CN105914889A - 一种可自动调换相序的配电监控仪及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力系统在线监控技术领域，公开了一种可自动调换相序的配电监控仪及其工作方法。所述配电监控仪包括微处理器、模数转换器、选线开关阵列模块、存储器、已知容量电容器组和电容投切开关。通过所述配电监控仪及其工作方法，可以在调试初期自动地判断是否出现电压相序错误和CT相序及极性错误，并在错误出现时可以通过调换内部接线方式切换模数转换器与信号采集线的连接关系，纠正电压、电流相序和CT极性，从而可以自动确保监控效果，杜绝出现无功倒送和力率超标的问题，避免电力能源的浪费。

Description

一种可自动调换相序的配电监控仪及其工作方法
技术领域
本发明涉及电力系统在线监控技术领域，具体地，涉及一种可自动调换相序的配电监控仪及其工作方法。
背景技术
在电力系统在线监控技术领域中，常常用到带无功补偿的配电监控仪，其用于通过采集低压配电系统的三相电压信号和三相电流信号，获取低压配电系统的有功和无功等电参量。在配电监控仪的使用之前，必须确保输入三相电压信号和三相电流信号的多根采集线的CT(Current Transformer，电流互感)极性和它们之间的电压相序正确，才能计算出有效的无功，并将配电系统的功率因数控制在正常的水平。
但是由于低压配电系统的复杂性，在现场接线时使用者难以避免不接错三相电压信号或三相电流信号的多根采集线，从而造成配电监控仪出现电压相序错误和CT极性、相序错误，此时不但不能达到降低配电系统的功率因数的目的，反而会造成无功倒送和力率超标的问题，进而影响监控效果，浪费电力能源。
发明内容
针对前述现有配电监控仪易接错采集线的问题，本发明提供了一种可自动调换相序的配电监控仪及其工作方法，可以在调试初期自动地判断是否出现电压相序错误和CT相序及极性错误，并在错误出现时可以通过调换内部接线方式切换模数转换器与信号采集线的连接关系，纠正电压、电流相序和CT极性，从而可以自动确保监控效果，杜绝出现无功倒送和力率超标的问题，避免电力能源的浪费。
本发明采用的技术方案,一方面提供了一种可自动调换相序的配电监控仪，包括微处理器、模数转换器、选线开关阵列模块、存储器、已知容量电容器组和电容投切开关，其中，所述选线开关阵列模块设有控制端、N个电压输入端、N个电压输出端、N个电流输入端和N个电流输出端，所述选线开关阵列模块用于根据由所述控制端输入的接线指令切换所述电压输入端与所述电压输出端之间的且一一对应的电连接关系和/或切换所述电流输入端与所述电流输出端之间的且一一对应的电连接关系，其中，N等于待测配电系统的相数；所述选线开关阵列模块的所述电压输出端和所述电流输出端分别电连接所述模数转换器的输入端,所述模数转换器的输出端电连接所述微处理器，所述微处理器还分别电连接所述选线开关阵列模块的所述控制端、所述存储器和所述电容投切开关；所述已知容量电容器组并联在所述选线开关阵列模块与所述数模转换器之间的电连接线路中，且与所述电容投切开关串联。
优化的，所述选线开关阵列模块包括解码器和2*N2个电控开关；所述解码器的输入引脚电连接所述控制端，所述解码器的输出引脚分别电连接各个所述电控开关的控制端；在任意两所述电压输入端与所述电压输出端之间串联一个所述电控开关，并在任意两所述电流输入端与所述电流输出端之间串联一个所述电控开关。进一步优化的，当N的取值为3时，所述解码器采用型号为HCTL-2032 DIP32的解码器芯片。所述电控开关为触点开关或继电器开关。
优化的，所述可自动调换相序的配电监控仪还包括电连接所述微处理器的输入/输出模块；所述输入/输出模块包括液晶显示屏和按键，或者所述输入/输出模块包括液晶显示屏和触摸屏。
优化的，所述微处理器采用型号为STM32F103RCT6的ARM芯片。
本发明采用的技术方案,另一方面提供了一种前述的可自动调换相序的配电监控仪的工作方法，包括如下步骤：S101.控制电容投切开关断开，然后接收来自模数转换器的且与各相对应的第一数字化电压信号和第一数字化电流信号；S102.根据所述第一数字化电压信号和所述第一数字化电流信号进行电参量计算，获取与各相对应的第一电参量值；S103.控制电容投切开关闭合，然后接收来自模数转换器的且与各相对应的第二数字化电压信号和所述第二数字化电流信号；S104.根据所述第二数字化电压信号和所述第二数字化电流信号进行电参量计算，获取与各相对应的第二电参量值；S105.针对各相，计算获取所述第二电参量值与所述第一电参量值的电参量差值；S106.判断所有相的电参量值是否不为负值以及是否与对应相的校验电参量相等,若任意一相的电参量值为负值或者与对应相的校验电参量不相等，则控制选线开关阵列模块切换电压输入端与电压输出端之间的且一一对应的电连接关系和/或切换电流输入端与电流输出端之间的且一一对应的电连接关系，然后返回执行步骤S101,否则结束步骤，所述校验电参量为存储在储存器中且对应已知容量电容器组的已知电参量。
优化的，在所述可自动调换相序的配电监控仪还包括按键或触摸屏时，在步骤S101之前还包括如下步骤：S100.接收来自按键或触摸屏的相序校正指令，然后依次执行步骤S101至S106。
综上，采用本发明所提供的一种可自动调换相序的配电监控仪及其工作方法，具有如下有益效果：(1)可以在调试初期自动地判断是否出现电压相序错误和CT相序及极性错误，提升了配电监控仪的智能化，从而可降低使用者的技能水平要求，适用人群更广泛；(2)可以在错误出现时通过调换内部接线方式切换模数转换器与信号采集线的连接关系，纠正电压、电流相序和CT极性，提升了配电监控仪的自动化，无需对外部进行重新接线，从而提升了使用者的用户体验，并可避免因重新接线而带来安全问题；(3)可以自动计算出正确的有效无功，从而达到降低配电系统的功率因数的目的，进而可以自动确保监控效果，杜绝出现无功倒送和力率超标的问题，避免电力能源的浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的可自动调换相序的配电监控仪的电路结构图。
图2是本发明提供的选线开关阵列模块的电路结构图。
图3是本发明提供的可自动调换相序的配电监控仪的工作方法流程图。
具体实施方式
以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明提供的可自动调换相序的配电监控仪及其工作方法。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
本文中描述的各种技术可以用于但不限于电力系统在线监控技术系统领域，还可以用于其它类似领域。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
实施例一
图1示出了本发明提供的可自动调换相序的配电监控仪的电路结构图，图2示出了本发明提供的选线开关阵列模块的电路结构图，图3示出了本发明提供的可自动调换相序的配电监控仪的工作方法流程图。本实施例提供的包括微处理器、模数转换器、选线开关阵列模块、存储器、已知容量电容器组和电容投切开关，其中，所述选线开关阵列模块设有控制端CPin、N个电压输入端、N个电压输出端、N个电流输入端和N个电流输出端，所述选线开关阵列模块用于根据由所述控制端CPin输入的接线指令切换所述电压输入端与所述电压输出端之间的且一一对应的电连接关系和/或切换所述电流输入端与所述电流输出端之间的且一一对应的电连接关系，其中，N等于待测配电系统的相数；所述选线开关阵列模块的所述电压输出端和所述电流输出端分别电连接所述模数转换器的输入端,所述模数转换器的输出端电连接所述微处理器，所述微处理器还分别电连接所述选线开关阵列模块的所述控制端CPin、所述存储器和所述电容投切开关；所述已知容量电容器组并联在所述选线开关阵列模块与所述数模转换器之间的电连接线路中，且与所述电容投切开关串联。
如图1所示，在所述配电监控仪的电路结构中，由于待测配电系统为三相电系统，由此N取值为3(例如，还可以在待测配电系统为二相电系统时，N取值为2；在待测配电系统为四相电系统时，N取值为4)，在所述选线开关阵列模块中设有3个电压输入端(VPin1～VPin3)、3个电压输出端(VPout1～VPout3)、3个电流输入端(IPin1～IPin3)和3个电流输出端(IPout1～IPout3)。在使用所述配电监控仪对待测配电系统进行监控时，3个电压输入端(VPin1～VPin3)分别电连接A相电压信号采集线UA、B相电压信号采集线UB和C相电压信号采集线UC，3个电流输入端(IPin1～IPin3)分别电连接A相电流信号采集线IA、B相电流信号采集线IB和C相电压信号采集线IC，3个电压输出端(VPout1～VPout3)和3个电流输出端(IPout1～IPout3)分别电连接所述模数转换器的输入端；所述选线开关阵列模块用于在所述微处理器的控制下，切换所述电压输入端(VPin1～VPin3)与所述电压输出端(VPout1～VPout3)之间的且一一对应的电连接关系和/或切换所述电流输入端(IPin1～IPin3)与所述电流输出端(IPout1～IPout3)之间的且一一对应的电连接关系，进而改变所述模数转换器与信号采集线的连接关系。
所述模数转换器用于将各相的电压模拟信号转换为数字化的电压信号，将各相的电流模拟信号转换为数字化的电流信号，以便所述微处理器能够进行电参量的计算。所述存储器用于存储所述已知容量电容器组的已知电参量信息；所述电容投切开关用于在所述微处理器的控制下对所述已知容量电容器组进行投切操作；所述微处理器可以但不限于采用型号为STM32F103RCT6的ARM(Advanced ReducedInstruction Set ComputerMachines，高级精简指令集计算机)芯片，用于对整个配电监控仪进行管理控制，实现自动调换相序的目的。
如图3所示，在所述微处理器的控制下，所述配电监控仪的工作方法可以但不限于包括如下步骤：S101.控制电容投切开关断开，然后接收来自模数转换器的且与各相对应的第一数字化电压信号和第一数字化电流信号；S102.根据所述第一数字化电压信号和所述第一数字化电流信号进行电参量计算，获取与各相对应的第一电参量值；S103.控制电容投切开关闭合，然后接收来自模数转换器的且与各相对应的第二数字化电压信号和所述第二数字化电流信号；S104.根据所述第二数字化电压信号和所述第二数字化电流信号进行电参量计算，获取与各相对应的第二电参量值；S105.针对各相，计算获取所述第二电参量值与所述第一电参量值的电参量差值；S106.判断所有相的电参量值是否不为负值以及是否与对应相的校验电参量相等,若任意一相的电参量值为负值或者与对应相的校验电参量不相等，则控制选线开关阵列模块切换电压输入端与电压输出端之间的且一一对应的电连接关系和/或切换电流输入端与电流输出端之间的且一一对应的电连接关系，然后返回执行步骤S101,否则结束步骤，所述校验电参量为存储在储存器中且对应已知容量电容器组的已知电参量。由此通过所述配电监控仪及其工作方法，可以在调试初期自动地判断是否出现电压相序错误和CT相序及极性错误，并在错误出现时可以通过调换内部接线方式切换模数转换器与采集线的连接关系，纠正电压、电流相序和CT极性，从而可以自动确保监控效果，杜绝出现无功倒送和力率超标的问题，避免电力能源的浪费。
优化的，所述选线开关阵列模块包括解码器和2*N2个电控开关；所述解码器的输入引脚电连接所述控制端CPin，所述解码器的输出引脚分别电连接各个所述电控开关的控制端；在任意两所述电压输入端与所述电压输出端之间串联一个所述电控开关，并在任意两所述电流输入端与所述电流输出端之间串联一个所述电控开关。
如图2所示，在所述选线开关阵列模块的电路结构中，当N取值为3时，所述选线开关阵列模块包括有18个所述电控开关(VK1～VK9和IK1～IK9)，所述解码器配置有相应的和6个输入引脚(D0～D5)和18个输出引脚(VS1～VS9和IS1～IS9)，以便每个所述电控开关的控制端都能电连接一个不同的输出引脚。所述电控开关用于在控制端的电平作用下实现线路的断开或闭合，其可以但不限于为触点开关或继电器开关；所述解码器用于解析由所述控制端CPin输入的接线指令，在各个输出引脚输出相应的电平信号，进而控制对应的电控开关进行相应的开启或关闭动作，其可以但不限于采用型号为HCTL-2032 DIP32的解码器芯片，该芯片共有32个引脚，大于最低引脚数目要求(至少需要26个引脚，其中18个为输出引脚，6个为输入引脚，1个电源引脚和1个接地引脚)。由此可实现对所述选线开关阵列模块进行内部接线的调换。
所述可自动调换相序的配电监控仪还包括电连接所述微处理器的输入/输出模块；所述输入/输出模块包括液晶显示屏和按键，或者所述输入/输出模块包括液晶显示屏和触摸屏。所述液晶显示屏用于显示所述配电监控仪的工作状态以及测控数据等信息，所述按键或触摸屏用于提供人机交互设备，以便使用者对所述配电监控仪进行手动操控。优化的，在所述可自动调换相序的配电监控仪还包括按键或触摸屏时，在步骤S101之前还包括如下步骤：S100.接收来自按键或触摸屏的相序校正指令，然后依次执行步骤S101至S106。由此可以实现所述配电监控仪的一键化操作。
综上，本实施例所提供的可自动调换相序的配电监控仪及其工作方法，具有如下有益效果：(1)可以在调试初期自动地判断是否出现电压相序错误和CT相序及极性错误，提升了配电监控仪的智能化，从而可降低使用者的技能水平要求，适用人群更广泛；(2)可以在错误出现时通过调换内部接线方式切换模数转换器与信号采集线的连接关系，纠正电压、电流相序和CT极性，提升了配电监控仪的自动化，无需对外部进行重新接线，从而提升了使用者的用户体验，并可避免因重新接线而带来安全问题；(3)可以自动计算出正确的有效无功，从而达到降低配电系统的功率因数的目的，进而可以自动确保监控效果，杜绝出现无功倒送和力率超标的问题，避免电力能源的浪费。
如上所述，可较好地实现本发明。对于本领域的技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的可自动调换相序的配电监控仪及其工作方法并不需要创造性的劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种可自动调换相序的配电监控仪，其特征在于，包括微处理器、模数转换器、选线开关阵列模块、存储器、已知容量电容器组和电容投切开关，其中，所述选线开关阵列模块设有控制端(CPin)、N个电压输入端、N个电压输出端、N个电流输入端和N个电流输出端，所述选线开关阵列模块用于根据由所述控制端(CPin)输入的接线指令切换所述电压输入端与所述电压输出端之间的且一一对应的电连接关系和/或切换所述电流输入端与所述电流输出端之间的且一一对应的电连接关系，其中，N等于待测配电系统的相数；
所述选线开关阵列模块的所述电压输出端和所述电流输出端分别电连接所述模数转换器的输入端,所述模数转换器的输出端电连接所述微处理器，所述微处理器还分别电连接所述选线开关阵列模块的所述控制端(CPin)、所述存储器和所述电容投切开关；
所述已知容量电容器组并联在所述选线开关阵列模块与所述数模转换器之间的电连接线路中，且与所述电容投切开关串联。
2.如权利要求1所述的一种可自动调换相序的配电监控仪，其特征在于，所述选线开关阵列模块包括解码器和2*N2个电控开关；
所述解码器的输入引脚电连接所述控制端(CPin)，所述解码器的输出引脚分别电连接各个所述电控开关的控制端；
在任意两所述电压输入端与所述电压输出端之间串联一个所述电控开关，并在任意两所述电流输入端与所述电流输出端之间串联一个所述电控开关。
3.如权利要求2所述的一种可自动调换相序的配电监控仪，其特征在于，当N的取值为3时，所述解码器采用型号为HCTL-2032DIP32的解码器芯片。
4.如权利要求2所述的一种可自动调换相序的配电监控仪，其特征在于，所述电控开关为触点开关或继电器开关。
5.如权利要求1所述的一种可自动调换相序的配电监控仪，其特征在于，所述可自动调换相序的配电监控仪还包括电连接所述微处理器的输入/输出模块；
所述输入/输出模块包括液晶显示屏和按键，或者所述输入/输出模块包括液晶显示屏和触摸屏。
6.如权利要求1所述的一种可自动调换相序的配电监控仪，其特征在于，所述微处理器采用型号为STM32F103RCT6的ARM芯片。
7.一种如权利要求1至6任意一项所述的可自动调换相序的配电监控仪的工作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101.控制电容投切开关断开，然后接收来自模数转换器的且与各相对应的第一数字化电压信号和第一数字化电流信号；
S102.根据所述第一数字化电压信号和所述第一数字化电流信号进行电参量计算，获取与各相对应的第一电参量值；
S103.控制电容投切开关闭合，然后接收来自模数转换器的且与各相对应的第二数字化电压信号和所述第二数字化电流信号；
S104.根据所述第二数字化电压信号和所述第二数字化电流信号进行电参量计算，获取与各相对应的第二电参量值；
S105.针对各相，计算获取所述第二电参量值与所述第一电参量值的电参量差值；
S106.判断所有相的电参量值是否不为负值以及是否与对应相的校验电参量相等,若任意一相的电参量值为负值或者与对应相的校验电参量不相等，则控制选线开关阵列模块切换电压输入端与电压输出端之间的且一一对应的电连接关系和/或切换电流输入端与电流输出端之间的且一一对应的电连接关系，然后返回执行步骤S101,否则结束步骤，所述校验电参量为存储在储存器中且对应已知容量电容器组的已知电参量。
8.如权利要求7所述的一种可自动调换相序的配电监控仪的工作方法，其特征在于，在所述可自动调换相序的配电监控仪还包括按键或触摸屏时，在步骤S101之前还包括如下步骤：
S100.接收来自按键或触摸屏的相序校正指令，然后依次执行步骤S101至S106。
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