CN104535875A - 用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端 - Google Patents

Abstract

一种用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端，包括一与电力系统动态模拟实验平台的输电线相连的电流采样电路，一电压采样电路通过一电压测量保护电路与输电线相连，电流采样电路和电压采样电路均与电能计量芯片相连，电能计量芯片与处理器相连，处理器与一继电器控制模块相连，处理器通过一无线传输模块与数据监控中心进行通讯。本发明采用上述方案，结构设计合理，造价低廉，大大降低了实验成本，有利于推广应用，布线简单，安装方便，且测量精度高，保证了实验结果准确，给研究及教学带来方便。

Description

用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端

技术领域：

本发明涉及用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端。

背景技术：

随着国民经济的快速发展和工业化技术水平的不断进步，用电量也与日俱增，为了掌握电力系统的运行特性，模拟处理电力系统中可能出现的问题，寻求解决方法应用在实践中，电力系统动态模拟实验平台应运而生。目前，在模拟风力发电、光伏发电的电力系统动态模拟实验平台中，其电力参数的监控装置大都造价昂贵，大大增加了实验成本，不利于推广应用，而采用传统的电测仪表进行检测，则走线十分困难，且存在电力参数采集精度不高的问题，影响实验结果，给研究及教学带来困扰。

发明内容：

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端，结构设计合理，造价低廉，大大降低了实验成本，有利于推广应用，布线简单，安装方便，且测量精度高，保证了实验结果准确，给研究及教学带来方便，解决了现有技术中存在的问题。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端，包括一与电力系统动态模拟实验平台的输电线相连的电流采样电路，一电压采样电路通过一电压测量保护电路与输电线相连，电流采样电路和电压采样电路均与电能计量芯片相连，电能计量芯片与处理器相连，处理器与一继电器控制模块相连，处理器通过一无线传输模块与数据监控中心进行通讯，还包括一5V供电模块和一3.3V供电模块，所述5V供电模块为处理器、电能计量芯片、继电器控制模块及其外围电路供电，所述3.3V供电模块向无线传输模块供电。

所述电能计量芯片为ATT7022C芯片。

所述处理器为STC90C58AD芯片。

所述电压测量保护电路包括三个压敏电阻RV1、RV2和RV3，压敏电阻RV1、RV2和RV3的一端通过P1接线端分别与A相输电线、B相输电线和C相输电线相连，又与电压采样电路的A相电压测量输入端、B相电压测量输入端和C相电压测量输入端相连，压敏电阻RV1、RV2和RV3的另一端通过P2接线端与输电线路零线相连，又与电压采样电路的零线输入端相连。

所述电压采样电路包括A相电压采样电路、B相电压采样电路和C相电压采样电路，所述A相电压采样电路、B相电压采样电路和C相电压采样电路均包括一电压互感器，三个电压互感器的输入端口2通过电阻R3、电阻R2和电阻R1分别与A相电压、B相电压和C相电压测量输入端相连，输入端口3均与零线输入端相连，其输出端均通过一抗混叠滤波电路与电能计量芯片相连。

所述电流采样电路包括A相电流采样电路、B相电流采样电路和C相电流采样电路，A相电流采样电路、B相电流采样电路和C相电流采样电路均包括一电流互感器，电流互感器的输入端与输电线相连，输出端均通过一电流信号转换电路与电能计量芯片相连。

所述继电器控制模块包括A相继电器控制电路、B相继电器控制电路、C相继电器控制电路和零线继电器控制电路，A相继电器控制电路、B相继电器控制电路、C相继电器控制电路和零线继电器控制电路均包括一输入端与处理器相连的光电耦合电路，光电耦合电路的输出端与一继电器电路的输入端相连，继电器电路的输出端1与一继电器接线端的公共端相连，输出端2与继电器接线端的常闭端相连，输出端3与继电器接线端的常开端相连。

所述无线传输模块包括ZigBee路由器模块和ZigBee集控器模块，无线传输模块采用拓扑结构，一个ZigBee集控器模块对应多个ZigBee路由器模块，每个ZigBee路由器模块均有自己的编号地址，与处理器相连，能够通过与数据监控中心相连的ZigBee集控器模块与数据监控中心进行通信。

本发明采用上述方案，结构设计合理，造价低廉，大大降低了实验成本，有利于推广应用，布线简单，安装方便，且测量精度高，保证了实验结果准确，给研究及教学带来方便。

附图说明：

图1为本发明的结构原理框图。

图2为本发明的电压测量保护电路电路原理图。

图3为本发明的电压采样电路电路原理图。

图4为本发明的电流采样电路的A相电流采样电路电路原理图。

图5为本发明的电能计量芯片电路原理图。

图6为本发明的处理器电路原理图。

图7为本发明的继电器控制模块的A相继电器控制电路电路原理图。

图中，1、抗混叠滤波电路，2、电流信号转换电路，3、光电耦合电路，4、继电器电路，5、继电器接线端。

具体实施方式：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。

如图1-7所示，一种用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端，包括一与电力系统动态模拟实验平台的输电线相连的电流采样电路，一电压采样电路通过一电压测量保护电路与输电线相连，电流采样电路和电压采样电路均与电能计量芯片相连，电能计量芯片与处理器相连，处理器与一继电器控制模块相连，处理器通过一无线传输模块与数据监控中心进行通讯，还包括一5V供电模块和一3.3V供电模块，所述5V供电模块为处理器、电能计量芯片、继电器控制模块及其外围电路供电，所述3.3V供电模块向无线传输模块供电。

所述电能计量芯片为ATT7022C芯片。

ATT7022C芯片的RESET引脚与电容C26和电阻R34的节点相连，SIG引脚与电容C27相连，V1P引脚、V1N引脚、V3P引脚、V3N引脚、V5P引脚、V5N引脚分别与A相电流采样电路电压输出端、B相电流采样电路电压输出端、C相电流采样电路电压输出端相连，REFCAP引脚与电容C18相连，REFOUT引脚与电容C17相连，AVCC引脚与电容C16相连，AVCC引脚与电容C15相连，V2P引脚、V2N引脚、V4P引脚、V4N引脚、V6P引脚、V6N引脚分别与A相电压采样电路电压输出端、B相电压采样电路电压输出端、C相电压采样电路电压输出端相连。

所述处理器为STC90C58AD芯片。

所述电压测量保护电路包括三个压敏电阻RV1、RV2和RV3，压敏电阻RV1、RV2和RV3的一端通过P1接线端分别与A相输电线、B相输电线和C相输电线相连，又与电压采样电路的A相电压测量输入端、B相电压测量输入端和C相电压测量输入端相连，压敏电阻RV1、RV2和RV3的另一端通过P2接线端与输电线路零线相连，又与电压采样电路的零线输入端相连。

所述电压采样电路包括A相电压采样电路、B相电压采样电路和C相电压采样电路，所述A相电压采样电路、B相电压采样电路和C相电压采样电路均包括一电压互感器，三个电压互感器的输入端口2分别通过电阻R3、电阻R2和电阻R1与A相电压、B相电压和C相电压测量输入端相连，输入端口3均与零线输入端相连，其输出端均通过一抗混叠滤波电路1与电能计量芯片相连。

被测电压首先经过RV3、RV2、RV1压敏电阻，然后接入电压采集电路，压敏电阻可以防止输电线路发生故障，引起电压过高对测量电路造成损坏。被测电压输入端VAIN与电阻R3相连，将被测电压转换为电流，电压互感器输出端和电阻R16并联将采样电流转换为采样电压，采样电压输出端和电阻R14、电阻R17、电容C5和电容C6组成的抗混叠滤波电路1相连，采样电压经过抗混叠滤波电路1后，输入到电能计量芯片的电流信道正负模拟输入引脚VXP和VXN，电阻R17和电容C6的连接点与电能计量芯片的V2P引脚相连，电阻R14和电容C5的连接点与电能计量芯片的V2N引脚相连。

所述电流采样电路包括A相电流采样电路、B相电流采样电路和C相电流采样电路，A相电流采样电路、B相电流采样电路和C相电流采样电路均包括一电流互感器，电流互感器的输入端与输电线相连，输出端均通过一电流信号转换电路2与电能计量芯片相连。

电流互感器端口1和端口2与被测电路串联，电流互感器输出端与电阻R31串连，将被测电流转换为电压，电阻R31两端分别与电阻R30和电阻R32相连，电阻R33、电阻R29均与电能计量芯片的REFO引脚相连，电阻R32和电容C12的连接点和电能计量芯片的V1P引脚相连，R30和C11的连接点与电能计量芯片的V1N引脚相连。

所述继电器控制模块包括A相继电器控制电路、B相继电器控制电路、C相继电器控制电路和零线继电器控制电路，A相继电器控制电路、B相继电器控制电路、C相继电器控制电路和零线继电器控制电路均包括一输入端与处理器相连的光电耦合电路3，光电耦合电路3的输出端与一继电器电路4的输入端相连，继电器电路4的输出端1与一继电器接线端5的公共端相连，输出端2与继电器接线端5的常闭端相连，输出端3与继电器接线端5的常开端相连。

处理器的引脚P1.0与继电器控制模块的IN1端相连，当P1.0引脚为低电平的时候，光耦P1导通，使三极管Q1工作于放大区，基极有电流通过，继电器K1闭合，使输电线导通闭合。

所述无线传输模块包括ZigBee路由器模块和ZigBee集控器模块，无线传输模块采用拓扑结构，一个ZigBee集控器模块对应多个ZigBee路由器模块，每个ZigBee路由器模块均有自己的编号地址，与处理器相连，能够通过与数据监控中心相连的ZigBee集控器模块与数据监控中心进行通信。

检测时，电流采样电路和电压采样电路对电力系统动态模拟实验平台的输电线进行实时监测，将检测数据发送至电能计量模块，电能计量模块对收到的数据进行分析处理，处理器与电能计量芯片相连进行数据传递，对电能计量芯片写入校表数据，并读出采集的电力参数，电力参数经过处理器处理后通过无线传输模块传输到数据监控中心；处理器在数据处理过程中若发现数据异常，就会根据数据异常原因，控制继电器进行相应的动作，如切断线路、投切电容器等，从而实现对整个电力系统动态模拟实验平台检测和控制。

采用本发明的用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端，造价低廉，大大降低了实验成本，有利于推广应用，布线简单，安装方便，且测量精度高，保证了实验结果准确，给研究及教学带来方便。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端，其特征在于：包括一与电力系统动态模拟实验平台的输电线相连的电流采样电路，一电压采样电路通过一电压测量保护电路与输电线相连，电流采样电路和电压采样电路均与电能计量芯片相连，电能计量芯片与处理器相连，处理器与一继电器控制模块相连，处理器通过一无线传输模块与数据监控中心进行通讯，还包括一5V供电模块和一3.3V供电模块，所述5V供电模块为处理器、电能计量芯片、继电器控制模块及其外围电路供电，所述3.3V供电模块向无线传输模块供电。

2.根据权利要求1所述的用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端，其特征在于：所述电能计量芯片为ATT7022C芯片。

3.根据权利要求1所述的用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端，其特征在于：所述处理器为STC90C58AD芯片。

4.根据权利要求1、2或3所述的用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端，其特征在于：所述电压测量保护电路包括三个压敏电阻RV1、RV2和RV3，压敏电阻RV1、RV2和RV3的一端通过P1接线端分别与A相输电线、B相输电线和C相输电线相连，又与电压采样电路的A相电压测量输入端、B相电压测量输入端和C相电压测量输入端相连，压敏电阻RV1、RV2和RV3的另一端通过P2接线端与输电线路零线相连，又与电压采样电路的零线输入端相连。

5.根据权利要求4所述的用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端，其特征在于：所述电压采样电路包括A相电压采样电路、B相电压采样电路和C相电压采样电路，所述A相电压采样电路、B相电压采样电路和C相电压采样电路均包括一电压互感器，三个电压互感器的输入端口2通过电阻R3、电阻R2和电阻R1分别与A相电压、B相电压和C相电压测量输入端相连，输入端口3均与零线输入端相连，其输出端均通过一抗混叠滤波电路与电能计量芯片相连。

6.根据权利要求1、2或3所述的用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端，其特征在于：所述电流采样电路包括A相电流采样电路、B相电流采样电路和C相电流采样电路，A相电流采样电路、B相电流采样电路和C相电流采样电路均包括一电流互感器，电流互感器的输入端与输电线相连，输出端均通过一电流信号转换电路与电能计量芯片相连。

7.根据权利要求1、2或3所述的用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端，其特征在于：所述继电器控制模块包括A相继电器控制电路、B相继电器控制电路、C相继电器控制电路和零线继电器控制电路，A相继电器控制电路、B相继电器控制电路、C相继电器控制电路和零线继电器控制电路均包括一输入端与处理器相连的光电耦合电路，光电耦合电路的输出端与一继电器电路的输入端相连，继电器电路的输出端1与一继电器接线端的公共端相连，输出端2与继电器接线端的常闭端相连，输出端3与继电器接线端的常开端相连。

8.根据权利要求1、2或3所述的用于电力系统动态模拟实验平台的电力参数无线监控终端，其特征在于：所述无线传输模块包括ZigBee路由器模块和ZigBee集控器模块，无线传输模块采用拓扑结构，一个ZigBee集控器模块对应多个ZigBee路由器模块，每个ZigBee路由器模块均有自己的编号地址，与处理器相连，能够通过与数据监控中心相连的ZigBee集控器模块与数据监控中心进行通信。