/GSM等多种无线公网方式，以及230MHZ无线数传电台方式，以太网（光纤）方式；本地通信模式32，用于终端本地维护，支持：RS232、USB、以太网等方式；抄表通信模式33，用于电能表、无功补偿装置、配变监测终端级联等设备通信，支持：RS485、载波、微功率无线等通信方式。
本发明的智能台区综合自动化终端实现了单装置满足台区下低压集抄、台变监测、线损考核、电力计量、电能质量管理、无功补偿等功能，形成统一的以变台为单元的信息平台共享。本发明不仅可以联接现有单一台区管理系统，而且可以进行一对多联接系统主站，同时满足多个台区下单一测控设备的功能需求。
本发明不同于一般的台区测控设备在于对现有终端设备的功能进行完善和优化，单装置实现以台区为中心的用电侧信息的全面、同步采集；实现以台区为节点的配网侧电能质量动态监测和治理、线损考核等功能。本发明的使用符合智能电网配用电营销一体化系统发展趋势；满足供电企业精细化管理需求；促进生产资源优化配置；有利用提高电力营销优质服务水平。
以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种智能台区综合自动化终端，包括交流采集板（3）和核心处理板（5），其特征在于：
所述交流采集板（3）通过自带的单片机采集各路电压电流值并进行功率、电量的计算，计算的数据通过SPI接口送至核心处理板（5）进行进一步的处理分析；
所述核心处理板（5）为整个终端的核心处理模块，负责整个终端数据采集、计算、分析、处理和通讯；
所述核心处理板（5）通过双排超密间距连接器和显示接口板（6）连接；
所述核心处理板（5）上存储、运行有终端主应用程序，所述终端主应用程序采用分层、模块化结构，包括：  
操作系统层：终端应用程序运行的软件平台，实现应用软件的多任务多进程调度，以及系统硬件资源管理；
业务支撑层：提供应用软件实时数据支撑，以及通信管理、任务调度、存储管理等，并且进行数据库操作管理；
应用功能层：实现应用软件数据分析、通信规约解析、事件处理、控制算法、人机接口功能；
及嵌入式数据库；
所述核心处理板（5）上运行以下功能模块：
运行守护进程（21）：为终端运行监视程序，控制终端各应用进程依次运行，各应用模块运行后，定时发送心跳报文与运行守护进程（21）进行通信，如果出现异常退出，运行守护进程（21）将立即重新加载应用模块，并记录故障信息；
存储管理模块（22）：包含终端内部存储介质驱动程序和文件管理系统；
数据管理模块（23）:是终端数据平台的核心模块，完成所有应用模块对存储信息的访问，同时具有数据处理、统计、冻结功能；
通信管理模块（24）：完成终端通信介质管理、规约处理功能，包括本地通信、调试通信和主站通信模式；
人机界面模块（25）：实现对液晶、LED灯、按键操作或显示，完成人机本地交互功能；
抄表模块（26）：通过RS485、载波或微功率无线方式，实现电能表或采集模块的通信，并对相应规约进行处理；
开关量采集进程（27）：实现遥信、遥脉采集、滤波、计算功能；
交采计量采集进程（28）：实现交流量采集、电能计量、电能质量分析功能；
控制进程（29）：实现无功补偿功能，包含：控制算法和控制防误动输出功能；
事件触发模块（210）：根据参数设置的事件告警限值，监测采集、统计的数据信息，并进行比较，如果达到或超越设置的告警限值，即刻启动事件触发，并记录触发时相关信息；
程序升级模块（211）:终端支持本地U盘、以太网、本地维护RS232进行本地升级，同时支持远方FTP、主站通信规约方式进行远程升级和远程维护功能；
下行通讯模块（14）用来对下采集设备进行通讯；
上行通讯模块（15）主要用来对上主站进行通讯；
上行通讯模块、下行通讯模块均通过模块自带的连接器和显示接口板（6）连接，实现数据的双向交互和通讯。
2.根据权利要求1所述的智能台区综合自动化终端，其特征在于：还包括电源模块（4），交流采集板（3）通过双排连接器和电源模块（4）连接，电源模块（4）通过自带的电缆线和接线端子座（10）连接，外部电压电流信号通过接线端子座（10）输入到电源模块（4），通过电源模块（4）为核心处理板（5）、显示接口板（6）、下行通讯模块（14）、上行通讯模块（15）提供工作电源。
3.根据权利要求1所述的智能台区综合自动化终端，其特征在于：所述核心处理板（5）包括管理CPU芯片、NandFlash、SDRAM、FM铁电存储器、看门狗。
4.根据权利要求1所述的智能台区综合自动化终端，其特征在于：还包括备用电池（8）用来在终端停电时进行主动上报。
5.根据权利要求1所述的智能台区综合自动化终端，其特征在于：还包括
接口调理板，负责外部开关量数字信号接入调理、继电器输出控制、外部通信接口，包括：遥信/遥脉外部开关量调理电路、继电器输出控制电路、RS232/RS485串口通信电路、以太网通信电路，接口调理板与核心处理板、本地通信接口板、远方通信接口板、电源模块、液晶屏相连接；
本地通信接口板：实现外部载波或WSN通信，以及RJ45以太网接口，包括：载波路由模块或微功率无线模块、RJ45端口，本地通信接口板与接口调理板相连接；
远方通信接口板：实现远方GPRS/CMDA/SMS/3G 无线公网通信，以及本地维护USB接口，包括：无线公网通信模块、USB接口电路，远方通信接口板与接口调理板相连接。
6.根据权利要求1所述的智能台区综合自动化终端，其特征在于：在交流采集板上存储、运行交流采样计量应用程序，实现交流采样、电能计量、电能质量监测算法。
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