CN108964268A - 一种电网自动化测控终端装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电网自动化测控终端装置，包括数据分析处理系统、测量控制系统、人机交互系统和通信系统，所述测量控制系统的信号端与数据分析处理系统交互连接，所述数据分析处理系统的信号端通过信道链路通信系统交互连接，所述数据分析处理系统的控制端与人机交互系统交互连接，实现了与可充电的锂电池配合供电，在断电或电压不足的情况下仍能保证监测设备的正常运行，使输电线路上的各种设备得到安全稳定不间断的电能，实现了元件数据采集、电能质量监测、通信联网和保护控制等功能，实现了分布式电源设备的智能化。
Description
技术领域
本发明涉及测控终端装置领域，具体为一种电网自动化测控终端装置。
背景技术
随着智能电网的发展，要求在高压输电线路上，添加用于监测的辅助装置来提高输变电的状态监测能力，这些辅助装置长期处于高压环境中，安装位置也较为苛刻，其电源提供相当困难，目前，电网自动化测控终端装置常用的供电方式有太阳能电池和感应取电电源两种，但是还存在以下不足之处：
例如，申请号为201510408635.X，专利名称为一种基于嵌入式多ARM处理器的配电网自动化远方终端装置的发明专利：
其DTU遥测遥信遥控模块、通信模块、人机交互模块各由一片ARM处理器作为控制核心，构成多ARM结构。与现有技术相比，本发明具有信息采集精确、兼容性稳定性高等优点。
但是，现有的电网自动化测控终端装置存在以下缺陷：
(1)现有的用于电网自动化测控终端装置，其内部的太阳能电池成本高、体积大、安装位置受限、功率不稳定、使用不方便；
(2)感应取电电源利用电磁感应原理和磁饱和技术，通过电流互感器(CT)感应高压侧的电流来获取电能，相比太阳能电池，感应取电电源具有成本低、体积小、安装灵活、输出稳定的优势，但磁饱和技术导致CT的交流输出存在较高的电压尖峰，电压尖峰会损毁电源内部器件；且当输电线路断电或电压不足等情况时不能得到稳定电流，从而导致装置不能正常运行。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种电网自动化测控终端装置，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种电网自动化测控终端装置，包括数据分析处理系统、测量控制系统、人机交互系统和通信系统，所述测量控制系统的信号端与数据分析处理系统交互连接，所述数据分析处理系统的信号端通过信道链路通信系统交互连接，所述数据分析处理系统的控制端与人机交互系统交互连接。
进一步地，所述测量控制系统的内部设置有CT取电装置，所述CT取电装置的内部设置有电流互感器磁芯和感应取电电源装置，所述电流互感器磁芯的外壁上缠绕有一次母线，所述一次母线的两端通过连接线路并接有取样电阻，所述取样电阻的一端连接有继电器，所述继电器的支路上并接有整流电路，所述整流电路的两端还并接有放大电路和滤波电容，所述放大电路和滤波电容之间为并联结构，所述滤波电容的两端还并接有稳压电路，所述稳压电路的两端连接有电源管理电路，所述电源管理电路的输出端与感应取电电源装置相连接，所述继电器的控制端连接有单片机控制器，所述单片机控制器的信号端并接有射频器。
进一步地，所述电源管理电路的内部设置有电能调理模块，所述电能调理模块的内部设置有整流控制芯片，所述整流控制芯片的输入端接收感应电流输入信号，所述整流控制芯片的输出端并接有瞬态二极管，所述瞬态二极管的两端还并接有第一稳压管和第一电阻，所述第一稳压管和第一电阻之间设置为串联结构，所述第一稳压管和第一电阻之间还连接有第二电阻，所述第二电阻的另一端连接有场效应管的栅极。
进一步地，所述场效应管的源极通过第三电阻与第一稳压管相连接，所述场效应管的漏极与第一电阻的并联支路相连接，所述场效应管和第三电阻串联支路的两端还并接有第一滤波电容，所述第一滤波电容的一端串接有稳压芯片，所述稳压芯片的输出端连接有第二稳压管和第一电感，所述第二稳压管的另一端直接接地，所述第一电感的另一端连接有第二滤波电容，所述第二滤波电容的一端与稳压芯片第四引脚相连接，所述稳压芯片的另一端直接接地。
进一步地，所述感应取电电源装置包括静铁芯、动铁芯和直流伺服电机，所述静铁芯和动铁芯之间设置有输电导线，所述静铁芯的上部设置有线圈，所述静铁芯和动铁芯的左侧面上固定安装有换能器开合执行机构，所述换能器开合执行机构的下部固定安装有直流伺服电机，所述直流伺服电机的下部连接有驱动器。
进一步地，所述驱动器的控制端与单片机控制器相连接，所述单片机控制器的下部还连接有蓄电池电压电路监测电路，所述蓄电池电压电路监测电路的输出端连接有补偿电路，所述补偿电路的输出端连接有整流脉冲保护电路，所述整流脉冲保护电路的输出端连接有继电器控制电路，所述继电器控制电路的控制端与单片机控制器相连接，所述整流脉冲保护电路的控制端与输电导线相连接。
进一步地，所述换能器开合执行机构包括执行机构支架和机械联接支架，所述执行机构支架的右端固定安装有机架，所述机架的内部设置有静铁芯支架，所述执行机构支架的后部还设置有机械联接支架，所述执行机构支架的下部设置有电机支座，所述机架的左端还通过转轴轴向连接有动铁芯支架，所述动铁芯支架的内部设置有动铁芯，所述机架的下部还固定安装有输电线路槽。
进一步地，所述数据分析处理系统包括DSP信号处理器和ARM核心板，所述DSP信号处理器和ARM核心板之间交互连接，所述DSP信号处理器的信号端连接有通信接口，所述ARM核心板的数据端连接有数据存储器。
进一步地所述人机交互界面包括Labview控制界面，所述Labview控制界面的交互端连接有可视化控制平台。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的电网自动化测控终端装置，实现了与可充电的锂电池配合供电，在断电或电压不足的情况下仍能保证监测设备的正常运行，使输电线路上的各种设备得到安全稳定不间断的电能；
(2)本发明的电网自动化测控终端装置，解决了高压输电线上的仪器和带电作业设备的电能在线补给问题。
(3)本发明的电网自动化测控终端装置，采用电能调理模块，优化了输出电压的调压方式，提高了电压的调节速度，保证了输出电压的稳定性，避免了过电压对监控设备造成的损坏。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的CT取电装置示意图；
图3为本发明的感应取电电源装置示意图；
图4为本发明的电能调理模块电路图；
图5为本发明的换能器开合执行机构结构示意图。
图中标号：
1-数据分析处理系统；2-测量控制系统；3-通信系统；4-人机交互系统；5-CT取电装置；6-Labview控制界面；7-可视化控制平台；8-DSP信号处理器；9-ARM核心板；10-数据存储器；11-通信接口；
501-电流互感器磁芯；502-一次母线；503-取样电阻；504-继电器；505-整流电路；506-放大电路；507-滤波电容；508-稳压电路；509-电源管理电路；510-感应取电电源装置；511-单片机控制器；512-射频器；513-电能调理模块；
5101-静铁芯；5102-动铁芯；5103-输电导线；5104-线圈；5105-换能器开合执行机构；5106-直流伺服电机；5107-驱动器；5108-蓄电池电压电路监测电路；5109-补偿电路；51010-整流脉冲保护电路；51011-继电器控制电路；
51051-执行机构支架；51052-机械联接支架；51053-电机支座；51054-机架；51055-静铁芯支架；51056-动铁芯支架；51057-输电线路槽。
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。
如图1至图5所示，本发明提供了一种电网自动化测控终端装置，包括数据分析处理系统1、测量控制系统2、人机交互系统4和通信系统3，测量控制系统2的信号端与数据分析处理系统1交互连接，数据分析处理系统1的信号端通过信道链路通信系统3交互连接，数据分析处理系统1的控制端与人机交互系统4交互连接，数据分析处理系统1包括DSP信号处理器8和ARM核心板9，DSP信号处理器8和ARM核心板9之间交互连接，DSP信号处理器8的信号端连接有通信接口11，ARM核心板9的数据端连接有数据存储器10，人机交互界面4包括Labview控制界面6，Labview控制界面6的交互端连接有可视化控制平台7。
本实施例中，数据分析处理系统1中采用嵌入式系统架构，具有良好的兼容性和扩展性，嵌入式软件实现了元件数据采集、电能质量监测、通信联网和保护控制等功能，实现了分布式电源设备的智能化，实现了无折扣连接的C28x系列的DSP信号处理器8和ARM-Cortex-M3双子系统的的MCU，其中DSP信号处理器8主要负责采集电量数据并进行电能质量数据计算分析，ARM核心板9主要负责实时操作系统运行、网络通信、人机界面交互，双核之间实时共享数据，分工协作。
测量控制系统2的内部设置有CT取电装置5，CT取电装置5的内部设置有电流互感器磁芯501和感应取电电源装置510，电流互感器磁芯501的外壁上缠绕有一次母线502，一次母线502的两端通过连接线路并接有取样电阻503，取样电阻503的一端连接有继电器504，继电器504的支路上并接有整流电路505，整流电路505的两端还并接有放大电路506和滤波电容507，放大电路506和滤波电容507之间为并联结构，滤波电容507的两端还并接有稳压电路508，稳压电路508的两端连接有电源管理电路509，电源管理电路509的输出端与感应取电电源装置510相连接，继电器504的控制端连接有单片机控制器511，单片机控制器511的信号端并接有射频器512，电源管理电路509的内部设置有电能调理模块513。
本实施例中，单片机控制器511采用ARM7系列微控制器，其单片机电源输入端为电能调理模块的输出端。
本实施例中，电流互感器磁芯501和取样电阻503根据电磁感应理论将一次母线502中的电能取出。
本实施例中，感应的电能经整流电路505、尖端放大电路506、纹波滤波电容507和稳压电路508调理后，与电源管理电路509连接，进行电源电路的管理，最后得到所期望的安全稳定不间断的电能，智能保护电路中的单片机控制器511可监测尖端放大电路506的工作温度，并预设温度超标阈值、恢复阈值和超标时长，工作温度超标后，单片机控制器511通过控制单刀双掷继电器断开供电电路，直到尖端放大电路506的工作温度进入恢复阈值后，单刀双掷继电器重新接入供电电路，供电回路断开后，单片机控制器511由内部超级电容供电，当在预设超标时长内，尖端放大电路506的工作温度不能进入恢复阈值时，射频模块启动，下发电源装置故障命令。
本实施例中，射频器512由单片机控制器511控制，将电源工作状态发送至后台主机，以便实时监控，超级电容与单片机控制器511并联，用以在主供电回路断开时向单片机控制器511供电，电源管理电路509实现对电源模块的充放电管理，当经稳压电路508调理后的电压足够时，同时给负载供电及给锂电池充电，当经稳压电，508调理后的电压仅够给负载提供电能时，优先给负载供电，停止对锂电池充电；当经稳压电路508调理后的电压不够给负载供电时，锂电池放电给负载供电；从而使负载可以得到安全稳定不间断的电能。
电能调理模块513的内部设置有整流控制芯片W10，整流控制芯片W10的输入端接收感应电流输入信号，整流控制芯片W10的输出端并接有瞬态二极管Q1，瞬态二极管Q1的两端还并接有第一稳压管D1和第一电阻R1，第一稳压管D1和第一电阻R1之间设置为串联结构，第一稳压管D1和第一电阻R1之间还连接有第二电阻R2，第二电阻R2的另一端连接有场效应管T1的栅极，场效应管T1的源极通过第三电阻R3与第一稳压管D1相连接，场效应管T1的漏极与第一电阻R1的并联支路相连接，场效应管T1和第三电阻R3串联支路的两端还并接有第一滤波电容C1，第一滤波电容C1的一端串接有稳压芯片ULM，稳压芯片ULM的输出端连接有第二稳压管D2和第一电感L1，第二稳压管D2的另一端直接接地GND，第一电感L1的另一端连接有第二滤波电容C2，第二滤波电容C2的一端与稳压芯片ULM第四引脚相连接，稳压芯片ULM的另一端直接接地GND。
本实施例中，取样电阻503两端的交流电压由整流控制芯片W10变为脉动直流电压，回路中并联用于保护电源模块不受浪涌冲击的瞬态拟制二极管Q1，由于磁饱和影响，脉动直流电压会存在极大的尖峰效应，若不处理将毁坏后端元件，当脉动直流尖峰高于第一稳压管D1的稳压值和限流电阻R1的压降总和时，第一稳压管D1导通，随后，场效应管T1作为电源的过压保护进入导通状态，脉动直流的尖峰能量转移至泄放电阻R2上。
本实施例中，第二电阻R2为场效应管T1门极的限流电阻，第一滤波电容C1可将电压纹波滤除，得到平稳直流电压，平稳直流电压经由稳压芯片ULM、第一电感L1和第二稳压管D2构成的稳压电路进行稳压，第二滤波电容C2是稳压电路输出端的滤波电容。
感应取电电源装置510包括静铁芯5101、动铁芯5102和直流伺服电机5106，静铁芯5101和动铁芯5102之间设置有输电导线5103，静铁芯5101的上部设置有线圈5104，静铁芯5101和动铁芯5102的左侧面上固定安装有换能器开合执行机构5105，换能器开合执行机构5105的下部固定安装有直流伺服电机5106，直流伺服电机5106的下部连接有驱动器5107。
驱动器5107的控制端与单片机控制器511相连接，单片机控制器511的下部还连接有蓄电池电压电路监测电路5108，蓄电池电压电路监测电路5108的输出端连接有补偿电路5109，补偿电路5109的输出端连接有整流脉冲保护电路51010，整流脉冲保护电路51010的输出端连接有继电器控制电路51011，继电器控制电路51011的控制端与单片机控制器511相连接，整流脉冲保护电路51011的控制端与输电导线5103相连接。
本实施例中，将感应取电电源装置510设计成为独立的装置，将由静铁芯5101、动铁芯5102和线圈5104组成的换能器固接在换能器开合执行机构5105上，构成取电装置与用电设备间的充电与监控、取电装置与用电设备控制器间的串口通信，当换能器开合执行机构5105在导线上安装时，换能器的动铁芯5102处于打开状态；当换能器开合执行机构5105在导线上安装完毕，取电装置的单片机控制器511由串口接收到工作命令时，换能器动铁芯5102工作在闭合状态，且继电器开关K处于断开，此时，感应取电电源处于工作状态，且动、静铁芯的接合力分别由执行机构的机械力和电磁吸力提供，当换能器开合执行机构5105需要跨越导线上的障碍物时，单片机控制器511接到控制指令后，首先控制继电器开关K闭合，线圈处于短路，电磁吸力消失，然后再控制直流伺服电机5106驱动执行机构将动铁芯5102打开。
换能器开合执行机构5105包括执行机构支架51051和机械联接支架51052，执行机构支架51051的右端固定安装有机架51054，机架51054的内部设置有静铁芯支架51055，执行机构支架51051的后部还设置有机械联接支架51052，执行机构支架51051的下部设置有电机支座51053，机架51054的左端还通过转轴轴向连接有动铁芯支架51056，动铁芯支架51056的内部设置有动铁芯5102，机架51054的下部还固定安装有输电线路槽51057。
本实施例中，为了防止铁芯与支撑结构和执行机构间构成磁回路，与铁芯相接触的材料均选用非导磁材料。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种电网自动化测控终端装置，包括数据分析处理系统(1)、测量控制系统(2)、人机交互系统(4)和通信系统(3)，其特征在于：所述测量控制系统(2)的信号端与数据分析处理系统(1)交互连接，所述数据分析处理系统(1)的信号端通过信道链路通信系统(3)交互连接，所述数据分析处理系统(1)的控制端与人机交互系统(4)交互连接。
2.根据权利要求1所述的一种电网自动化测控终端装置，其特征在于：所述测量控制系统(2)的内部设置有CT取电装置(5)，所述CT取电装置(5)的内部设置有电流互感器磁芯(501)和感应取电电源装置(510)，所述电流互感器磁芯(501)的外壁上缠绕有一次母线(502)，所述一次母线(502)的两端通过连接线路并接有取样电阻(503)，所述取样电阻(503)的一端连接有继电器(504)，所述继电器(504)的支路上并接有整流电路(505)，所述整流电路(505)的两端还并接有放大电路(506)和滤波电容(507)，所述放大电路(506)和滤波电容(507)之间为并联结构，所述滤波电容(507)的两端还并接有稳压电路(508)，所述稳压电路(508)的两端连接有电源管理电路(509)，所述电源管理电路(509)的输出端与感应取电电源装置(510)相连接，所述继电器(504)的控制端连接有单片机控制器(511)，所述单片机控制器(511)的信号端并接有射频器(512)。
3.根据权利要求2所述的一种电网自动化测控终端装置，其特征在于：所述电源管理电路(509)的内部设置有电能调理模块(513)，所述电能调理模块(513)的内部设置有整流控制芯片(W10)，所述整流控制芯片(W10)的输入端接收感应电流输入信号，所述整流控制芯片(W10)的输出端并接有瞬态二极管(Q1)，所述瞬态二极管(Q1)的两端还并接有第一稳压管(D1)和第一电阻(R1)，所述第一稳压管(D1)和第一电阻(R1)之间设置为串联结构，所述第一稳压管(D1)和第一电阻(R1)之间还连接有第二电阻(R2)，所述第二电阻(R2)的另一端连接有场效应管(T1)的栅极。
4.根据权利要求3所述的一种电网自动化测控终端装置，其特征在于：所述场效应管(T1)的源极通过第三电阻(R3)与第一稳压管(D1)相连接，所述场效应管(T1)的漏极与第一电阻(R1)的并联支路相连接，所述场效应管(T1)和第三电阻(R3)串联支路的两端还并接有第一滤波电容(C1)，所述第一滤波电容(C1)的一端串接有稳压芯片(ULM)，所述稳压芯片(ULM)的输出端连接有第二稳压管(D2)和第一电感(L1)，所述第二稳压管(D2)的另一端直接接地(GND)，所述第一电感(L1)的另一端连接有第二滤波电容(C2)，所述第二滤波电容(C2)的一端与稳压芯片(ULM)第四引脚相连接，所述稳压芯片(ULM)的另一端直接接地(GND)。
5.根据权利要求2所述的一种电网自动化测控终端装置，其特征在于：所述感应取电电源装置(510)包括静铁芯(5101)、动铁芯(5102)和直流伺服电机(5106)，所述静铁芯(5101)和动铁芯(5102)之间设置有输电导线(5103)，所述静铁芯(5101)的上部设置有线圈(5104)，所述静铁芯(5101)和动铁芯(5102)的左侧面上固定安装有换能器开合执行机构(5105)，所述换能器开合执行机构(5105)的下部固定安装有直流伺服电机(5106)，所述直流伺服电机(5106)的下部连接有驱动器(5107)。
6.根据权利要求5所述的一种电网自动化测控终端装置，其特征在于：所述驱动器(5107)的控制端与单片机控制器(511)相连接，所述单片机控制器(511)的下部还连接有蓄电池电压电路监测电路(5108)，所述蓄电池电压电路监测电路(5108)的输出端连接有补偿电路(5109)，所述补偿电路(5109)的输出端连接有整流脉冲保护电路(51010)，所述整流脉冲保护电路(51010)的输出端连接有继电器控制电路(51011)，所述继电器控制电路(51011)的控制端与单片机控制器(511)相连接，所述整流脉冲保护电路(51011)的控制端与输电导线(5103)相连接。
7.根据权利要求5所述的一种电网自动化测控终端装置，其特征在于：所述换能器开合执行机构(5105)包括执行机构支架(51051)和机械联接支架(51052)，所述执行机构支架(51051)的右端固定安装有机架(51054)，所述机架(51054)的内部设置有静铁芯支架(51055)，所述执行机构支架(51051)的后部还设置有机械联接支架(51052)，所述执行机构支架(51051)的下部设置有电机支座(51053)，所述机架(51054)的左端还通过转轴轴向连接有动铁芯支架(51056)，所述动铁芯支架(51056)的内部设置有动铁芯(5102)，所述机架(51054)的下部还固定安装有输电线路槽(51057)。
8.根据权利要求1所述的一种电网自动化测控终端装置，其特征在于：所述数据分析处理系统(1)包括DSP信号处理器(8)和ARM核心板(9)，所述DSP信号处理器(8)和ARM核心板(9)之间交互连接，所述DSP信号处理器(8)的信号端连接有通信接口(11)，所述ARM核心板(9)的数据端连接有数据存储器(10)。
9.根据权利要求1所述的一种电网自动化测控终端装置，其特征在于：所述人机交互界面(4)包括Labview控制界面(6)，所述Labview控制界面(6)的交互端连接有可视化控制平台(7)。
Priority Applications (1)
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| CN201810710263.XA CN108964268A (zh) | 2018-07-02 | 2018-07-02 | 一种电网自动化测控终端装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112803577A (zh) * | 2021-01-06 | 2021-05-14 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 供电设备、电能质量监测系统及系统供电控制方法 |
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| CN203850928U (zh) * | 2014-05-26 | 2014-09-24 | 陈如燕 | 一种可充电式高压感应取电装置 |
| CN106707368A (zh) * | 2016-12-20 | 2017-05-24 | 江阴职业技术学院 | 一种新型供电模式的输电线路环境气象监测装置 |
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2018
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