CN108565970A - 电网信息监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网信息监控系统，包括监控中心服务器、多个智能监控单元以及若干个电网信息采集器，监控中心服务器通过无线网络与多个智能监控单元连接；电网信息采集器包括第一电压检测电路、第一电流检测电路、第一脉冲发生器、第一脉冲接收器、信号放大电路、第一AD转换器、第一微处理器、第一存储器和第一无线通讯模块；信号放大电路包括电压输入端、电压输出端、第一直流电源、第二直流电源、第一三极管至第五三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容和第一二极管。本发明电路结构较为简单、成本较低、电路的安全性和可靠性较高。

Description

电网信息监控系统

技术领域

本发明涉及电网监控领域，特别涉及一种电网信息监控系统。

背景技术

目前，对电能质量监视一般是测试人员到现场进行，测试时间长，且到现场操作，每次只是单点监视。多点自动监视是一种高效的监视手段，是发展趋势。对电能质量管理的主要手段是加强监视，发现问题，针对问题采取解决方案。电力系统的安全是每个煤矿安全生产的重要保障。目前的供配电管理还处在一个较低的水平，遇到突发安全事故通常是亡羊补牢的做法，因此对电网信息进行监测并做到提前预警显得尤为重要。传统的电网监控系统中的电路部分结构复杂，硬件成本较高。另外，由于传统的电网监控系统中的电路部分缺少相应的电路保护功能，造成电路的安全性和可靠性不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种电路结构较为简单、成本较低、电路的安全性和可靠性较高的电网信息监控系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种电网信息监控系统，包括监控中心服务器、多个智能监控单元以及若干个电网信息采集器，所述监控中心服务器通过无线网络与多个所述智能监控单元连接，每个所述智能监控单元均通过无线网络与多个所述电网信息采集器连接，所述智能监控单元根据与其无线连接的电网信息采集器的采集信息，分析可能出现的电网故障并将其发送给所述监控中心服务器，所述监控中心服务器控制所述智能监控单元和与其连接的一个或多个所述电网信息采集器之间的连接关系；

所述电网信息采集器包括第一电压检测电路、第一电流检测电路、第一脉冲发生器、第一脉冲接收器、信号放大电路、第一AD转换器、第一微处理器、第一存储器和第一无线通讯模块，所述第一电压检测电路和第一电流检测电路均与所述第一脉冲发生器连接，所述第一脉冲发生器和第一脉冲接收器均与所述信号放大电路连接，所述信号放大电路与所述第一AD转换器连接，所述第一AD转换器、第一存储器和第一无线通讯模块均与所述第一微处理器连接；

所述智能监控单元包括第二电压检测电路、第二电流检测电路、第二脉冲发生器、第二脉冲接收器、第二AD转换器、第二微处理器、第二存储器和第二无线通讯模块，所述第二电压检测电路和第二电流检测电路均与所述第二脉冲发生器连接，所述第二脉冲发生器和第二脉冲接收器与所述第二AD转换器连接，所述第二AD转换器、第二存储器和第二无线通讯模块均与所述第二微处理器连接；

所述信号放大电路包括电压输入端、电压输出端、第一直流电源、第二直流电源、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容和第一二极管，所述第一电阻的一端与所述电压输出端连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第一三极管的发射极和第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第二直流电源连接，所述第一三极管的集电极分别与所述第二三极管的发射极、第四电阻的一端、第七电阻的一端、第八电阻的一端和第一直流电源连接，所述第一三极管的基极通过所述第二电容分别与所述第二三极管的集电极、第三电阻的一端和第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极与所述第二直流电源连接，所述第二三极管的基极分别与所述第四电阻的另一端、第三电阻的另一端和第三三极管的基极连接，所述第七电阻的另一端与所述第五三极管的发射极连接，所述第五三极管的集电极分别与所述第三三极管的发射极和第四三极管的发射极连接，所述第三三极管的集电极与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端与所述第二直流电源连接，所述第四三极管的集电极与所述第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端分别与所述第二直流电源和第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述第五三极管的基极分别与所述第八电阻的另一端和第九电阻的一端连接并接地，所述第四三极管的基极分别与所述第九电阻的另一端和电压输入端连接，所述第一二极管的型号为S-272T，所述第二电容的电容值为360pF。

在本发明所述的电网信息监控系统中，所述信号放大电路还包括第三电容，所述第三电容的一端与所述第二三极管的基极连接，所述第三电容的另一端与所述第三三极管的基极连接，所述第三电容的电容值为420pF。

在本发明所述的电网信息监控系统中，所述信号放大电路还包括第二二极管，所述第二二极管的阴极与所述第八电阻的一端连接，所述第二二极管的阳极与所述第一直流电源连接，所述第二二极管的型号为S-202T。

在本发明所述的电网信息监控系统中，所述信号放大电路还包括第十电阻，所述第十电阻的一端与所述第一三极管的集电极连接，所述第十电阻的另一端与所述第二三极管的发射极连接，所述第十电阻的阻值为63kΩ。

在本发明所述的电网信息监控系统中，所述第一三极管为PNP型三极管，所述第二三极管、第三三极管、第四三极管和第五三极管均为NPN型三极管。

在本发明所述的电网信息监控系统中，所述第一无线通讯模块和第二无线通讯模块均为蓝牙模块、WIFI模块、GSM模块、GPRS模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块或LoRa模块。

在本发明所述的电网信息监控系统中，所述第一直流电源提供的电压为10V，所述第二直流电源提供的电压为12V。

实施本发明的电网信息监控系统，具有以下有益效果：由于设有包括监控中心服务器、多个智能监控单元以及若干个电网信息采集器，电网信息采集器包括第一电压检测电路、第一电流检测电路、第一脉冲发生器、第一脉冲接收器、信号放大电路、第一AD转换器、第一微处理器、第一存储器和第一无线通讯模块；信号放大电路包括电压输入端、电压输出端、第一直流电源、第二直流电源、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容和第一二极管，该信号放大电路相对于传统的电网监控系统中的电路部分，其使用的元器件较少，这样可以降低硬件成本，另外，第一二极管用于进行限流保护，第二电容用于防止第一三极管与第二三极管之间的干扰，因此电路结构较为简单、成本较低、电路的安全性和可靠性较高。

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为本发明电网信息监控系统一个实施例中的结构示意图；

图2为所述实施例中电网信息采集器的结构示意图；

图3为所述实施例中智能监控单元的结构示意图；

图4为所述实施例中信号放大电路的电路原理图。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

在本发明电网信息监控系统实施例中，该电网信息监控系统的结构示意图如图1所示。图1中，该电网信息监控系统包括包括监控中心服务器1、多个智能监控单元2以及若干个电网信息采集器3，其中，监控中心服务器1通过无线网络与多个智能监控单元2连接，每个智能监控单元2均通过无线网络与多个电网信息采集器3连接，智能监控单元2根据与其无线连接的电网信息采集器3的采集信息，分析可能出现的电网故障并将其发送给监控中心服务器1，监控中心服务器1控制智能监控单元2和与其连接的一个或多个电网信息采集器3之间的连接关系。

图2为本实施例中电网信息采集器的结构示意图，图2中，该电网信息采集器3包括第一电压检测电路31、第一电流检测电路32、第一脉冲发生器33、第一脉冲接收器34、信号放大电路35、第一AD转换器36、第一微处理器37、第一存储器38和第一无线通讯模块39，其中，第一电压检测电路31和第一电流检测电路32均与第一脉冲发生器33连接，第一脉冲发生器33和第一脉冲接收器34均与信号放大电路35连接，信号放大电路35与第一AD转换器36连接，第一AD转换器36、第一存储器38和第一无线通讯模块39均与第一微处理器37连接。

图3为本实施例中智能监控单元的结构示意图，图3中，智能监控单元2包括第二电压检测电路21、第二电流检测电路22、第二脉冲发生器23、第二脉冲接收器24、第二AD转换器25、第二微处理器26、第二存储器27和第二无线通讯模块28，其中，第二电压检测电路21和第二电流检测电路22均与第二脉冲发生器23连接，第二脉冲发生器23和第二脉冲接收器24与第二AD转换器25连接，第二AD转换器25、第二存储器27和第二无线通讯模块28均与第二微处理器26连接。

本实施例中，电网信息采集器3利用其第一电压检测电路31、第一电流检测电路32采集其所在电网线路上的电压、电流和相位等参数，根据第一存储器38中保存的短路、超负荷、断路、低电流、低电压、三相相序不对应故障时电压和电流的特征，判断是否发生了相应的故障以及判断是否出现了辅助故障。该辅助故障是根据电网运行过程中遇到过的难以判断故障是由某电网线路、设备自身引起的还是由其他线路或设备干扰和作用而引起的，需要借由智能监控单元2判别的故障。辅助故障也被事先存储到第一存储器38中。如果检测到的电压、电流和相位等参数不符合第一存储器38中预先存储的故障特征，则确定此次检测未发现问题，反之，则直接通过第一无线通讯模块39向监控中心服务器1报警。如果确定出现了辅助故障，则向与其通讯的智能监控单元2进行通讯。

智能监控单元2接收到上述辅助故障的信息以后，根据其自身的第二存储器27中预先存储的故障特征查找是否属于可能的短路、超负荷、断路、继电器击穿和低功率等故障。如果是，则向上报辅助故障的电网信息采集器3发送调试脉冲，进行在线调试。调试完成后再根据第二存储器27中存储的与其相连的电网信息采集器3的路由图，连接与上报辅助故障的电网信息采集器3相关的其他线路的电网信息采集器3。然后，向其他线路的电网信息采集器3发送脉冲信息。

本实施例中，在其他线路的电网信息采集器3中，其第一脉冲发生器33根据第一无线通讯模块39接收到的来自智能监控单元2的信息，产生在线调试/检测脉冲，发送到相应的电网线路上。该电网线路上的其他电网信息采集器3接收到该在线调试/检测脉冲时，不进行处理而直接返回该脉冲。发射该在线调试/检测脉冲的电网信息采集器3的第一脉冲接收器34接收由其他电网信息采集器3返回的脉冲。该返回的脉冲经过第一AD转换器36转换为数字信号并被第一无线通讯模块39发送到与该电网信息采集器3无线通讯的智能监控单元2。智能监控单元2的第二微处理器26根据其第二存储器27中存储的故障特征进行诊断，如果无法诊断出结果，则将上报辅助故障的电网信息采集器3、上述其他线路上的电网信息采集器3发送过来的信息以及调试脉冲均发送给监控中心服务器1，监控中心服务器1根据其中存储的其他智能监控单元2有的状态给出一种或多种故障的发生概率判断。这种发生概率判断是基于预先存储到监控中心服务器1的故障情形以及依据例如神经网络算法得到的。

值得一提的是，本实施例中，第一无线通讯模块39和第二无线通讯模块28均可以为蓝牙模块、WIFI模块、GSM模块、GPRS模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块或LoRa模块等。通过设置多种无线通讯方式，以增加通讯方式的灵活性，满足不同用户和不同场合的需求。尤其是采用LoRa模块时，其通讯距离较远，且通讯性能较为稳定，适用于对通讯质量要求较高的场合。

图4为本实施例中信号放大电路的电路原理图，图4中，信号放大电路35包括电压输入端Vin、电压输出端Vo、第一直流电源VCC、第二直流电源VDD、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4、第五三极管Q5、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第一电容C1、第二电容C2和第一二极管D1，其中，第一电阻R1的一端与电压输出端Vo连接，第一电阻R1的另一端分别与第一三极管Q1的发射极和第二电阻R2的一端连接，第二电阻R2的另一端与第二直流电源VDD连接，第一三极管Q1的集电极分别与第二三极管Q2的发射极、第四电阻R4的一端、第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端和第一直流电源VCC连接，第一三极管Q1的基极通过第二电容C2分别与第二三极管Q2的集电极、第三电阻R3的一端和第一二极管D1的阳极连接，第一二极管D1的阴极与第二直流电源VDD连接，第二三极管Q2的基极分别与第四电阻R4的另一端、第三电阻R3的另一端和第三三极管Q3的基极连接，第七电阻R7的另一端与第五三极管Q5的发射极连接，第五三极管Q5的集电极分别与第三三极管Q3的发射极和第四三极管Q4的发射极连接，第三三极管Q3的集电极与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端与第二直流电源VDD连接，第四三极管Q4的集电极与第六电阻R6的一端连接，第六电阻R6的另一端分别与第二直流电源VDD和第一电容C1的一端连接，第一电容C1的另一端接地，第五三极管Q5的基极分别与第八电阻R8的另一端和第九电阻R9的一端连接并接地，第四三极管Q4的基极分别与第九电阻R9的另一端和电压输入端Vin连接。

该信号放大电路35相对于传统的电网监控系统中的电路部分，其使用的元器件较少，电路结构较为简单，这样可以降低硬件成本。第一二极管D1为限流二极管，用于第二三极管Q2的集电极电流进行限流保护，第二电容C2为耦合电容，用于防止第一三极管Q1与第二三极管Q2之间的干扰，因此电路的安全性和可靠性较高。值得一提的是，本实施例中，第一二极管D1的型号为S-272T，第二电容C2的电容值为360pF，当然，在实际应用中，第一二极管D1也可以采用其他型号具有类似功能的二极管，第二电容C2的电容值也可以根据具体情况进行相应调整。

该信号放大电路35的输出级采用射极跟随器电路，输入级是第三三极管Q3和第四三极管Q4构成的差动放大器电路，第五三极管Q5为恒流源负载。第五三极管Q5的电流流经第四三极管Q4和第三三极管Q3，以提高交流阻抗，提高增益，由此，高频时也能获得稳定增益。第七电阻R7和第八电阻R8是决定恒流源负载第五三极管Q5的偏置电流的电阻，即第四三极管Q4和第三三极管Q3的差动电流，提高共模抑制比CMRR。第九电阻R9是决定第四三极管Q4的电平的偏置电阻，并决定输入阻抗大小。

值得一提的是，本实施例中，第一三极管Q1为PNP型三极管，第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4和第五三极管Q5均为NPN型三极管。当然，在实际应用中，第一三极管Q1也可以为NPN型三极管，第二三极管Q2、第三三极管Q3、第四三极管Q4和第五三极管Q5也可以均为PNP型三极管，但这时电路的结构也要相应发生变化。本实施例中，第一直流电源VCC提供的电压为10V，第二直流电源VDD提供的电压为12V，当然，在实际应用中，第一直流电源VCC和第二直流电源VDD提供的电压可以根据具体情况进行相应调整。

本实施例中，该信号放大电路35还包括第三电容C3，第三电容C3的一端与第二三极管Q2的基极连接，第三电容C3的另一端与第三三极管Q3的基极连接。第三电容C3为耦合电容，用于防止第二三极管Q2与第三三极管Q3之间的干扰，以进一步增强电路的安全性和可靠性。值得一提的是，本实施例中，第三电容C3的电容值为420pF，当然，在实际应用中，第三电容C3的电容值可以根据具体情况进行相应调整。

本实施例中，该信号放大电路35还包括第二二极管D2，第二二极管D2的阴极与第八电阻R8的一端连接，第二二极管D2的阳极与第一直流电源VCC连接。第二二极管D2为限流二极管，用于对第一三极管Q1与第一直流电源VCC之间的支路进行限流保护，以更进一步增强电路的安全性和可靠性。值得一提的是，本实施例中，第二二极管D2的型号为S-202T，当然，在实际应用中，第二二极管D2也可以采用其他型号具有类似功能的二极管。

本实施例中，该信号放大电路35还包括第十电阻R10，第十电阻R10的一端与第一三极管Q1的集电极连接，第十电阻R10的另一端与第二三极管Q2的发射极连接。第十电阻R10为限流电阻，用于对第一三极管Q1的集电极电流进行限流保护，以使得电路的安全性和可靠性。值得一提的是，第十电阻R10的阻值为63kΩ，当然，在实际应用中，第十电阻R10的阻值可以根据具体情况进行相应调整。

总之，本实施例中，该信号放大电路35相对于传统的电网监控系统中的电路部分，其使用的元器件较少，电路结构较为简单，这样可以降低硬件成本。另外，该信号放大电路35中设有限流二极管和耦合电容，因此电路的安全性和可靠性较高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电网信息监控系统，其特征在于，包括监控中心服务器、多个智能监控单元以及若干个电网信息采集器，所述监控中心服务器通过无线网络与多个所述智能监控单元连接，每个所述智能监控单元均通过无线网络与多个所述电网信息采集器连接，所述智能监控单元根据与其无线连接的电网信息采集器的采集信息，分析可能出现的电网故障并将其发送给所述监控中心服务器，所述监控中心服务器控制所述智能监控单元和与其连接的一个或多个所述电网信息采集器之间的连接关系；

所述电网信息采集器包括第一电压检测电路、第一电流检测电路、第一脉冲发生器、第一脉冲接收器、信号放大电路、第一AD转换器、第一微处理器、第一存储器和第一无线通讯模块，所述第一电压检测电路和第一电流检测电路均与所述第一脉冲发生器连接，所述第一脉冲发生器和第一脉冲接收器均与所述信号放大电路连接，所述信号放大电路与所述第一AD转换器连接，所述第一AD转换器、第一存储器和第一无线通讯模块均与所述第一微处理器连接；

所述智能监控单元包括第二电压检测电路、第二电流检测电路、第二脉冲发生器、第二脉冲接收器、第二AD转换器、第二微处理器、第二存储器和第二无线通讯模块，所述第二电压检测电路和第二电流检测电路均与所述第二脉冲发生器连接，所述第二脉冲发生器和第二脉冲接收器与所述第二AD转换器连接，所述第二AD转换器、第二存储器和第二无线通讯模块均与所述第二微处理器连接；

所述信号放大电路包括电压输入端、电压输出端、第一直流电源、第二直流电源、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容和第一二极管，所述第一电阻的一端与所述电压输出端连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第一三极管的发射极和第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第二直流电源连接，所述第一三极管的集电极分别与所述第二三极管的发射极、第四电阻的一端、第七电阻的一端、第八电阻的一端和第一直流电源连接，所述第一三极管的基极通过所述第二电容分别与所述第二三极管的集电极、第三电阻的一端和第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极与所述第二直流电源连接，所述第二三极管的基极分别与所述第四电阻的另一端、第三电阻的另一端和第三三极管的基极连接，所述第七电阻的另一端与所述第五三极管的发射极连接，所述第五三极管的集电极分别与所述第三三极管的发射极和第四三极管的发射极连接，所述第三三极管的集电极与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端与所述第二直流电源连接，所述第四三极管的集电极与所述第六电阻的一端连接，所述第六电阻的另一端分别与所述第二直流电源和第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端接地，所述第五三极管的基极分别与所述第八电阻的另一端和第九电阻的一端连接并接地，所述第四三极管的基极分别与所述第九电阻的另一端和电压输入端连接，所述第一二极管的型号为S-272T，所述第二电容的电容值为360pF。

2.根据权利要求1所述的电网信息监控系统，其特征在于，所述信号放大电路还包括第三电容，所述第三电容的一端与所述第二三极管的基极连接，所述第三电容的另一端与所述第三三极管的基极连接，所述第三电容的电容值为420pF。

3.根据权利要求2所述的电网信息监控系统，其特征在于，所述信号放大电路还包括第二二极管，所述第二二极管的阴极与所述第八电阻的一端连接，所述第二二极管的阳极与所述第一直流电源连接，所述第二二极管的型号为S-202T。

4.根据权利要求3所述的电网信息监控系统，其特征在于，所述信号放大电路还包括第十电阻，所述第十电阻的一端与所述第一三极管的集电极连接，所述第十电阻的另一端与所述第二三极管的发射极连接，所述第十电阻的阻值为63kΩ。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的电网信息监控系统，其特征在于，所述第一三极管为PNP型三极管，所述第二三极管、第三三极管、第四三极管和第五三极管均为NPN型三极管。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的电网信息监控系统，其特征在于，所述第一无线通讯模块和第二无线通讯模块均为蓝牙模块、WIFI模块、GSM模块、GPRS模块、CDMA模块、CDMA2000模块、WCDMA模块、TD-SCDMA模块、Zigbee模块或LoRa模块。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的电网信息监控系统，其特征在于，所述第一直流电源提供的电压为10V，所述第二直流电源提供的电压为12V。