CN108593991A - 基于无线通讯的停电告警装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于无线通讯的停电告警装置及方法，主要应用于电网技术领域。智能电表停电告警装置，包括：停电检测电路、超级电容模块和通讯模块，其中，停电检测电路，输入端分别连接智能电表供电电源和参考电源电压，输出端分别连接超级电容模块和通讯模块，作为触发超级电容模块启动放电的条件；超级电容模块，与通讯模块相连，根据停电检测电路输出，启动放电为通讯模块供电；通讯模块，对停电检测电路输出端的信号进行采样，若为停电信号，则产生告警事件上报。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于无线通讯的停电告警装置及方法，主要应用于电网技术领域。
背景技术
在目前的用电信息采集系统中，智能电表发生停电时，将产生停电告警事件，由于停电造成智能电表上的通讯模块不能工作，只能将停电告警事件信息保存到电表中，在下次上电后再将停电告警事件上报给网关单元，通过网关单元上报给监控主站。
由于事件是下次上电才会上报，因此上报事件的时间不确定。这样会造成事件上报不及时，从而使得电网管理人员不能及时发现智能电表停电，也就不能及时对停电的智能电表维护。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种基于无线通讯的停电告警装置、系统及方法，将智能电表停电事件实时上报。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，
智能电表停电告警装置，包括：停电检测电路、超级电容模块和通讯模块，其中，
停电检测电路，输入端分别连接智能电表供电电源和参考电源电压，输出端分别连接超级电容模块和通讯模块，作为触发超级电容模块启动放电的条件；
超级电容模块，与通讯模块相连，根据停电检测电路输出，启动放电为通讯模块供电；
通讯模块，对停电检测电路输出端的信号进行采样，若为停电信号，则产生告警事件上报。
作为优选，所述超级电容模块包括限流电路、超级电容均压电路、开关电路和切换电路，其中，
限流电路，输入端连接智能电表供电电源，输出端连接超级电容均压电路，为超级电容充电；
超级电容均压电路，与限流电路输出端相连，同时与开关电路相连，在开关电路导通时为通讯模块供电；
开关电路，控制端与切换电路相连，其余两端分别与超级电容均压电路和通讯模块相连；
切换电路，输入端与停电检测电路输出端相连，根据停电检测电路输出，控制开关电路导通或断开。
作为优选，所述切换电路包括三极管Q4和三极管Q3，其中三极管Q4基极连接停电检测电路的输出端，集电极接三极管Q3的基极，发射极接地；三极管Q3集电极接开关电路控制端，发射极接地。
作为优选，所述告警系统还包括电源转换电路，其输入端分别连接智能电表供电电源和开关电路电压输出端，其输出端连接通讯模块，为通讯模块供电。
基于无线通讯的智能电表停电告警系统，包括，监控主站、网关、智能电表，其中，
网关，与智能电表通过无线连接，用于接收智能电表上报的告警事件；
监控主站，与所述网关通过无线连接，一方面接收网管采集的停电告警事件，另一方面向网关发送命令；
所述智能电表包含前述的停电告警装置。
基于无线通讯的智能电表停电告警方法，其特征在于包括：
A、智能电表停电后，超级电容模块给该停电智能电表的通讯模块供电，同时通讯模块检测到停电后，产生告警事件存入缓存区，并设置随机时间T2；
B、随机时间T2计时结束后，将告警事件上报网关。
作为优选，所述掉电智能电表设置重发时间T1；若在重发时间T1计时结束前，所述掉电智能电表收到网关发送的确认帧，则清除告警事件，否则在重发时间T1计时结束后，重新上报告警事件。
基于无线通讯的智能电表停电告警方法，包括：
A、智能电表停电后，超级电容模块给该停电智能电表的通讯模块供电，同时通讯模块检测到停电后，产生告警事件存入缓存区；或者智能电表接收到其从节点的告警事件后，将其存入缓存区；设置间隔时间T3；
B、间隔时间T3时间段内，收到其他子节点的告警事件，则对间隔时间T3重新计时；否则，将其缓存区的告警事件上报其父节点；
C、父节点接收告警事件的同时记录所述间隔时间T3，执行步骤B，逐级上报，直至所述告警事件上报至网关。
作为优选，从节点完成一次上报后，在重发时间T1内其父节点没有上报或上报的信息中不包含自己的告警事件，则上报告警事件；否则，清除告警事件。
作为优选，所述步骤B为：间隔时间T3时间段内，未收到其他子节点的告警事件，或者重发时间T1计时结束，将其缓存区的告警事件上报其父节点；间隔时间T3时间段内，收到其他子节点的告警事件，则对间隔时间T3重新计时。
本发明与现有技术相比有如下优点和效果：
1、本发明设置超级电容模块和停电检测电路，在停电时由超级电容为通讯模块供电，通讯模块通过停电检测电路检测到停电后，产生告警事件进行上报，从而实现智能电表停电后实时上报停电告警事件，为电网监控人员及时展现电网中的智能电表停电情况。
监控主站监控到单只智能电表停电告警事件，可以判断出进户线故障，需要安排人员排查问题。
监控主站监控到多个停电告警事件的智能电表来自一个相线，可以判断出进变压器端输出相线故障，需要及时安排维护人员现场排查问题。
监控主站监控到台区智能电表都上报停电告警事件，可以判断出进变压器端故障，需要紧急安排维护人员现场排查问题。
2、采用层层上报的方法，减少报文阻塞和冲突，并减少发送报文次数。
3、本发明仅对目前的用电信息采集系统进行升级改造，不需要更换智能电表，节省安装成本，只需要更换通讯部分即能支持实时停电事件上报，降低改造成本。
附图说明
图1是本发明停电告警装置框图。
图2是本发明停电告警装置中超级电容模块和停电检测电路的电路图。
图3是本发明停电告警网络示意图。
图4是本发明停电告警流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做详细的介绍。
如图1所示，本实施例智能电表停电告警装置，包括：停电检测电路1、超级电容模块2和通讯模块3，其中，
停电检测电路1，输入端分别连接智能电表供电电源和参考电源电压，输出端分别连接超级电容模块2和通讯模块3，作为触发超级电容模块2启动放电的条件；
超级电容模块2，与通讯模块3相连，根据停电检测电路1输出，启动放电为通讯模块3供电；
通讯模块3，对停电检测电路1输出端的信号进行采样，若为停电信号，则产生告警事件上报。
作为优选，所述超级电容模块2包括限流电路2-1、超级电容均压电路2-2、开关电路2-3和切换电路2-4，其中，
限流电路2-1，输入端连接智能电表供电电源，输出端连接超级电容均压电路2-2，为超级电容充电；
超级电容均压电路2-2，与限流电路2-1输出端相连，同时与开关电路2-3相连，在开关电路2-3导通时为通讯模块3供电；
开关电路2-3，控制端与切换电路2-4相连，其余两端分别与超级电容均压电路2-2和通讯模块3相连；
切换电路2-4，输入端与停电检测电路1输出端相连，根据停电检测电路1输出，控制开关电路2-3导通或断开。
所述切换电路2-4包括三极管Q4和三极管Q3，其中三极管Q4基极连接停电检测电路1的输出端，集电极接三极管Q3的基极，发射极接地；三极管Q3集电极接开关电路2-3控制端，发射极接地。
所述开关电路2-3包括一PMOS管Q2，其G极连接三极管Q3的集电极，D极连接通讯模块3，S极连接超级电容均压电路2-2。
所述超级电容均压电路2-2包括串联的三个超级电容E1、E2、E3，以及分别并联于E1上起均压作用的稳压芯片U2、并联于E2上起均压作用的稳压芯片U3、并联于E3上起均压作用的稳压芯片U4。
所述告警系统还包括电源转换电路4，其输入端分别连接智能电表供电电源和开关电路2-3电压输出端(Q2的D极)，其输出端连接通讯模块3，为通讯模块3供电。
所述通讯模块3包括依次相连的MCU、RF射频模块和天线，其中MCU用于对停电检测电路1输出端的信号进行采样，若为停电信号，则产生告警事件，通过RF射频模块和天线进行上报。
在市电未停电时，采用交流转直流的转换电路(AC-DC电路)，产生直流电，作为智能电表供电电源，为设备和通讯模块供电。
在市电未停电时，对超级电容E1、E2、E3进行充电，电源通过R6、Q1、D4、D5组成的限流电路进行恒流充电，防止上电时充电电流过大造成前端电源电压跌落。另外，U2/U3/U4起到均压作用，使得每个超级电容充电到2.7V左右，三个超级电容，E1/E2/E3串联后电压最大可达2.7V*3＝8.1V。
在市电未停电时，智能电表供电电源经电源转换电路4为无线通讯模块3提供工作电源，模块正常工作。此时，停电检测电路1通过比较器U1采集智能电表供电电源和参考电源电压进行比较，比较器电路输出高电平，Q2、Q3、Q4组成控制电路，保持开关电路2-3的PMOS管Q2断开，即使用智能电表供电电源供电。通讯模块3的MCU采样到比较器输出的高电平，判断出此时为非停电状态，不进行停电告警处理。
当市电停电时，停电检测电路1中的Vin骤降为低电平，参考电源电压靠Vout输出端的电解电容维持暂存，此时，停电检测电路1通过比较器U1采集智能电表供电电源电压和参考电源电压进行比较，比较器电路输出低电平，因此Q2、Q3、Q4组成控制电路中NOPOWER为0，三极管Q4、Q3导通，触发PMOS管Q2导通，那么就实现了VBAT对POWLM供电，从而打开超级电容供电的通路，即使用超级电容为无线通讯模块供电。同时，MCU采样到比较器输出的低电平，判断出此时为停电状态，进行停电告警处理。
如图3所示，一种基于无线通讯的停电告警系统，包括监控主站、网关、多个智能电表(包含前述停电告警装置)，所述网关与智能电表之间通过无线通讯连接，网关用于接收智能电表上报的数据和告警事件；所述网关与所述监控主站之间通过GPRS/3G/4G无线通讯连接，用于将不同采集点的数据发送至监控主站(网关将接收到的停电告警事件再上报给监控主站)以及接收监控主站的命令数据。
基于无线通讯的智能电表停电告警方法，包括：
A、智能电表停电后，超级电容模块(2)给该停电智能电表的通讯模块(3)供电，同时通讯模块(3)检测到停电后，产生告警事件存入缓存区，并设置随机时间T2；
B、随机时间T2计时结束后，将告警事件上报网关。
作为优选，所述掉电智能电表设置重发时间T1；若在重发时间T1计时结束前，所述掉电智能电表收到网关发送的确认帧，则清除告警事件，否则在重发时间T1计时结束后，重新上报告警事件。
基于无线通讯的智能电表停电告警方法，包括：
A、智能电表停电后，超级电容模块2给该停电智能电表的通讯模块3供电，同时通讯模块3检测到停电后，产生告警事件存入缓存区；或者智能电表接收到其从节点的告警事件后，将其存入缓存区；设置间隔时间T3；
B、间隔时间T3时间段内，收到其他子节点的告警事件，则对间隔时间T3重新计时；否则，将其缓存区的告警事件上报其父节点；
C、父节点接收告警事件的同时记录所述间隔时间T3，执行步骤B，逐级上报，直至所述告警事件上报至网关。
作为优选，从节点完成一次上报后，在重发时间T1内其父节点没有上报或上报的信息中不包含自己的告警事件，则上报告警事件；否则，清除告警事件。
作为优选，所述步骤B为：间隔时间T3时间段内，未收到其他子节点的告警事件，或者重发时间T1计时结束，将其缓存区的告警事件上报其父节点；间隔时间T3时间段内，收到其他子节点的告警事件，则对间隔时间T3重新计时。
实施例1：如图3、图4所示，1级路由节点的智能电表停电告警。例如智能电表C掉电，超级电容模块2给该掉电智能电表的通讯模块3供电，通讯模块3的MCU采样到停电检测电路1输出的低电平，判断出此时为停电状态，产生告警事件存入缓存区，并设置随机时间T2(避免多个节点同时告警)；在随机时间T2计时结束后将告警事件上报到网关单元，并设置重发时间T1计时，网关单元收到告警事件后给智能电表C发送确认帧。智能电表C收到确认帧后，清除告警事件，否则在T1计时结束后重新发送该告警事件。
实施例2：如图3、图4所示，大于1级路由节点的智能电表停电告警。例如智能电表A1掉电，超级电容模块2给该掉电智能电表的通讯模块3供电，通讯模块3的MCU采样到停电检测电路1输出的低电平，判断出此时为停电状态，产生告警事件存入缓存区，并设置随机时间T2；在随机时间T2计时结束后将停电信息上报给父节点智能电表A，并设置重发时间T1计时。智能电表A将接收到的告警事件存储到缓存区，记录重发时间T1并设置间隔时间T3。当智能电表A收到其他子节点的告警事件则对间隔时间T3重新计时。当智能电表A的T3或者T1计时到，将缓存区的告警事件上报给网关单元(T3时间段内没有收到从节点的告警事件，智能电表A在T3计时结束时，将缓存区的告警事件上报给网关单元；或者智能电表A接收到的从节点告警事件过多，导致间隔时间T3从设置之时起到计时结束的总时间超过T1，则智能电表A在T1计时结束时，将缓存区的告警事件上报给网关单元，以避免从节点重复上报)并设置重发时间T1，收到网关确认帧后清除告警事件，否则在T1计时到时重新向网关发送告警事件。当智能电表A1接收智能电表A上报的告警事件包含本电表的告警事件，则清除告警事件，否则在T1计时后重新上报告警事件。
实施例3：如图3、图4所示，大面积停电，例如智能电表B、智能电表B1、智能电表B2、智能电表B3、智能电表B11、智能电表B21、智能电表B22、智能电表B223掉电。对于中继节点智能电表B2，超级电容模块2给该智能电表B2的通讯模块3供电，通讯模块3的MCU采样到停电检测电路1输出的低电平，判断出此时为停电状态，产生告警事件并将自己的告警事件存到告警缓存区，并设置重发时间T1和间隔时间T3；接收智能电表B21、智能电表B22、智能电表B23的告警事件，存储到缓存区并重新设置间隔时间T3或对间隔时间T3重新计时。当智能电表B2的T1或者T3时间到，将缓存区的告警事件都上报给父节点智能电表B，并重新设置T1。当智能电表B21、智能电表B22、智能电表B23接收到智能电表B2上报信息包含自己的告警，则清除告警事件，否则在T1计时后重新发送告警事件。依次类推智能电表B按照前述方法收集其子节点的告警事件统一上报给网关。
从节点在上报一次后，都会在T1时间内监控父节点的上报：在T1时间内父节点没有上报或者上报的信息没有包含自己，则从节点需要重发告警事件。
Claims (10)
1.一种智能电表停电告警装置，其特征在于包括：停电检测电路(1)、超级电容模块(2)和通讯模块(3)，其中，
停电检测电路(1)，输入端分别连接智能电表供电电源和参考电源电压，输出端分别连接超级电容模块(2)和通讯模块(3)，作为触发超级电容模块(2)启动放电的条件；
超级电容模块(2)，与通讯模块(3)相连，根据停电检测电路(1)输出，启动放电为通讯模块(3)供电；
通讯模块(3)，对停电检测电路(1)输出端的信号进行采样，若为停电信号，则产生告警事件上报。
2.根据权利要求1所述的智能电表停电告警装置，其特征在于：所述超级电容模块(2)包括限流电路(2-1)、超级电容均压电路(2-2)、开关电路(2-3)和切换电路(2-4)，其中，
限流电路(2-1)，输入端连接智能电表供电电源，输出端连接超级电容均压电路(2-2)，为超级电容充电；
超级电容均压电路(2-2)，与限流电路(2-1)输出端相连，同时与开关电路(2-3)相连，在开关电路(2-3)导通时为通讯模块(3)供电；
开关电路(2-3)，控制端与切换电路(2-4)相连，其余两端分别与超级电容均压电路(2-2)和通讯模块(3)相连；
切换电路(2-4)，输入端与停电检测电路(1)输出端相连，根据停电检测电路(1)输出，控制开关电路(2-3)导通或断开。
3.根据权利要求2所述的智能电表停电告警装置，其特征在于：所述切换电路(2-4)包括三极管Q4和三极管Q3，其中三极管Q4基极连接停电检测电路(1)的输出端，集电极接三极管Q3的基极，发射极接地；三极管Q3集电极接开关电路(2-3)控制端，发射极接地。
4.根据权利要求2所述的智能电表停电告警装置，其特征在于：所述告警系统还包括电源转换电路(4)，其输入端分别连接智能电表供电电源和开关电路(2-3)电压输出端，其输出端连接通讯模块(3)，为通讯模块(3)供电。
5.一种基于无线通讯的智能电表停电告警系统，包括，监控主站、网关、智能电表，其中，
网关，与智能电表通过无线连接，用于接收智能电表上报的告警事件；
监控主站，与所述网关通过无线连接，一方面接收网管采集的停电告警事件，另一方面向网关发送命令；
其特征在于：所述智能电表包含权利要求1-3任意一项所述的停电告警装置。
6.一种基于无线通讯的智能电表停电告警方法，其特征在于包括：
A、智能电表停电后，超级电容模块(2)给该停电智能电表的通讯模块(3)供电，同时通讯模块(3)检测到停电后，产生告警事件存入缓存区，并设置随机时间T2；
B、随机时间T2计时结束后，将告警事件上报网关。
7.根据权利要求6所述的基于无线通讯的智能电表停电告警方法，其特征在于：所述掉电智能电表设置重发时间T1；若在重发时间T1计时结束前，所述掉电智能电表收到网关发送的确认帧，则清除告警事件，否则在重发时间T1计时结束后，重新上报告警事件。
8.一种基于无线通讯的智能电表停电告警方法，其特征在于包括：
A、智能电表停电后，超级电容模块(2)给该停电智能电表的通讯模块(3)供电，同时通讯模块(3)检测到停电后，产生告警事件存入缓存区；或者智能电表接收到其从节点的告警事件后，将其存入缓存区；设置间隔时间T3；
B、间隔时间T3时间段内，收到其他子节点的告警事件，则对间隔时间T3重新计时；否则，将其缓存区的告警事件上报其父节点；
C、父节点接收告警事件的同时记录所述间隔时间T3，执行步骤B，逐级上报，直至所述告警事件上报至网关。
9.根据权利要求8所述的基于无线通讯的智能电表停电告警方法，其特征在于：从节点完成一次上报后，在重发时间T1内其父节点没有上报或上报的信息中不包含自己的告警事件，则上报告警事件；否则，清除告警事件。
10.根据权利要求8或9所述的基于无线通讯的智能电表停电告警方法，其特征在于，所述步骤B为：间隔时间T3时间段内，未收到其他子节点的告警事件，或者重发时间T1计时结束，将其缓存区的告警事件上报其父节点；间隔时间T3时间段内，收到其他子节点的告警事件，则对间隔时间T3重新计时。
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