CN105406901B - 用于电力系统的信息采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电力系统的信息采集系统。该系统包括：多个信号采集装置，每个信号采集装置与输电线上的一个低压开关连接，信号采集装置用于采集低压开关的开关量信号；多个电力载波装置，每个电力载波装置与一个信号采集装置连接，并与输电线连接，电力载波装置用于将低压开关的开关量信号转换为电力载波信号，并将电力载波信号耦合至输电线；远程控制终端，与输电线连接，用于接收电力载波信号，还用于通过输电线发送控制信号至低压开关，其中，控制信号用于指示低压开关断开或闭合。本发明解决了相关技术中开关量采集设备的维护成本较高的技术问题。

Description

用于电力系统的信息采集系统

技术领域

本发明涉及电力信息采集领域，具体而言，涉及一种用于电力系统的信息采集系统。

背景技术

在电力系统中，很多设备的位置、状态信息需要通过开关量或者数字量进行传输，在发电厂和变电站中，一次设备之间、一次设备和二次设备之间，二次设备之间都有这种应用需求，一般的使用方法是，在信号接收端设置有一个开关量采集电路，通过开关量采集回路采集开关量信息，然后将开关量信息通过信号传输线输送至控制台，使用这种方法，需要为每一个开关量采集节点配置信号采集设备和对应的信号传输线，在输电线路需要改造时，相关的信号采集电路也需要进行改造，为每个开关量采集点重新配置采集设备和信号传输线，从而使得上述开关量采集方案的使用和维护成本较高。

针对相关技术中开关量采集设备的维护成本较高的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于电力系统的信息采集系统，以至少解决相关技术中开关量采集设备的维护成本较高的技术问题。

根据本发明实施例，提供了一种用于电力系统的信息采集系统，该系统包括：多个信号采集装置，每个信号采集装置与输电线上的一个低压开关连接，信号采集装置用于采集低压开关的开关量信号；多个电力载波装置，每个电力载波装置与一个信号采集装置连接，并与输电线连接，电力载波装置用于将低压开关的开关量信号转换为电力载波信号，并将电力载波信号耦合至输电线；远程控制终端，与输电线连接，用于接收电力载波信号，还用于通过输电线发送控制信号至低压开关，其中，控制信号用于指示低压开关断开或闭合。

进一步地，信号采集装置包括：信号采集电路，信号采集电路的第一端与低压开关连接，信号采集电路用于采集低压开关的开关量信号；ARM处理器，与信号采集电路的第二端连接，用于对开关量信号进行加密；信号处理电路，与ARM处理器和电力载波装置连接，用于将加密后的开关量信号传输至电力载波装置。

进一步地，信号采集电路包括：第一电阻，第一电阻的第一端与低压开关的第一端连接；第一二极管，第一二极管的正极与第一电阻的第二端连接，第一二极管的负极与低压开关的第二端连接；第二二极管，第二二极管的正极与第一二极管的负极连接，第二二极管的负极与第一二极管的正极连接；第二电阻，第二电阻的第一端与第二二极管的正极的连接，第二电阻的第二端与ARM处理器的第一端连接；第三电阻，第三电阻的第一端与第二二极管的负极的连接，第二电阻的第二端与ARM处理器的第二端连接；第四电阻，第四电阻的第一端与第二电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与第三电阻的第一端连接。

进一步地，信号采集电路还包括：TVS二极管，TVS二极管的第一端与第二电阻的第一端连接，TVS二极管的第二端与第三电阻的第一端连接。

进一步地，信号采集电路还包括：第五电阻，第五电阻的第一端与第二电阻的第一端连接，第五电阻的第二端与ARM处理器的第三端连接；第一电容，第一电容的第一端与ARM处理器的第三端连接，第一电容的第二端接地；第二电容，第二电容的第一端与第一电容的第一端连接，第二电容的第二端接地。

进一步地，信号处理电路包括：第一串口转换芯片，第一串口转换芯片的第一端与ARM处理器的第四端连接，第一串口转换芯片的第二端与电力载波装置连接，第一串口转换芯片的第三端与5伏电源连接，第一串口转换芯片的第四端与3.3伏电源连接；第六电阻，第六电阻的第一端与第一串口转换芯片的第一端连接，第六电阻的第二端接地。

进一步地，信号处理电路还包括：第七电阻，第七电阻的第一端与5伏电源连接，第七电阻的第二端与第一串口转换芯片的第三端连接；第八电阻，第八电阻的第一端与3.3伏电源连接，第八电阻的第二端与第一串口转换芯片的第四端连接。

进一步地，信号处理电路还包括：第二串口转换芯片，第二串口转换芯片的第一端与电力载波装置连接，第二串口转换芯片的第二端与ARM处理器的第五端连接，第二串口转换芯片的第三端接地，第二串口转换芯片的第四端与5伏电源连接。

进一步地，信号处理电路还包括：第九电阻，第九电阻的第一端与3.3伏电源连接，第九电阻的第二端与第二串口转换芯片的第一端连接；第十电阻，第十电阻的第一端与5伏电源连接，第十电阻的第二端与第二串口转换芯片的第四端连接。

进一步地，信号采集装置还包括：双静电抑制二极管，双静电抑制二极管的第一端与第二电阻的第一端连接，双静电抑制二极管的第二端与第三电阻的第一端连接，双静电抑制二极管的第三端与ARM处理器的第六端连接；第十一电阻，第十一电阻的第一端与第三电阻的第一端连接，第十一电阻的第二端与双静电抑制二极管的第三端连接，第十一电阻的第二端还接地。

在本发明实施例中，将信号采集装置连接至输电线上的低压开关，以采集低压开关的开关量信号，电力载波装置分别与输电线和信号采集装置连接，以将低压开关的开关量信号转换为电力载波信号，并将电力载波信号耦合至输电线，通过输电线将电力载波信号输送至远程控制终端，远程控制终端用于接收电力载波信号，还用于通过输电线发送控制信号至低压开关，其中，控制信号用于指示低压开关断开或闭合，从而解决了相关技术中开关量采集设备的维护成本较高的技术问题，在对输电线路进行改造和维护时，只需要为低压开关配置相关的信号采集装置即可，而无需为每一个信号采集点配置相关的信号传输电路，从而节约了改造和维护的成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的用于电力系统的信息采集系统的示意图；以及

图2是根据本发明实施例的信号采集装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

首先，在对本发明实施例进行描述的过程中出现的部分名词或术语适用于如下解释：

Modbus通讯协议：是一种用于工业现场的总线协议，包括2种传输模式，一种模式是ASCII(即美国信息交换码)，另一种是RTU(即远程终端设备)。

电力线载波通讯：即以输电线路为载波信号的传输媒介的电力系统通信。

开关量：“开”和“关”是电器最基本、最典型的功能，开关量是指控制继电器的接通或者断开所对应的值，即“0”和“1”。

TVS二级管：即瞬态电压抑制二极管，TVS二极管两端能够经受瞬间的高能量冲击。

DES：全称为Data Encryption Standard，即数据加密标准，是一种使用密钥加密的算法。

AES：全称为Advanced Encryption Standard，即高级加密标准，是广泛采用的一种区块加密标准。

RSA：即公钥加密算法，即使用不同的加密密钥与解密密钥。

根据本发明实施例，提供了一种用于电力系统的信息采集系统的实施例，图1是根据本发明实施例的用于电力系统的信息采集系统的示意图，如图1所示，该系统包括：多个信号采集装置10、多个电力载波装置20以及远程控制终端30。

多个信号采集装置10中的每个信号采集装置与输电线上的一个低压开关40连接，信号采集装置用于采集低压开关的开关量信号。

多个电力载波装置20中的每个电力载波装置与一个信号采集装置连接，并与输电线连接，电力载波装置用于将低压开关的开关量信号转换为电力载波信号，并将电力载波信号耦合至输电线。

远程控制终端30，与输电线连接，用于接收电力载波信号，还用于通过输电线发送控制信号至低压开关，其中，控制信号用于指示低压开关断开或闭合。

通过上述实施例，将信号采集装置连接至输电线上的低压开关，以采集低压开关的开关量信号，电力载波装置分别与输电线和信号采集装置连接，以将低压开关的开关量信号转换为电力载波信号，并将电力载波信号耦合至输电线，通过输电线将电力载波信号输送至远程控制终端，远程控制终端用于接收电力载波信号，还用于通过输电线发送控制信号至低压开关，其中，控制信号用于指示低压开关断开或闭合，从而解决了相关技术中开关量采集设备的维护成本较高的技术问题，在对输电线路进行改造和维护时，只需要为低压开关配置相关的信号采集装置即可，而无需为每一个信号采集点配置相关的信号传输电路，从而节约了改造和维护的成本。

需要说明的是，信号采集装置、电力载波装置以及远程控制终端之间采用RS485总线模块(其采用Modbus通讯协议)，由于RS485总线传输距离短，为了提高电力载波信号的传输范围，上述实施例中的电力载波装置可以作为其它电力载波装置的中继站，从而可以克服电力载波信号传输距离短且容易在传输过程中受到电磁干扰的问题。

另外，还可以在信号采集装置中增加温度传感器、湿度传感器、功率传感器，以检测低压开关触头的温度、湿度，在触头的温度或湿度异常时，断开该开关，以避免事故发生；同时还能通过相邻两个低压开关上的功率传感器计算两个低压开关之间的输电线的线损。由于电力载波信号是用电力线传输的，所以不需要加装额外的线路或者端口，也无需软件配置和硬核驱动，节省了安装和维护改造的成本。

在如图2所示的实施例中，信号采集装置可以包括：信号采集电路，信号采集电路的第一端与低压开关连接，信号采集电路用于采集低压开关的开关量信号；ARM处理器(即MCU)，与信号采集电路的第二端连接，用于对开关量信号进行加密；信号处理电路，与ARM处理器和电力载波装置连接，用于将加密后的开关量信号传输至电力载波装置。ARM处理器在处理开关量数据时采用三引擎加密技术，即将DES、AES以及RSA分别作为三种加密方式迭代使用，例如数据用DES加密、密钥再用AES加密、两者合成后再用RSA生成私钥，加密顺序是完全随机的，根据电路运行状态随机生成，因为交流信号只有50Hz，在微秒级别的情况下电路的运行状态基本是不变的，所以此时主从设备(主设备即远程控制终端，从设备即信号采集装置)的运行状态是一致的，由于主从设备采用的是相同的算法，因此两边生成的也是一样的密钥。

具体地，信号采集电路包括：第一电阻R1，第一电阻的第一端与低压开关K的第一端连接；第一二极管D1，第一二极管的正极与第一电阻的第二端连接，第一二极管的负极与低压开关的第二端连接；第二二极管D2，第二二极管的正极与第一二极管的负极连接，第二二极管的负极与第一二极管的正极连接；第二电阻R2，第二电阻的第一端与第二二极管的正极的连接，第二电阻的第二端与ARM处理器的第一端连接；第三电阻R3，第三电阻的第一端与第二二极管的负极的连接，第二电阻的第二端与ARM处理器的第二端连接；第四电阻R4，第四电阻的第一端与第二电阻的第一端连接，第四电阻的第二端与第三电阻的第一端连接。

为了防止雷击浪涌等异常情况对设备的冲击，信号采集电路还可以包括：TVS二极管D3，TVS二极管的第一端与第二电阻的第一端连接，TVS二极管的第二端与第三电阻的第一端连接。

在一个可选的实施例中，为了防止大电流损坏处理器的引脚，信号采集电路还可以包括：第五电阻R5，第五电阻的第一端与第二电阻的第一端连接，第五电阻的第二端与ARM处理器的第三端连接；第一电容C1，第一电容的第一端与ARM处理器的第三端连接，第一电容的第二端接地；第二电容C2，第二电容的第一端与第一电容的第一端连接，第二电容的第二端接地。

由于处理器输出的电平信号的电平类型和电力载波装置支持的电平类型不同，为了实现二者之间信号的顺利传输，本申请的信号处理电路可以包括：第一串口转换芯片RS1，第一串口转换芯片的第一端与ARM处理器的第四端连接，第一串口转换芯片的第二端与电力载波装置U连接，第一串口转换芯片的第三端与5伏电源连接，第一串口转换芯片的第四端与3.3伏电源连接；第六电阻R6，第六电阻的第一端与第一串口转换芯片的第一端连接，第六电阻的第二端接地。上述的串口转换芯片可以为MAX485芯片，即将处理器的输出端连接至MAX485芯片的接收端，并通过MAX485芯片的驱动端输出与电力载波装置兼容的电平信号，从而实现了处理器与电力载波装置之间信号的顺利传输。

可选地，为了保持MAX485芯片工作的稳定性，上述的信号处理电路还可以包括：第七电阻R7，第七电阻的第一端与5伏电源连接，第七电阻的第二端与第一串口转换芯片的第三端连接；第八电阻R8，第八电阻的第一端与3.3伏电源连接，第八电阻的第二端与第一串口转换芯片的第四端连接。

为了接受远程控制终端发送的控制信号，信号处理电路还可以包括：第二串口转换芯片RS2，第二串口转换芯片的第一端与电力载波装置连接，第二串口转换芯片的第二端与ARM处理器的第五端连接，第二串口转换芯片的第三端接地，第二串口转换芯片的第四端与5伏电源连接。该串口转换芯片也可以为MAX485芯片，其作用为将控制信号的电平类型转换为处理器支持的电平类型(即TTL电平)。

为了防止MAX485受高压、瞬间大电流的影响，并保持MAX485芯片工作的稳定性，信号处理电路还可以包括：第九电阻R9，第九电阻的第一端与3.3伏电源连接，第九电阻的第二端与第二串口转换芯片的第一端连接；第十电阻R10，第十电阻的第一端与5伏电源连接，第十电阻的第二端与第二串口转换芯片的第四端连接。

可选地，在信号处理电路中，为了防止因电流过大而损坏处理器，可以在ARM处理器的第五端连接一个接地电阻R12。

为了抑制静电效应、交流电源的浪涌以及开关的噪音，上述的信号采集装置还可以包括：双静电抑制二极管D4，双静电抑制二极管的第一端与第二电阻的第一端连接，双静电抑制二极管的第二端与第三电阻的第一端连接，双静电抑制二极管的第三端与ARM处理器的第六端连接；第十一电阻R11，第十一电阻的第一端与第三电阻的第一端连接，第十一电阻的第二端与双静电抑制二极管的第三端连接，第十一电阻的第二端还接地。

优选地，为了避免强电对弱电的影响，信号采集装置和电力载波装置通过光耦器件连接，并在二者之间开设隔离槽栅，从而提高了恶劣环境下数据传输的可靠性和稳定性。

在上述处理器中，设置有自毁程序，当其检测到有设备入侵时，启动自毁程序删除所有程序和数据，同时植入伪随机序列生成的随机乱码，使之无法恢复，从而可以提升设备的安全级别，避免外界设备的暴力破解行为。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于电力系统的信息采集系统，其特征在于，包括：

多个信号采集装置，每个所述信号采集装置与输电线上的一个低压开关连接，所述信号采集装置用于采集所述低压开关的开关量信号；

多个电力载波装置，每个所述电力载波装置与一个所述信号采集装置连接，并与输电线连接，所述电力载波装置用于将所述低压开关的开关量信号转换为电力载波信号，并将所述电力载波信号耦合至输电线，其中，所述电力载波装置与所述信号采集装置通过光耦器件连接，所述电力载波装置与所述信号采集装置之间开设隔离槽栅；

远程控制终端，与输电线连接，用于接收所述电力载波信号，还用于通过输电线发送控制信号至所述低压开关，其中，所述控制信号用于指示所述低压开关断开或闭合。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号采集装置包括：

信号采集电路，所述信号采集电路的第一端与所述低压开关连接，所述信号采集电路用于采集所述低压开关的开关量信号；

ARM处理器，与所述信号采集电路的第二端连接，用于对所述开关量信号进行加密；

信号处理电路，与所述ARM处理器和所述电力载波装置连接，用于将加密后的所述开关量信号传输至所述电力载波装置。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号采集电路包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述低压开关的第一端连接；

第一二极管，所述第一二极管的正极与所述第一电阻的第二端连接，所述第一二极管的负极与所述低压开关的第二端连接；

第二二极管，所述第二二极管的正极与所述第一二极管的负极连接，所述第二二极管的负极与所述第一二极管的正极连接；

第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述第二二极管的正极的连接，所述第二电阻的第二端与所述ARM处理器的第一端连接；

第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述第二二极管的负极的连接，所述第二电阻的第二端与所述ARM处理器的第二端连接；

第四电阻，所述第四电阻的第一端与所述第二电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端与所述第三电阻的第一端连接。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述信号采集电路还包括：

TVS二极管，所述TVS二极管的第一端与所述第二电阻的第一端连接，所述TVS二极管的第二端与所述第三电阻的第一端连接。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述信号采集电路还包括：

第五电阻，所述第五电阻的第一端与所述第二电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述ARM处理器的第三端连接；

第一电容，所述第一电容的第一端与所述ARM处理器的第三端连接，所述第一电容的第二端接地；

第二电容，所述第二电容的第一端与所述第一电容的第一端连接，所述第二电容的第二端接地。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号处理电路包括：

第一串口转换芯片，所述第一串口转换芯片的第一端与所述ARM处理器的第四端连接，所述第一串口转换芯片的第二端与所述电力载波装置连接，所述第一串口转换芯片的第三端与5伏电源连接，所述第一串口转换芯片的第四端与3.3伏电源连接；

第六电阻，所述第六电阻的第一端与所述第一串口转换芯片的第一端连接，所述第六电阻的第二端接地。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述信号处理电路还包括：

第七电阻，所述第七电阻的第一端与5伏电源连接，所述第七电阻的第二端与所述第一串口转换芯片的第三端连接；

第八电阻，所述第八电阻的第一端与3.3伏电源连接，所述第八电阻的第二端与所述第一串口转换芯片的第四端连接。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述信号处理电路还包括：

第二串口转换芯片，所述第二串口转换芯片的第一端与所述电力载波装置连接，所述第二串口转换芯片的第二端与所述ARM处理器的第五端连接，所述第二串口转换芯片的第三端接地，所述第二串口转换芯片的第四端与5伏电源连接。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述信号处理电路还包括：

第九电阻，所述第九电阻的第一端与3.3伏电源连接，所述第九电阻的第二端与所述第二串口转换芯片的第一端连接；

第十电阻，所述第十电阻的第一端与5伏电源连接，所述第十电阻的第二端与所述第二串口转换芯片的第四端连接。

10.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述信号采集装置还包括：

双静电抑制二极管，所述双静电抑制二极管的第一端与所述第二电阻的第一端连接，所述双静电抑制二极管的第二端与所述第三电阻的第一端连接，所述双静电抑制二极管的第三端与所述ARM处理器的第六端连接；

第十一电阻，所述第十一电阻的第一端与所述第三电阻的第一端连接，所述第十一电阻的第二端与所述双静电抑制二极管的第三端连接，所述第十一电阻的第二端还接地。