CN108896821A - 一种低压台区负荷识别装置 - Google Patents

Abstract

一种低压台区负荷识别装置，涉及低压台区负荷检测领域。本发明是为了解决采用现有检测方式检测低压台区负荷相线信息，有可能使通信受阻，导致低压台区负荷检测失败的问题。在信号输入端采用三个一号整流稳压电路分别采集三相交流电源电压，并将每相电压变成三个直流电源，每个直流电源输入到一个过零点脉冲检测电路中，用于检测检测工频电压过零点位置，从而输出过零点脉冲信号，过零点脉冲信号输入到每个相线信息编码调制电路，实现对三相交流电源的调制；在信号输出端采用三个二号整流稳压电路分别从用户侧电源中采集电压调制后的三相交流电，得到低频电压信号，从中解析出相线信息数据，实现对低压台区负荷相位信息的识别。用于识别负荷。

Description

一种低压台区负荷识别装置

技术领域

本发明涉及一种采用过零点调制信号的方式识别低压配电网相线信息的方法。属于低压台区负荷检测领域。

背景技术

目前国内市场上的低压台区负荷检测装置多是基于高频载波信号，传输距离短、误码率高、台区负荷检测与识别正确率较低。国外主要采用过零调制载波信号的方法检测低压台区负荷相位，过零调制载波信号系统的主要信号检测手段是基于时域方法，但是该方法对于电力配电网络的环境具有一定的要求，当配电网中存在强干扰和冲击干扰的情况下，过零调制载波系统的误码率较高，虽然能够通过信息重发和校验纠码以降低通信速率的方法，提高低压台区负荷检测准确率，但在低压台区受到大干扰信号的冲击下有可能使通信受阻，导致低压台区负荷检测失败。

在这种情况下，针对国内低压配电网具体情况自主开发过零调制载波信号技术就十分必要。

发明内容

本发明是为了解决采用现有检测方式检测低压台区负荷相线信息，有可能使通信受阻，导致低压台区负荷检测失败的问题。现提供一种低压台区负荷识别装置。

一种低压台区负荷识别装置，它包括信号发射端和信号接收端，

信号发射端包括三个一号整流稳压电路1、三个过零点脉冲检测电路2和三个相线信息编码调制电路3，

三个一号整流稳压电路1，用于将低压配电网变压器的三相交流电源分别转变为三相直流电源，并经过稳压后输出三相稳定直流电源，

每个过零点脉冲检测电路2，用于接收一相稳定直流电源，根据该直流电源检测每相交流电源中的工频电压过零点脉冲信号，

每个相线信息编码调制电路3，用于接收一相工频电压过零点脉冲信号，并将该信号转变为相线信息调制码，该相线信息调制码通过一个一号整流稳压电路1的变压器U7耦合至低压配电网变压器的一相交流电源中，实现对低压配电网变压器的三相电源进行电压调制；

信号接收端包括三个二号整流稳压电路4和三个相线信息检测电路5，

三个二号整流稳压电路4，接入用户侧电源中，用于从用户侧电源中接收电压调制后的三相交流电，将该三相交流电转变为三相直流电源，并经过稳压后输出三相稳定直流电源，

每个相线信息检测电路5，用于接收一相稳定直流电源，过滤掉该稳定直流电源的高频干扰，得到低频电压信号，从该低频电压信号中解析出相线信息数据，实现对低压台区负荷相位信息的识别。

本发明的有益效果为：

本申请在信号输入端采用三个一号整流稳压电路分别采集三相交流电源电压，并将每相电压变成三个直流电源，每个直流电源输入到一个过零点脉冲检测电路中，用于检测检测工频电压过零点位置，从而输出过零点脉冲信号，过零点脉冲信号输入到计数器，输出过零点脉冲计数时钟，过零点脉冲计数时钟再输入到数据选择器，按照相线信息调制码(8位)依次循环输出相线信息调制码，相线信息调制码输入到三极管，输出控制信号控制光电隔离器U8，输出控制信号控制可控硅U9，从而输出相线信息调制信号，该调制信号通过变压器U1耦合至低压配电网变压器的三相交流电源中，实现对三相交流电源的调制。本申请在信号输出端采用三个二号整流稳压电路分别从用户侧电源中采集电压调制后的三相交流电，并将每相电压变成三个直流电源，过滤掉该直流电源的高频干扰，得到低频电压信号，从该低频电压信号中解析出相线信息数据，实现对低压台区负荷相位信息的识别。采用本申请的方式对低压台区负荷相位信息进行识别，信息识别准确，并且不会出现通信受阻的情况。采用本申请对380V低压配电网进行定点负荷检测的时间小于2分钟，识别正确率达到99％。本申请能够识别出380V低压配电网变压器台区被检测点的相线属性，能够为低压配电网的管理提供科学化、现代化的数据基础。

附图说明

图1为具体实施方式一所述的一种低压台区负荷识别装置的原理示意图；

图2为每个过零点脉冲检测电路的电路原理图；

图3为每个相线信息编码调制电路的电路原理图；

图4为每个一号整流稳压电路的电路原理图；

图5为每个二号整流稳压电路的电路原理图；

图6为每个相线信息检测电路的电路原理图。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种低压台区负荷识别装置，它包括信号发射端和信号接收端，

信号发射端包括三个一号整流稳压电路1、三个过零点脉冲检测电路2和三个相线信息编码调制电路3，

三个一号整流稳压电路1，用于将低压配电网变压器的三相交流电源分别转变为三相直流电源，并经过稳压后输出三相稳定直流电源，

每个过零点脉冲检测电路2，用于接收一相稳定直流电源，根据该直流电源检测每相交流电源中的工频电压过零点脉冲信号，

每个相线信息编码调制电路3，用于接收一相工频电压过零点脉冲信号，并将该信号转变为相线信息调制码，该相线信息调制码通过一个一号整流稳压电路1的变压器U7耦合至低压配电网变压器的一相交流电源中，实现对低压配电网变压器的三相电源进行电压调制；

信号接收端包括三个二号整流稳压电路4和三个相线信息检测电路5，

三个二号整流稳压电路4，接入用户侧电源中，用于从用户侧电源中接收电压调制后的三相交流电，将该三相交流电转变为三相直流电源，并经过稳压后输出三相稳定直流电源，

每个相线信息检测电路5，用于接收一相稳定直流电源，过滤掉该稳定直流电源的高频干扰，得到低频电压信号，从该低频电压信号中解析出相线信息数据，实现对低压台区负荷相位信息的识别。

本实施方式中，信号发射端安装在低压变压器一端，三项接头分别安装在变压器三项电源上，信号发射端采用过零调制载波信号按相位信息编码发送低压配电网相位信息，信号接收端接入在用户用电侧，能够显示所在定点位置负荷相位信息。

本实施方式中，负荷相位信息为检测出负荷是加在了A相、B相还是C相上。

具体实施方式二：参照图2具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种低压台区负荷识别装置作进一步说明，本实施方式中，每个过零点脉冲检测电路2均包括低通滤波器U1、电阻R1-R2、电容C1、二极管D1-D2、运算放大器U2和三极管T1，

每个过零点脉冲检测电路2的电路结构为：

一号整流稳压电路1的稳压直流电源输出端连接低通滤波器U1的输入端，低通滤波器U1的输出端同时连接二极管D1的正极、二极管D2的负极和运算放大器U2的反相输入端，运算放大器U2的同相输入端、二极管D1的负极和二极管D2的正极同时连接电源地，运算放大器U2的输出端连接三极管T1的基极，三极管T1的集电极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接供电电源，三极管T1的发射极连接电源地，三极管T1的集电极作为过零点脉冲信号输出端。

具体实施方式三：参照图3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二所述的一种低压台区负荷识别装置作进一步说明，本实施方式中，每个相线信息编码调制电路3均包括计数器U3、数据选择器U4、可控硅U5、光电耦合器U6、电阻R3-R5、三极管T2、电容C2和电感L1，

每个相线信息编码调制电路3的电路结构为：

过零点脉冲检测电路2的过零点脉冲信号输出端连接计数器U3的CP端，计数器U3的Q0、Q1、Q2端分别连接数据选择器U4的A、B、C端，不同相线信息编码通过高低电平实现的8位二进制数据编码输入到数据选择器U4中，数据选择器U4输出相线信息调制码，该相线信息调制码输入到三极管T2的基极，三极管T2的发射极连接电源地，三极管T2的集电极连接光电耦合器U6的负极输入端，光电耦合器U6的正极输入端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接供电电源，光电耦合器U6的负极输出端同时连接可控硅U5的控制极，可控硅U5的一端连接电容C2的一端，电容C2的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端同时连接可控硅U5的另一端、电阻R4的一端和电感L1的一端，电阻R4的另一端连接可控硅U6的正极输出端，电感L1的另一端和可控硅U5的一端作为相线信息编码调制电路3的输出端。

具体实施方式四：参照图4具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的一种低压台区负荷识别装置作进一步说明，本实施方式中，三个一号整流稳压电路1均包括变压器U7、全波整流电路U8和稳压电源U9，

每个一号整流稳压电路1的电路结构为：

低压配电网变压器的每相交流电源分别连接一个变压器U7一相绕组的交流信号输入/输出端，变压器U7的另一相绕组的两个输出端分别连接全波整流电路U8的输入端，

全波整流电路U8的两个输出端分别连接电源地和稳压电源U9的输入端，稳压电源U9的输出端连接供电电源，

一个变压器U7的另一相绕组的两个输入端连接一个相线信息编码调制电路3的输出端。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种低压台区负荷识别装置作进一步说明，本实施方式中，相线信息编码通过译码器实现。

具体实施方式六：参照图5具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三所述的一种低压台区负荷识别装置作进一步说明，本实施方式中，三个二号整流稳压电路4均包括变压器U10、全波整流电路U11和稳压电源U12，

每个二号整流稳压电路4的电路结构为：

用户侧电源的每相交流电分别连接一个变压器U10一相绕组的交流信号输出端，变压器U10的另一相绕组的两个输出端分别连接全波整流电路U11的输入端，

全波整流电路U11的两个输出端分别连接电源地和稳压电源U12的输入端，稳压电源U12的输出端连接供电电源，

一个变压器U10的另一相绕组的一个输出端连接一个相线信息检测电路5的输入端。

具体实施方式七：参照图6具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六所述的一种低压台区负荷识别装置作进一步说明，本实施方式中，三个相线信息检测电路5均包括低通滤波器U13、A/D转换器U14、单片机U15和显示器U16，

每个相线信息检测电路5的电路结构为：

二号整流稳压电路4的输出端连接低通滤波器U13的输入端，低通滤波器U13的输出端连接A/D转换器U14的输出端，A/D转换器U14的DB0-DB7端口、WR端口和INTR端口分别接入单片机U15的I/O接口，单片机U15的输出端连接显示器U16的输入端。

工作原理：

信号输入端工作原理：

全波整流电路U8为稳压电源U9提供电源，为过零点脉冲检测电路2提供信号源，同时也作为过零点调制信号耦合变压器。

低压配电网变压器的单相交流电源通过变压器U7和全波整流电路U8后，输出全波整流信号，全波整流信号输入到稳压电源U9，输出装置内集成电路工作电源Vcc，如图4所示；

所述的全波整流信号输入到低通滤波器U1，输出工频信号，工频信号输入到运算放大器U2，输出过零点位置信号。过零点位置信号控制三极管T1开启关闭状态，输出过零点脉冲信号；其中，电阻R1和电容C1调节低通滤波器U4的工作频率，作用是保留50Hz工频信号，过滤高频干扰。二极管D1和D2起限幅作用，目的是保护运算放大器U2。运算放大器U2同相端接地，形成过零点比较器，作用是检测工频电压过零点位置。三极管T1和电阻R2组成触发器，输出过零点脉冲信号，如图2所示；

所述的过零点脉冲输入到计数器U3，输出过零点脉冲计数时钟。过零点脉冲计数时钟输入到数据选择器U4，按照相线信息调制码8位依次循环输出相线信息调制码，相线信息调制码输入到三极管T2，输出控制信号控制光电隔离器U6，输出控制信号控制可控硅U5，输出的相线信息调制信号DE，通过变压器U1耦合至低压配电网变压器的三相交流电中，实现对三相交流电的电压调制，如图3所示；图3中的三极管T2作用是控制光电隔离器U8开启与关闭。电阻R3和R4作用是保护光电隔离器U6。光电隔离器U6作用是控制可控硅U5开启与关闭，抑制可控硅U5误触发。电容C2和电阻R5作用是保护可控硅U5。可控硅U5和电感L1组成调制电路，作用是将相线信息调制信号DE通过变压器U1耦合至低压台区电源。

信号输出端工作原理：

二极管D7～D10组成全波整流电路U11为稳压电源电路U12提供电源，为过零点脉冲电路提供信号源。变压器U10为整个电路提供电源，同时为A/D转换器提供电压信号。用户侧电源通过变压器U10和全波整流电路U11后，输出全波整流信号F。全波整流信号F输入到稳压电源U12，输出装置内集成电路工作电源Vcc。如图5所示。

用户侧电压信号经变压器U10端口G输入到低通滤波器U13，过滤高频干扰。低通滤波器U13输出低频电压信号至A/D转换器U14，A/D转换器U14将采集到的数字信号输出至单片机U15。单片机U15分析相线信息数据将结果输出至显示器U16。如图6所示。其中，电阻R6和电容C3用于调节低通滤波器U13的工作频率，作用是保留50Hz工频信号，过滤高频干扰。A/D转换器U14作用是将采集的用户侧电压信号转换为数字信号。单片机U15作用是处理A/D转换器U14采集的数据，分析是否存在台区相线信息。显示器U16作用是显示相线信息。

Claims (7)

1.一种低压台区负荷识别装置，其特征在于，它包括信号发射端和信号接收端，

信号发射端包括三个一号整流稳压电路(1)、三个过零点脉冲检测电路(2)和三个相线信息编码调制电路(3)，

三个一号整流稳压电路(1)，用于将低压配电网变压器的三相交流电源分别转变为三相直流电源，并经过稳压后输出三相稳定直流电源，

每个过零点脉冲检测电路(2)，用于接收一相稳定直流电源，根据该直流电源检测每相交流电源中的工频电压过零点脉冲信号，

每个相线信息编码调制电路(3)，用于接收一相工频电压过零点脉冲信号，并将该信号转变为相线信息调制码，该相线信息调制码通过一个一号整流稳压电路(1)的变压器U7耦合至低压配电网变压器的一相交流电源中，实现对低压配电网变压器的三相电源进行电压调制；

信号接收端包括三个二号整流稳压电路(4)和三个相线信息检测电路(5)，

三个二号整流稳压电路(4)，接入用户侧电源中，用于从用户侧电源中接收电压调制后的三相交流电，将该三相交流电转变为三相直流电源，并经过稳压后输出三相稳定直流电源，

每个相线信息检测电路(5)，用于接收一相稳定直流电源，过滤掉该稳定直流电源的高频干扰，得到低频电压信号，从该低频电压信号中解析出相线信息数据，实现对低压台区负荷相位信息的识别。

2.根据权利要求1所述一种低压台区负荷识别装置，其特征在于，每个过零点脉冲检测电路(2)均包括低通滤波器U1、电阻R1-R2、电容C1、二极管D1-D2、运算放大器U2和三极管T1，

每个过零点脉冲检测电路(2)的电路结构为：

一号整流稳压电路(1)的稳压直流电源输出端连接低通滤波器U1的输入端，低通滤波器U1的输出端同时连接二极管D1的正极、二极管D2的负极和运算放大器U2的反相输入端，运算放大器U2的同相输入端、二极管D1的负极和二极管D2的正极同时连接电源地，运算放大器U2的输出端连接三极管T1的基极，三极管T1的集电极连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接供电电源，三极管T1的发射极连接电源地，三极管T1的集电极作为过零点脉冲信号输出端。

3.根据权利要求2所述一种低压台区负荷识别装置，其特征在于，每个相线信息编码调制电路(3)均包括计数器U3、数据选择器U4、可控硅U5、光电耦合器U6、电阻R3-R5、三极管T2、电容C2和电感L1，

每个相线信息编码调制电路(3)的电路结构为：

过零点脉冲检测电路(2)的过零点脉冲信号输出端连接计数器U3的CP端，计数器U3的Q0、Q1、Q2端分别连接数据选择器U4的A、B、C端，不同相线信息编码通过高低电平实现的8位二进制数据编码输入到数据选择器U4中，数据选择器U4输出相线信息调制码，该相线信息调制码输入到三极管T2的基极，三极管T2的发射极连接电源地，三极管T2的集电极连接光电耦合器U6的负极输入端，光电耦合器U6的正极输入端连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接供电电源，光电耦合器U6的负极输出端同时连接可控硅U5的控制极，可控硅U5的一端连接电容C2的一端，电容C2的另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端同时连接可控硅U5的另一端、电阻R4的一端和电感L1的一端，电阻R4的另一端连接可控硅U6的正极输出端，电感L1的另一端和可控硅U5的一端作为相线信息编码调制电路(3)的输出端。

4.根据权利要求3所述一种低压台区负荷识别装置，其特征在于，三个一号整流稳压电路(1)均包括变压器U7、全波整流电路U8和稳压电源U9，

每个一号整流稳压电路(1)的电路结构为：

低压配电网变压器的每相交流电源分别连接一个变压器U7一相绕组的交流信号输入/输出端，变压器U7的另一相绕组的两个输出端分别连接全波整流电路U8的输入端，

全波整流电路U8的两个输出端分别连接电源地和稳压电源U9的输入端，稳压电源U9的输出端连接供电电源，

一个变压器U7的另一相绕组的两个输入端连接一个相线信息编码调制电路(3)的输出端。

5.根据权利要求3所述一种低压台区负荷识别装置，其特征在于，相线信息编码通过译码器实现。

6.根据权利要求3所述一种低压台区负荷识别装置，其特征在于，三个二号整流稳压电路(4)均包括变压器U10、全波整流电路U11和稳压电源U12，

每个二号整流稳压电路(4)的电路结构为：

用户侧电源的每相交流电分别连接一个变压器U10一相绕组的交流信号输出端，变压器U10的另一相绕组的两个输出端分别连接全波整流电路U11的输入端，

全波整流电路U11的两个输出端分别连接电源地和稳压电源U12的输入端，稳压电源U12的输出端连接供电电源，

一个变压器U10的另一相绕组的一个输出端连接一个相线信息检测电路(5)的输入端。

7.根据权利要求6所述一种低压台区负荷识别装置，其特征在于，三个相线信息检测电路(5)均包括低通滤波器U13、A/D转换器U14、单片机U15和显示器U16，

每个相线信息检测电路(5)的电路结构为：

二号整流稳压电路(4)的输出端连接低通滤波器U13的输入端，低通滤波器U13的输出端连接A/D转换器U14的输出端，A/D转换器U14的DB0-DB7端口、端口和端口分别接入单片机U15的I/O接口，单片机U15的输出端连接显示器U16的输入端。