CN109256865A - 一种带自检功能的配电网自动化终端 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带自检功能的配电网自动化终端，其属于配电网控制领域，其包括主控模块、电源管理模块、自检模块、开关控制电路、人机交互模块、无线通信单元和变压器；所述主控模块通过变压器和配电线连接，三相交流电通过所述电源管理模块连接主控模块的供电端，所述主控模块分别和无线通信单元和人机交互模块电连接，所述主控模块通过无线通信单元和主站进行无线通信，所述主控模块通过驱动开关控制电路控制配电开关合闸/分闸；本发明能够节省配电网自动化终端的维护成本，有效提高了配电网运行的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种带自检功能的配电网自动化终端，其属于配电网控制领域。
背景技术
随着社会经济的发展，用户承受停电的能力越来越弱，同时对供电质量、稳定性也有了更高的要求。然而，配电网中负载情况复杂，接线模式因地而异且种类繁多，且由于配电的特征，电网经常处于三相不平衡状态，加之我国配电网配套设施不完备，这一系列因素造成了配电网故障多、停电时间长、供电稳定性差、电能质量不可靠等问题。
配电网自动化终端通对用于对架空配电线运行状态进行在线检测，获取配电线运行数据和故障信息，实现短路和接地故障的快速准确定位，对于自动隔离故障、缩短停电时间、减小停电损失和保证供电可靠性上有很大作用。但是，配电网自动化终端设备的质量良莠不齐，对于硬件要求不规范，功能和性能差异很大，通信接口协议、数据和格式不统一，集成应用很不方便，造成了配电网自动化终端异动率高的情况，也给配电网的安全稳定运行带来了隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种可有效提高配电网运行可靠性、节省维护成本的带自检功能的配电网自动化终端。
本发明采用了如下技术方案：
一种带自检功能的配电网自动化终端，其包括主控模块、电源管理模块、自检模块、开关控制电路、人机交互模块、无线通信单元和变压器；所述主控模块通过变压器和配电线连接，三相交流电通过所述电源管理模块连接主控模块的供电端，所述主控模块分别和无线通信单元和人机交互模块电连接，所述主控模块通过无线通信单元和主站进行无线通信，所述主控模块通过驱动开关控制电路控制配电开关合闸/分闸，所述自检模块的相关测试端口分别与主控模块双向连接，所述自检模块的相关测试端口还分别与配电线通过变压器电连接。
进一步的，所述自检模块包括多CPU结构处理器、FPGA处理器、IGBT驱动芯片、数字信号板件、遥测模拟板件以及相关测试端口；所述多CPU结构处理器通过数据总线分别和FPGA处理器、IGBT驱动芯片、数字信号板件电连接，所述FPGA处理器通过I/O总线和遥测模拟板件电连接，所述遥测模拟板件用于遥测输入侧数据的处理，所述多CPU结构处理器用于通过IGBT驱动芯片与相关测试端口相连接并进行控制侧数据的处理，所述多CPU结构处理器用于通过数字信号板件与相关测试端口相连接并进行控制侧数据的处理。
进一步的，所述相关测试端口包括电压输入端口、电流输入端口、开关量输入测试端口和开关量输出测试端口；所述遥测模拟板件上连接的是电压输入端口和电流输入端口，所述IGBT驱动芯片上连接的是开关量输入测试端口，所述数字信号板件上连接的是开关量输出测试端口。
进一步的，所述多CPU结构处理器搭载如下模块：数据处理模块、存储模块、故障检测模块和故障录波模块，所述各个模块之间通过共享内存完成数据交互；
所述数据处理模块用于数字信号采集时限处理和IGBT接口的数字化处理；所述存储模块用于存储历史数据和操作中间数据；所述故障检测模块用于硬件自检、软件自检和对外端口漏电压自检；所述故障录波模块用于对外故障模拟信号的录波记录。
进一步的，所述FPGA处理器搭载如下单元：电压逻辑控制单元、电流逻辑控制单元、直流逻辑控制单元、电压端口处理单元、电流端口处理单元和直流端口处理单元；
所述电压逻辑控制单元、电流逻辑控制单元和直流逻辑控制单元用于自检模块的遥测对外控制处理，分别控制处理不同电压等级逻辑控制、不同电流等级逻辑控制和不同直流方式逻辑控制；所述电压端口处理单元、电流端口处理单元和直流端口处理单元用于自检模块的遥测对外端口处理，分别处理不同电压等级端口输出、不同电流等级端口输出和不同直流方式端口输出。
进一步的，本发明还包括电能计量模块，所述电源管理模块还包括交流信号转换电路，三相交流电经交流信号转换电路与电能计量模块电连接，所述电能计量模块通过串口和主控模块电连接。
进一步的，本发明还包括空气开关，所述空气开关串联在变压器和配电线之间。
进一步的，本发明还包括看门狗保护断路器，所述看门狗保护断路器串联在变压器和主控模块之间。
进一步的，本发明还包括定位模块，所述主控模块的相应端口与定位模块电连接。
进一步的，所述人机交互模块包括显示屏、按键和LED指示灯，所述主控模块的输出端分别电连接显示屏、按键和LED指示灯。
进一步的，所述无线通信单元包括GPRS模块。
进一步的，所述开关控制电路用于控制配电开关合闸/分闸。
进一步的，所述交流信号转换电路用于将配电网上的强电信号转换成弱电信号为电能计量模块提供采样信号。
进一步的，所述电能计量模块由型号为ATT7022B的电能计量芯片及其外围控制电路组成，所述型号为ATT7022B的电能计量芯片通过SPI接口和单片机电连接，所述主控模块通过串口与单片机电连接。
进一步的，所述主控模块为嵌入式微处理器，进一步优选，其型号MCF5249。
本发明的有益效果如下：
本发明设置了变压器，主控模块在需要自检时，主控模块的操作电源通过连接变压器接入配电线，所述变压器优选升压变压器且外部设有金属外壳，用于屏蔽电磁干扰。
此外设置了空气开关、看门狗保护断路器在配电线和主控模块之间，用于在内部发生故障时快速切断电路，避免影响主网的正常工作。
本发明便于及时发现配电网自动化终端的故障，节省了配电网数据，提高配电网数据采集终端的准确性，提升配电网查找、定位和隔离的准确性和效率，减少停电时间，为配电网的安全稳定运行提供可靠保障。
本发明能大大提高配电网运行的可靠性，提高电能质量，降低电力工作者的劳动强度，充分利用现有设备的能力。
本发明自带自检模块，能节省配电网自动化终端的维护成本，有效提高了配电网运行的可靠性。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本带自检功能的配电网自动化终端的整体结构原理框图。
图2为本带自检功能的配电网自动化终端中自检模块的工作原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1~图2所示，本实施例涉及一种带自检功能的配电网自动化终端，其包括主控模块、电源管理模块、自检模块、开关控制电路、人机交互模块、无线通信单元和变压器；所述主控模块通过变压器和配电线连接，三相交流电通过所述电源管理模块连接主控模块的供电端，所述主控模块分别和无线通信单元和人机交互模块电连接，所述主控模块通过无线通信单元和主站进行无线通信，所述主控模块通过驱动开关控制电路控制配电开关合闸/分闸，所述自检模块的相关测试端口分别与主控模块双向连接，所述自检模块的相关测试端口还分别与配电线通过变压器电连接。
进一步的，所述自检模块包括多CPU结构处理器、FPGA处理器、IGBT驱动芯片、数字信号板件、遥测模拟板件以及相关测试端口；所述多CPU结构处理器通过数据总线分别和FPGA处理器、IGBT驱动芯片、数字信号板件电连接，所述FPGA处理器通过I/O总线和遥测模拟板件电连接，所述遥测模拟板件用于遥测输入侧数据的处理，所述多CPU结构处理器用于通过IGBT驱动芯片与相关测试端口相连接并进行控制侧数据的处理，所述多CPU结构处理器用于通过数字信号板件与相关测试端口相连接并进行控制侧数据的处理。
进一步的，所述相关测试端口包括电压输入端口、电流输入端口、开关量输入测试端口和开关量输出测试端口；所述遥测模拟板件上连接的是电压输入端口和电流输入端口，所述IGBT驱动芯片上连接的是开关量输入测试端口，所述数字信号板件上连接的是开关量输出测试端口。
进一步的，所述多CPU结构处理器搭载如下模块：数据处理模块、存储模块、故障检测模块和故障录波模块，所述各个模块之间通过共享内存完成数据交互；
所述数据处理模块用于数字信号采集时限处理和IGBT接口的数字化处理；所述存储模块用于存储历史数据和操作中间数据；所述故障检测模块用于硬件自检、软件自检和对外端口漏电压自检；所述故障录波模块用于对外故障模拟信号的录波记录。
进一步的，所述FPGA处理器搭载如下单元：电压逻辑控制单元、电流逻辑控制单元、直流逻辑控制单元、电压端口处理单元、电流端口处理单元和直流端口处理单元；
所述电压逻辑控制单元、电流逻辑控制单元和直流逻辑控制单元用于自检模块的遥测对外控制处理，分别控制处理不同电压等级逻辑控制、不同电流等级逻辑控制和不同直流方式逻辑控制；所述电压端口处理单元、电流端口处理单元和直流端口处理单元用于自检模块的遥测对外端口处理，分别处理不同电压等级端口输出、不同电流等级端口输出和不同直流方式端口输出。
进一步的，本发明还包括电能计量模块，所述电源管理模块还包括交流信号转换电路，三相交流电经交流信号转换电路与电能计量模块电连接，所述电能计量模块通过串口和主控模块电连接。
进一步的，本发明还包括空气开关，所述空气开关串联在变压器和配电线之间。
进一步的，本发明还包括看门狗保护断路器，所述看门狗保护断路器串联在变压器和主控模块之间。
进一步的，本发明还包括定位模块，所述主控模块的相应端口与定位模块电连接。
进一步的，所述人机交互模块包括显示屏、按键和LED指示灯，所述主控模块的输出端分别电连接显示屏、按键和LED指示灯。
进一步的，所述无线通信单元包括GPRS模块。
进一步的，所述开关控制电路用于控制配电开关合闸/分闸。
进一步的，所述交流信号转换电路用于将配电网上的强电信号转换成弱电信号为电能计量模块提供采样信号。
进一步的，所述电能计量模块由型号为ATT7022B的电能计量芯片及其外围控制电路组成，所述型号为ATT7022B的电能计量芯片通过SPI接口和单片机电连接，所述主控模块通过串口与单片机电连接。
进一步的，所述主控模块为嵌入式微处理器，进一步优选，其型号MCF5249。
本发明采用的自检模块为高度集成化、高速度、高性能、低功耗的46位ARM芯片组成多CPU结构，能够快速分析各种实时信号同时做出相应处理。自检模块和主控模块相互独立，采用模块化设计，可根据实际使用情况拆分搭配，方便各个模块扩展、升级，互不影响。
本发明的自检模块实现了对配电网自动化终端的电压电流等参数的实时监测，并通过开关控制电路及时控制开关状态，同时利用无线通信单元，将数据和状态反馈给主站，且可通过人机交互模块显示所述数据和状态，为配电网规划、设计和运维提供数据基础和科学决策依据。
本发明设置了变压器，主控模块在需要自检时，主控模块的操作电源通过连接变压器接入配电线，所述变压器优选升压变压器且外部设有金属外壳，用于屏蔽电磁干扰。
此外设置了空气开关、看门狗保护断路器在配电线和主控模块之间，用于在内部发生故障时快速切断电路，避免影响主网的正常工作。
本发明便于及时发现配电网自动化终端的故障，节省了配电网数据，提高配电网数据采集终端的准确性，提升配电网查找、定位和隔离的准确性和效率，减少停电时间，为配电网的安全稳定运行提供可靠保障。
本发明能大大提高配电网运行的可靠性，提高电能质量，降低电力工作者的劳动强度，充分利用现有设备的能力。
本发明自带自检模块，能节省配电网自动化终端的维护成本，有效提高了配电网运行的可靠性。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种带自检功能的配电网自动化终端，其特征在于：其包括主控模块、电源管理模块、自检模块、开关控制电路、人机交互模块、无线通信单元和变压器；所述主控模块通过变压器和配电线连接，三相交流电通过所述电源管理模块连接主控模块的供电端，所述主控模块分别和无线通信单元和人机交互模块电连接，所述主控模块通过无线通信单元和主站进行无线通信，所述主控模块通过驱动开关控制电路控制配电开关合闸/分闸，所述自检模块的相关测试端口分别与主控模块双向连接，所述自检模块的相关测试端口还分别与配电线通过变压器电连接。
2.根据权利要求1所述的一种带自检功能的配电网自动化终端，其特征在于：所述自检模块包括多CPU结构处理器、FPGA处理器、IGBT驱动芯片、数字信号板件、遥测模拟板件以及相关测试端口；所述多CPU结构处理器通过数据总线分别和FPGA处理器、IGBT驱动芯片、数字信号板件电连接，所述FPGA处理器通过I/O总线和遥测模拟板件电连接，所述遥测模拟板件用于遥测输入侧数据的处理，所述多CPU结构处理器用于通过IGBT驱动芯片与相关测试端口相连接并进行控制侧数据的处理，所述多CPU结构处理器用于通过数字信号板件与相关测试端口相连接并进行控制侧数据的处理。
3.根据权利要求2所述的一种带自检功能的配电网自动化终端，其特征在于：所述相关测试端口包括电压输入端口、电流输入端口、开关量输入测试端口和开关量输出测试端口；所述遥测模拟板件上连接的是电压输入端口和电流输入端口，所述IGBT驱动芯片上连接的是开关量输入测试端口，所述数字信号板件上连接的是开关量输出测试端口。
4.根据权利要求3所述的一种带自检功能的配电网自动化终端，其特征在于：所述多CPU结构处理器搭载如下模块：数据处理模块、存储模块、故障检测模块和故障录波模块，所述各个模块之间通过共享内存完成数据交互；
所述数据处理模块用于数字信号采集时限处理和IGBT接口的数字化处理；所述存储模块用于存储历史数据和操作中间数据；所述故障检测模块用于硬件自检、软件自检和对外端口漏电压自检；所述故障录波模块用于对外故障模拟信号的录波记录。
5.根据权利要求4所述的一种带自检功能的配电网自动化终端，其特征在于：所述FPGA处理器搭载如下单元：电压逻辑控制单元、电流逻辑控制单元、直流逻辑控制单元、电压端口处理单元、电流端口处理单元和直流端口处理单元；
所述电压逻辑控制单元、电流逻辑控制单元和直流逻辑控制单元用于自检模块的遥测对外控制处理，分别控制处理不同电压等级逻辑控制、不同电流等级逻辑控制和不同直流方式逻辑控制；所述电压端口处理单元、电流端口处理单元和直流端口处理单元用于自检模块的遥测对外端口处理，分别处理不同电压等级端口输出、不同电流等级端口输出和不同直流方式端口输出。
6.根据权利要求1所述的一种带自检功能的配电网自动化终端，其特征在于：其还包括电能计量模块，所述电源管理模块还包括交流信号转换电路，三相交流电经交流信号转换电路与电能计量模块电连接，所述电能计量模块通过串口和主控模块电连接。
7.根据权利要求1所述的一种带自检功能的配电网自动化终端，其特征在于：其还包括空气开关，所述空气开关串联在变压器和配电线之间。
8.根据权利要求1或7所述的一种带自检功能的配电网自动化终端，其特征在于：其还包括看门狗保护断路器，所述看门狗保护断路器串联在变压器和主控模块之间。
9.根据权利要求1所述的一种带自检功能的配电网自动化终端，其特征在于：其还包括定位模块，所述主控模块的相应端口与定位模块电连接。
10.根据权利要求1所述的一种带自检功能的配电网自动化终端，其特征在于：所述人机交互模块包括显示屏、按键和LED指示灯，所述主控模块的输出端分别电连接显示屏、按键和LED指示灯。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN112737105A (zh) * | 2020-12-12 | 2021-04-30 | 杭州东自科技发展有限公司 | 一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统 |
| CN114094696A (zh) * | 2021-10-27 | 2022-02-25 | 深圳供电局有限公司 | 配电网自动化测控终端的切换装置、方法和系统 |
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