CN105070029A - 具有电压合格率监测功能的载波抄表模块 - Google Patents

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江卫中
李新家
王红星
许苏跃
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State Grid Corp of China SGCC
Jiangsu Fangtian Power Technology Co Ltd
Suzhou Power Supply Co Ltd of Jiangsu Electric Power Co
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State Grid Corp of China SGCC
Jiangsu Fangtian Power Technology Co Ltd
Suzhou Power Supply Co Ltd of Jiangsu Electric Power Co
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Abstract

本发明涉及一种具有电压合格率监测功能的载波抄表模块，包括电压测量单元、主控单元、载波通信单元、存储单元、电表通信接口、实时时钟单元和电源模块。电压测量单元用于采样得到包含有电压采样值的数字信号；主控单元根据数字信号计算末端电压的合格率并进行统计；载波通信单元在主控单元的控制下接收并相应台区集中器的命令而实现远程抄表；存储单元用于存储主控单元的计算统计结果；电表通信接口用于实现电能表的数据采集；实时时钟单元为主控单元提供时钟信号。本发明将末端电压合格率监测和载波抄表技术相结合，提供一种多功能的载波抄表模块，从而能够及时、准确地地对电网末端电压的合格率进行监测以及进行载波抄表。

Description

具有电压合格率监测功能的载波抄表模块
技术领域
本发明属于电能质量检测领域，具体涉及一种具有电压合格率监测功能的载波抄表模块。
背景技术
随着人们生活水平的日益提高和电力市场环境的日趋开放,电网低压末端的电能质量问题越来越受到人们的关注。电压是电能质量的一项重要衡量指标,电压质量的好坏,将直接影响到客户设备的安全,反映供电企业技术水平的高低,提高供电电压质量既是用户期望,同时也是创建一流供电企业必须达到的主要技术指标之一。
电压质量的监测和分析是改善和治理电压质量的前提条件,只有及时、准确地监测到电网低压末端若干监测点的电压质量指标数据,并对其进行分析评估,才能提出合理、有效、准确的治理措施，为此急需一种电压合格率监测装置。
电力线载波抄表是一种利用电力线作通信媒介，采用传感、通讯、计算机网络技术完成采集用户用电信息的自动抄表技术。该技术充分利用现有电力线资源，无需重新布线，易于与用电管理系统连接，目前在自动抄表领域广泛使用。将其与电压合格率监测相整合，能够提供一种较好的方案。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有电压合格率监测功能的载波抄表模块。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种具有电压合格率监测功能的载波抄表模块，包括
电压测量单元，所述的电压测量单元用于对电压进行周期采样并将采样得到的电压信号转换为包含有电压采样值的数字信号；
主控单元，所述的主控单元与所述的电压测量单元相连接，所述的主控单元用于根据所述的数字信号计算末端电压的合格率并进行统计；
载波通信单元，所述的载波通信单元连接所述的主控单元和台区集中器，所述的载波通信单元在所述的主控单元的控制下通过低压电力线载波接收并相应所述的台区集中器的命令而实现远程抄表；
存储单元，所述的存储单元与所述的主控单元相连接，所述的存储单元用于存储所述的主控单元的计算统计结果；
电表通信接口，所述的电表通信接口连接所述的主控单元和电能表，所述的电表通信单元用于实现所述的电能表的数据采集；
实时时钟单元，所述的实时时钟单元与所述的主控单元相连接并为所述的主控单元提供所需时钟信号；
电源模块，所述的电源模块分别与所述的电压测量单元、所述的主控单元、所述的载波通信单元、所述的存储单元、所述的电表通信接口、所述的实时时钟单元相连接并供电。
所述的主控单元中计算所述的末端电压的合格率的方法为：首先剔除采集到的无效电压采样值；按照设定的统计单元时长获得每个所述的统计单元时长的电压平均值作为其实际运行电压；再根据各个所述的统计单元时长及其实际运行电压计算电压合格率。
根据各个所述的统计单元时长及其实际运行电压计算电压合格率的方法为：分别计算获得所述的末端电压超电压上限的时间和超电压下限的时间，再计算得出所述的末端电压的超限率，进而根据所述的超限率计算出合格率。
所述的超限率的计算方法为：
所述的合格率的计算方法为：
合格率＝1-超限率。
所述的载波通信单元包括电力线载波调制解调芯片。
所述的电表通信接口包括RS485芯片及其外围电路。
所述的电压测量单元包括依次相连的电压互感器、电压变换电路、滤波电路、电压过零比较电路和A/D转换器。
所述的主控单元包括ARM处理器及其外围电路。
所述的数据存储单元包括FLASH存储器；所述的实时时钟单元包括RTC和后备电池组。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明将末端电压合格率监测和载波抄表技术相结合，提供一种多功能的载波抄表模块，从而能够及时、准确地地对电网末端电压的合格率进行监测以及进行载波抄表，从而为提出合理、有效、准确的治理措施提供支持。
附图说明
附图1为本发明的具有电压合格率监测功能的载波抄表模块的原理框图。
以上附图中：1、电压测量单元；2、主控单元；3、电源模块；4、载波通信单元；5、存储单元；6、实时时钟单元；7、电表通信接口。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：如附图1所示，一种具有电压合格率监测功能的载波抄表模块，安装在台区集中器与用户电能表之间，其包括电压测量单元1、主控单元2、载波通信单元4、存储单元5、电表通信接口7、实时时钟单元6和电源模块3。
电源模块3分别与电压测量单元1、主控单元2、载波通信单元4、存储单元5、电表通信接口7、实时时钟单元6相连接，从而为这些部分供电。
电压测量单元1用于对电压进行周期采样并将采样得到的电压信号转换为包含有电压采样值的数字信号，其包括依次相连的精度等级为0.1级的电压互感器、电压变换电路、滤波电路、电压过零比较电路和工业级高精度14位A/D转换器。由电压互感器获得的测量位置，如变压器二次侧的模拟电压信号经过滤波、A/D转换等处理成为包含有电压采样值的数字信号输出。
主控单元2与电压测量单元1相连接，其用于根据数字信号计算末端电压的合格率并进行统计。该主控单元2包括32位工业级ARM处理器及其外围电路。
载波通信单元4连接主控单元2和台区集中器，其包括电力线载波调制解调芯片，其在主控单元2的控制下通过低压电力线载波接收并相应台区集中器的命令而实现远程抄表。
存储单元5与主控单元2相连接，从而用于存储主控单元2的计算统计结果，这里采用FLASH存储器。
电表通信接口7连接主控单元2和电能表，其包括RS485芯片及其外围电路，用于实现电能表的数据采集。
实时时钟单元6与主控单元2相连接并为主控单元2提供所需时钟信号，其包括RTC和后备电池组。
上述载波抄表模块的工作流程为：
1、初始化：上电后，首先对硬件系统进行初始化，主要包括电力线载波芯片、ARM处理器、A/D转换器、实时时钟单元6、FLASH存储器等的初始化。
2、数据采集：在第1步完成后，在由电压互感器接入本模块的测量通道上启动电压采样定时器，A/D转换器输出电压采样值的数字信号。
3、电压合格率计算：在第2步完成得到每个电压采样值后，主控单元23中执行电压合格率计算程序，判断当前电压的合格状况。该过程如下：
a.异常剔除：剔除采集到的无效电压采样值，定义电压值在Un(1±22％)范围外即为无效电压采样值，其中，Un为额定电压。剔除无效电压采样值后的有效电压值作为预处理值贮存；
b.统计单元计算：按照设定的统计单元时长获得每个统计单元时长的电压平均值作为其实际运行电压。例如，以1min作为一个统计单元时长，取1min内电压预处理值的平均值，作为被监测点即时的实际运行电压U1min；
c.电压合格率计算：根据各个统计单元时长及其实际运行电压计算电压合格率，具体为：分别计算获得末端电压超电压上限的时间和超电压下限的时间，再计算得出末端电压的超限率，进而根据超限率计算出合格率。定义当实际运行电压超过额定电压的1.07倍时，即U1min>Un(1+7％)时为超电压上限，则该实际运行电压U1min对应的1min统计单元时长计入超上限的时间中；当实际运行电压U1min低于额定电压的0.9倍，即U1min<Un(1-10％)时为超下限，则该实际运行电压U1min对应的1min统计单元时长计入超下限的时间中。
利用公式：
计算得到末端电压的超限率；再根据公式
合格率＝1-超限率
合格率＝1-超限率
计算出末端电压的合格率。
4、电压合格率统计：主控单元2利用实时时钟单元6提供的时钟信息，按日、月统计电压合格率，包括电压合格率及合格累计时间、电压超上限率及相应累计时间、电压超下限率及相应累计时间，日平均电压值、当日最大最小电压值及发生时刻、当月最大最小电压值及发生时刻等。
5、电压合格率数据传输：该模块作为一个测量点配置在台区集中器内，通过低压电力线载波实现电压合格率数据传输。数据同时存储至数据存储单元55中。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有电压合格率监测功能的载波抄表模块，其特征在于：其包括
电压测量单元，所述的电压测量单元用于对电压进行周期采样并将采样得到的电压信号转换为包含有电压采样值的数字信号；
主控单元，所述的主控单元与所述的电压测量单元相连接，所述的主控单元用于根据所述的数字信号计算末端电压的合格率并进行统计；
载波通信单元，所述的载波通信单元连接所述的主控单元和台区集中器，所述的载波通信单元在所述的主控单元的控制下通过低压电力线载波接收并相应所述的台区集中器的命令而实现远程抄表；
存储单元，所述的存储单元与所述的主控单元相连接，所述的存储单元用于存储所述的主控单元的计算统计结果；
电表通信接口，所述的电表通信接口连接所述的主控单元和电能表，所述的电表通信单元用于实现所述的电能表的数据采集；
实时时钟单元，所述的实时时钟单元与所述的主控单元相连接并为所述的主控单元提供所需时钟信号；
电源模块，所述的电源模块分别与所述的电压测量单元、所述的主控单元、所述的载波通信单元、所述的存储单元、所述的电表通信接口、所述的实时时钟单元相连接并供电。
2.根据权利要求1所述的具有电压合格率监测功能的载波抄表模块，其特征在于：所述的主控单元中计算所述的末端电压的合格率的方法为：首先剔除采集到的无效电压采样值；按照设定的统计单元时长获得每个所述的统计单元时长的电压平均值作为其实际运行电压；再根据各个所述的统计单元时长及其实际运行电压计算电压合格率。
3.根据权利要求2所述的具有电压合格率监测功能的载波抄表模块，其特征在于：根据各个所述的统计单元时长及其实际运行电压计算电压合格率的方法为：分别计算获得所述的末端电压超电压上限的时间和超电压下限的时间，再计算得出所述的末端电压的超限率，进而根据所述的超限率计算出合格率。
4.根据权利要求3所述的具有电压合格率监测功能的载波抄表模块，其特征在于：所述的超限率的计算方法为：
5.根据权利要求3所述的具有电压合格率监测功能的载波抄表模块，其特征在于：所述的合格率的计算方法为：
合格率＝1-超限率。
6.根据权利要求1所述的具有电压合格率监测功能的载波抄表模块，其特征在于：所述的载波通信单元包括电力线载波调制解调芯片。
7.根据权利要求1所述的具有电压合格率监测功能的载波抄表模块，其特征在于：所述的电表通信接口包括RS485芯片及其外围电路。
8.根据权利要求1所述的具有电压合格率监测功能的载波抄表模块，其特征在于：所述的电压测量单元包括依次相连的电压互感器、电压变换电路、滤波电路、电压过零比较电路和A/D转换器。
9.根据权利要求1所述的具有电压合格率监测功能的载波抄表模块，其特征在于：所述的主控单元包括ARM处理器及其外围电路。
10.根据权利要求1所述的具有电压合格率监测功能的载波抄表模块，其特征在于：所述的数据存储单元包括FLASH存储器；所述的实时时钟单元包括RTC和后备电池组。
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