CN111562431A - 基于无线通信的智能型低压分路监测单元及监测方法 - Google Patents

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CN111562431A CN202010327515.8A CN202010327515A CN111562431A CN 111562431 A CN111562431 A CN 111562431A CN 202010327515 A CN202010327515 A CN 202010327515A CN 111562431 A CN111562431 A CN 111562431A
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黄永冰
黄其烟
陶海欧
刘娜
陈其平
陈凌强
邹龙
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Fujian Hoshing Hi Tech Industrial Co ltd
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Abstract

本发明提出一种基于无线通信的智能型低压分路监测单元及监测方法，包括：无线数据采集终端和融合终端；所述无线数据采集终端包括相连接的：电压取样模块、信号调理模块、单片机和无线通信模块；所述无线数据采集终端通过无线通信模块连接的融合终端。其解决了传统智能型低压分路监测单元与采集主机之间需用线缆连接造成微弱信号衰减的问题，同时可以结合超低功耗设计，解决电池续航时间短的问题。

Description

基于无线通信的智能型低压分路监测单元及监测方法
技术领域
本发明属于电力设备技术领域，尤其涉及一种基于无线通信的智能型低压分路监测单元及监测方法。
背景技术
低压分路监测单元在电力系统中应用非常广泛，是电厂、变电站必备的设备之一，是电力系统的“眼睛”，它用于各种电流的测量和转换，作为对电费计量、电网的正常运行及故障时提供可靠的模拟量或数据信息的设备。
传统的低压分路监测单元，采用电缆将二次模拟电流信号接入远端的采样板，未做就近采样无线传输的方案，模拟信号易受干扰，信号失真严重，电流、电压无法达到0.5%的要求。
而如果采用无线GPRS通信方式，则会产生在配电柜体内信号差，经常性数据丢失的问题，并且一组配电柜有几十组低压线路需要监测，如果每台设备都装一台手机卡，会造成大量的移动网络资源浪费。
发明内容
针对现有技术存在的问题和不足，本发明采用以下技术方案：
一种基于无线通信的智能型低压分路监测单元，其特征在于，包括无线数据采集终端和融合终端；所述无线数据采集终端包括相连接的：电压取样模块、信号调理模块、单片机和无线通信模块；所述无线数据采集终端通过无线通信模块连接的融合终端。
优选地，所述无线通信模块为433Mhz无线通信模块。
优选地，所述电压取样模块包括铁芯线圈和取样电阻；所述信号调理模块包括一阶低通滤波器和加法器；所述单片机带有差分ADC模数转换器。
优选地，所述信号调理模块还包括20dB放大电路。
优选地，所述单片机为CORTEX-M0单片机。
以及根据以上优选装置方案的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1:所述电压取样模块的铁芯线圈利用法拉第电磁感应原理转换一次电流I1,得到二次电流I2=I1/N，N为线圈匝数，之后通过出线两端的取样电阻R，得到取样电压V=I2*R；
步骤2:所述信号调理模块的一阶低通滤波器和加法器，对取样电压信号V进行滤波和电平提升Vr，得到调理后的电压信号V1，再对电压信号V1进行20dB放大，得到电压信号V2；
步骤3:通过CORTEX-M0单片机的差分ADC模数转换器，经过分析控制，分别对电压信号V1,、电平提升Vr和电压信号V2，进行周期差分采样，得到模拟信号量化后的数列S1和数列S2，并存储；
步骤4:所述CORTEX-M0单片机对数列S2进行数字滤波、FFT计算和系数校正，得到电流值Is2，判断电流值Is2是否大于该通道最大有效电流值Ism2，若大于，则表明放大后的电压信号V2被削峰，计算获得的Is2不可信，重新计算序列S1，得到Is1，并以Is1作为当次采样的实际电流值；若小于，则Is2作为当次采样的实际电流值。
还包括步骤5：所述无线通信模块将当次采样的实际电流值发送至融合终端。
本发明及其优选方案解决了传统智能型低压分路监测单元与采集主机之间需用线缆连接造成微弱信号衰减的问题，其可以结合超低功耗设计，解决电池续航时间短的问题。
同时，通过对数字滤波、FFT计算和系统校正的电流值进行的分析比较，解决了不同区段电流被削峰的情况，去除了不可信数据，保证了数据的真实性，解决了模拟信号失真的情况。最后再把有效数据通过433MHZ无线通信模块发送到融合终端（TTU）。本发明方案采用的无线通信基于小无线，区别于现有设备的GPRS或电力载波：载波通信需要传导载体，GPRS则依赖于移动通信网络与手机卡实现，而本发明的无线通信方案是基于433MHZ,属于区域范围的通信，它的好处是，当在小范围内多组低压监测单元上传数据时，可应用小无线技术，将多组数据汇集在一起，由融合终端（TTU）统一收集信息，打包上送配电自动化主站，降低了设备成本，提高了采集装置通信的可靠性，有助于智能泛在电力物联网建设。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
图1是本发明实施例无线数据采集终端结构示意图；
图2是本发明实施例装置各模块示意图；
图3是本发明实施例单片机程序流程示意图；
图4是本发明实施例电流信号采集、控制示意图；
图5是本发明实施例无线传输模块收发控制示意图。
具体实施方式
为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：
实现本实施例方案的装置主要包括无线数据采集终端和融合终端（TTU）。
如图1所示，无线数据采集终端包括相连接的：电压取样模块、信号调理模块、单片机和无线通信模块。
其中，无线通信模块为433Mhz无线通信模块。电压取样模块包括铁芯线圈和取样电阻；信号调理模块包括一阶低通滤波器和加法器；单片机带有差分ADC模数转换器。信号调理模块还包括20dB放大电路。单片机为CORTEX-M0单片机。
无线数据采集终端通过无线通信模块连接的融合终端。
如图2所示，考虑到进一步丰富本实施例装置的功能，该装置同时也集成了现有的载波通信、RS485传输模块等功能。融合终端（TTU）安装在无线数据采集终端旁，加装三相交流220V电源即可，融合终端（TTU）CT安装在母线或者母排。无线数据采集终端UL端子接在开关入线侧，Ua、Ub、Uc接在开关的出线侧，电流采用开口CT，套在线缆上即可，并注意电流方向与互感器方向一致。
基于以上装置，实现本实施例方案的监控方法具体包括以下步骤：
步骤1:电压取样模块的铁芯线圈利用法拉第电磁感应原理转换一次电流I1,得到二次电流I2=I1/N，N为线圈匝数，之后通过出线两端的取样电阻R，得到取样电压V=I2*R；
步骤2:信号调理模块的一阶低通滤波器和加法器，对取样电压信号V进行滤波和电平提升Vr，得到调理后的电压信号V1，为保证小电流的测量精度，再对电压信号V1进行20dB放大，得到电压信号V2；
步骤3:通过CORTEX-M0单片机的差分ADC模数转换器，经过分析控制，分别对电压信号V1,、电平提升Vr和电压信号V2，进行周期差分采样，得到模拟信号量化后的数列S1和数列S2，并存储在单片机的内存当中；
步骤4:CORTEX-M0单片机对数列S2进行数字滤波、FFT计算和系数校正，得到电流值Is2，判断电流值Is2是否大于该通道最大有效电流值Ism2，若大于，则表明放大后的电压信号V2被削峰，计算获得的Is2不可信，重新计算序列S1，得到Is1，并以Is1作为当次采样的实际电流值；若小于，则Is2作为当次采样的实际电流值I。
步骤5：433MHz频段无线通信模块将当次采样的实际电流值I发送至融合终端。
图3-图5给出了本实施例对以上步骤的具体实现工作流程。
本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的基于无线通信的智能型低压分路监测单元及监测方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种基于无线通信的智能型低压分路监测单元，其特征在于，包括无线数据采集终端和融合终端；所述无线数据采集终端包括相连接的：电压取样模块、信号调理模块、单片机和无线通信模块；所述无线数据采集终端通过无线通信模块连接的融合终端。
2.根据权利要求1所述的基于无线通信的智能型低压分路监测单元，其特征在于：所述无线通信模块为433Mhz无线通信模块。
3.根据权利要求1所述的基于无线通信的智能型低压分路监测单元，其特征在于：所述电压取样模块包括铁芯线圈和取样电阻；所述信号调理模块包括一阶低通滤波器和加法器；所述单片机带有差分ADC模数转换器。
4.根据权利要求3所述的基于无线通信的智能型低压分路监测单元，其特征在于：所述信号调理模块还包括20dB放大电路。
5.根据权利要求3所述的基于无线通信的智能型低压分路监测单元，其特征在于：所述单片机为CORTEX-M0单片机。
6.根据权利要求3-5所述的基于无线通信的智能型低压分路监测单元的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1:所述电压取样模块的铁芯线圈利用法拉第电磁感应原理转换一次电流I1,得到二次电流I2=I1/N，N为线圈匝数，之后通过出线两端的取样电阻R，得到取样电压V=I2*R；
步骤2:所述信号调理模块的一阶低通滤波器和加法器，对取样电压信号V进行滤波和电平提升Vr，得到调理后的电压信号V1，再对电压信号V1进行20dB放大，得到电压信号V2；
步骤3:通过CORTEX-M0单片机的差分ADC模数转换器，经过分析控制，分别对电压信号V1,、电平提升Vr和电压信号V2，进行周期差分采样，得到模拟信号量化后的数列S1和数列S2，并存储；
步骤4:所述CORTEX-M0单片机对数列S2进行数字滤波、FFT计算和系数校正，得到电流值Is2，判断电流值Is2是否大于该通道最大有效电流值Ism2，若大于，则表明放大后的电压信号V2被削峰，计算获得的Is2不可信，重新计算序列S1，得到Is1，并以Is1作为当次采样的实际电流值；若小于，则Is2作为当次采样的实际电流值。
7.根据权利要求6所述的基于无线通信的智能型低压分路监测单元的监测方法，其特征在于：还包括步骤5：所述无线通信模块将当次采样的实际电流值发送至融合终端。
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