CN104898606A - 智能环网柜及其监控单元系统和监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能环网柜及其监控单元系统和监控方法，所述监控系统包括电压型监控单元和与该电压型监控单元相连的多个电流型监控单元，该电压型监控单元通过同步脉冲信号线能够将一同步脉冲信号输出给各电流型监控单元，该电压型监控单元通过CAN总线能够将其采集到的电压值信号发送给各电流型监控单元，各该电流型监控单元能够根据其采集到的电流值信号与其接收到的该电压值信号计算出所需的电网特性参数。与现有技术相比，本发明技术效果在于：减少不必要的电压重复采集及电压互感器的使用，从而可以减小体积和降低功耗。
Description
技术领域
本发明涉及电力电网技术，特别涉及电力电网的智能配网技术。
背景技术
智能配电网是智能电网建设中的重要一环，它将现代计算机技术、通信网络技术集于一体，对配电网上的设备运行远方实时监视，协调及控制，这是电力系统现代发展的必然趋势。目前的配电系统在向开放式、一体化和集成化的综合自动化方向发展，以从提高配电网电网运行的可靠性和效率、提高供电质量、降低劳动强度、充分利用现有的设备能力以及缩短停电时间和减少停电面积等多个方面为供电系统带来可观的经济效益和社会效益。
为了实现智能环网柜的电气数据的采集监视和控制，通常是在环网柜的进线柜和出线柜上分别安装监控单元，进行环网柜的交流电流和交流电压的数据采集，及环网柜的电机控制、开关等。
现有的智能环网柜的监控单元上，为了确保交流电流和交流电压采集的同步性及有功、无功的计算精度，通常是在一台监控单元上既采集交流电流又采集交流电压，然后计算有功、无功的高级测量值。
由于智能环网柜的进线柜和出线柜的电压为同一等级电压，因此智能环网柜上的各个监控单元采集出来的电压有效值为同一个值，存在重复采集、浪费电压互感器等缺点。同时，现代的配电终端设备趋向于小型化、低功耗，在监控单元上同时实现电流、电压的采集也不利于装置的小型化、低功耗。另外，监控单元尺寸过大也不利于其在智能环网柜内狭小空间的安装。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于避免现有技术中因重复采集电压而导致浪费电压互感器、监控单元尺寸大和功耗大的不足之处，本发明提出了一种智能环网柜及其监控单元系统和监控方法，可以减小体积和降低功耗。
针对上述要解决的技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
提供一种智能环网柜的监控单元系统，包括电压型监控单元和与该电压型监控单元相连的至少一个电流型监控单元，所述电压型监控单元设有CAN总线接口和IO同步接口，所述电流型监控单元设有CAN总线接口和IO同步接口，所述电压型监控单元借助CAN总线和同步脉冲信号线与各电流型监控单元连接。
进一步地，所述电压型监控单元包括主控单元和与主控单元相连的CAN通信单元及用于输出同步脉冲信号的控制单元，所述电流型监控单元包括主控单元和与主控单元相连的CAN通信单元及用于接收同步脉冲信号的控制单元。
提供一种智能环网柜，包括上述的监控单元系统。
进一步地，所述智能环网柜中，所述电压型监控单元装设在智能环网柜的进线柜上，所述电流型监控单元装设在智能环网柜的出线柜上。
设计一种智能环网柜的监控方法，在智能环网柜上设置电压型监控单元和与该电压型监控单元相连的至少一个电流型监控单元，所述电压型监控单元借助同步脉冲信号线将同步脉冲信号输出给各电流型监控单元，所述电压型监控单元借助CAN总线将其采集到的电压值信号发送给各电流型监控单元，各电流型监控单元根据其采集到的电流值信号与其接收到的电压值信号计算出所需的电网特性参数以对智能环网柜进行监视和控制。
进一步地，所述电压型监控单元在输出同步脉冲信号之前，先要通过所述CAN总线向所述电流型监控单元广播同步序号。
进一步地，所述电压型监控单元在发送电压值信号给各电流型监控单元之前，先要通过所述CAN总线向各电流型监控单元广播同步序号。
进一步地，所述电压型监控单元在输出同步脉冲信号之后启动数据采集，该电流型监控单元在接收到同步脉冲信号之后启动数据采集。
进一步地，所述电压型监控单元和电流型监控单元均在一个周波内采样多数个测量点，该电压值信号和该电流值信号均是经过FFT计算采样点的实部和虚部得到。
进一步地，所述电压型监控单元和电流型监控单元均在一个周波内采样32个测量点。
与现有技术相比，本发明的智能环网柜及其监控单元系统和监控方法的技术效果在于：通过设置一个电压型监控单元和多个电流型监控单元，并通过一CAN总线和一同步脉冲信号线将这些监控单元连接起来，可以减少不必要的电压重复采集及电压互感器的使用，从而可以减小体积和降低功耗。
附图说明
图1为本发明的监控单元系统的结构示意框图。
图2为本发明的监控单元系统中电压型监控单元的结构示意框图。
图3为本发明的监控单元系统中电流型监控单元的结构示意框图。
图4为本发明的监控单元系统中电压型监控单元的工作流程示意图。
图5为本发明的监控单元系统中电流型监控单元的工作流程示意图。
具体实施方式
现结合附图，对本发明的实施例作详细说明。
参见图1，一种智能环网柜及其监控单元系统100，包括电压型监控单元1和与该电压型监控单元相连的多个电流型监控单元2，电压型监控单元1设有CAN总线接口110和IO同步接口120。电流型监控单元2设有CAN总线接口210和IO同步接口220。各个监控单元1、2之间通过CAN总线3和同步脉冲信号线4连接。在本实施例中，该电压型监控单元1安装在智能环网柜的进线柜上，这些电流型监控单元2安装在智能环网柜的出线柜上，可以实现智能环网柜的监视和控制功能。
参见图2，该电压型监控单元1包括：主控单元101；通过系统总线103与该主控单元101相连的存储单元102、实时时钟104、程序下载单元105、控制单元106、CAN通信模块110、交流采样模块130及显示面板160等；与该控制单元106相连的输入输出接口107和IO同步接口120；以及用以提供工作电源的系统电源170和电源模块180。
该主控单元101采用ARM芯片，用于完成系统的控制和数据处理。该存储单元102，用于存放系统参数和掉电不可丢失的数据记录。该控制单元106，用于实现系统的控制输出和遥信状态输入，并引出一个IO同步信号，连接到各电流监控单元2上，以实现各个监控单元1、2的数据同步采集。该CAN通信模块120，用于完成监控单元1、2间的数据传输。该交流采样模块130，用于完成系统的电压的信号转换和采集，其具体包括AD转换131、信号调理132以及PGA放大133，其通过连接电压互感器140获取待测电压信号。该显示面板160，用于就地显示信号状态和测量数据值。
参见图3，该电流型监控单元2包括：主控单元201；通过系统总线203与该主控单元201相连的存储单元202、实时时钟204、程序下载单元205、控制单元206、CAN通信模块210、交流采样模块230及显示面板260等；与该控制单元206相连的输入输出接口207和IO同步接口220；以及用以提供工作电源的系统电源270和电源模块280。该电流型监控单元2与该电压型监控单元1的硬件结构大致相同，二者的差异主要体现在主控单元201所运行的程序与主控单元101所运行的程序之间。
该主控单元201采用ARM芯片，用于完成系统的控制和数据处理。该存储单元202，用于存放系统参数和掉电不可丢失的数据记录。该控制单元206，用于实现系统的控制输出和遥信状态输入，并引入一个IO同步信号，连接到该电压监控单元1上，以实现各个监控单元1、2的数据同步采集。该CAN通信模块220，用于完成监控单元1、2间的数据传输。该交流采样模块230，完成系统的电流的信号转换和采集，其具体包括AD转换231、信号调理232以及PGA放大233，其通过连接电流互感器240获取待测电流信号。该显示面板260，用于就地显示信号状态和测量数据值。
本发明提出一种智能环网柜的监控方法，是一种分布式电流和电压的采集处理方法，在智能环网柜上设置电压型监控单元和与该电压型监控单元相连的至少一个电流型监控单元，在不同的监控单元上各自实现电流和电压的采集，利用IO同步脉冲信号保障监控单元之间的数据采集同步性，然后利用CAN总线进行数据传输，计算出有功、无功等所需的电网特性参数，可以解决智能环网柜的电压重复采集、浪费电压互感器的问题，达到实现智能环网柜监控单元的小型化、低功耗的效果。
参见图4，该电压型监控单元1的主控单元101所运行的程序的流程大致包括以下步骤：
S501、通过CAN总线广播一组同步序号，用于告诉CAN总线下所有的电流型监控单元做好准备要进行电压和电流的同步采集了。
S502、输出IO脉冲信号（也称同步脉冲信号）。
S503、启动电压交流数据点采样。
S504、定时一个周期采样32个数据点。
S505、判断是否32个采样点全部完成？是的话，则转步骤S506，否则返回步骤S504继续采样。
S506、采用FFT算法计算电压采样点的实部和虚部。
S507、将计算出电压的实部与虚部和同步序号通过CAN总线广播到各个电流型监控单元上。
参见图5，该电流型监控单元2的主控单元201所运行的程序的流程大致包括以下步骤：
S601、接收电压型监控单元通过CAN总线广播过来的同步序号，准备电流的同步采样。
S602、检测同步IO的脉冲信号。
S603、检测到同步IO脉冲信号后，启动电流采样。
S604、定时一个周期采样32个数据点。
S605、判断是否32个采样点全部完成？是的话，转步骤S606，否则返回步骤S604继续采样。
S606、采用FFT算法计算电流采样点的实部和虚部。
S607、接收电压型监控单元通过CAN总线广播的电压实部与虚部。
S608、利用电压和电流的实部与虚部计算有功功率、无功功率等所需的电网特性参数。
本发明的智能环网柜及其监控单元系统具有的有益效果包括：采用CAN总线3与同步IO信号线4相结合的方式将一个电压型监控单元1和多个电流型监控单元2连接成一系统，可以实现电压和电流的分布式数据采集；利用CAN总线在数据传输过程中的抗干扰强、稳定可靠等特点，结合同步IO信号脉冲的实时性的方案，使得分布式采集的电压和电流具有较高的同步性和一致性，使得智能环网柜能够提供较高精度的有功功率、无功功率等所需的电网特性参数；并且，由于电压和电流采用分布式单独采样处理的方案，可以节省电流互感器和电压互感器的使用，使得监控单元的体积变小、功耗降低，进而有利于智能环网柜的小型化和低功耗。
应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种智能环网柜的监控单元系统，其特征在于，包括电压型监控单元和与该电压型监控单元相连的至少一个电流型监控单元，所述电压型监控单元设有CAN总线接口和IO同步接口，所述电流型监控单元设有CAN总线接口和IO同步接口，所述电压型监控单元借助CAN总线和同步脉冲信号线与各电流型监控单元连接。
2.根据权利要求1所述的智能环网柜的监控单元系统，其特征在于，所述电压型监控单元包括主控单元和与主控单元相连的CAN通信单元及用于输出同步脉冲信号的控制单元，所述电流型监控单元包括主控单元和与主控单元相连的CAN通信单元及用于接收同步脉冲信号的控制单元。
3.一种智能环网柜，其特征在于，包括如权利要求1至2任一项所述的监控单元系统。
4.根据权利要求3所述的智能环网柜，其特征在于，所述电压型监控单元装设在智能环网柜的进线柜上，所述电流型监控单元装设在智能环网柜的出线柜上。
5.一种智能环网柜的监控方法，其特征在于，在智能环网柜上设置电压型监控单元和与该电压型监控单元相连的至少一个电流型监控单元，所述电压型监控单元借助同步脉冲信号线将同步脉冲信号输出给各电流型监控单元，所述电压型监控单元借助CAN总线将其采集到的电压值信号发送给各电流型监控单元，各电流型监控单元根据其采集到的电流值信号与其接收到的电压值信号计算出所需的电网特性参数以对智能环网柜进行监视和控制。
6.根据权利要求5所述的智能环网柜的监控方法，其特征在于，所述电压型监控单元在输出同步脉冲信号之前，先要通过所述CAN总线向所述电流型监控单元广播同步序号。
7.根据权利要求5所述的智能环网柜的监控方法，其特征在于，所述电压型监控单元在发送电压值信号给各电流型监控单元之前，先要通过所述CAN总线向各电流型监控单元广播同步序号。
8.根据权利要求5所述的智能环网柜的监控方法，其特征在于，所述电压型监控单元在输出同步脉冲信号之后启动数据采集，该电流型监控单元在接收到同步脉冲信号之后启动数据采集。
9.根据权利要求8所述的智能环网柜的监控方法，其特征在于，所述电压型监控单元和电流型监控单元均在一个周波内采样多数个测量点，该电压值信号和该电流值信号均是经过FFT计算采样点的实部和虚部得到。
10.根据权利要求9所述的智能环网柜的监控方法，其特征在于，所述电压型监控单元和电流型监控单元均在一个周波内采样32个测量点。
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