CN111564838A - 一种功耗动态变化的馈线终端及功耗控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种功耗动态变化的馈线终端及功耗控制方法，用于配电网保护中，包括CPU模块，模拟量采集模块、开入模块、开出模块、通讯模块、电源模块和外置液晶模块，各种模块相互独立，CPU模块可单独控制其他模块的运行状态，CPU模块自身可调整主频运行速度，通过控制模块的运行状态、调整CPU主频运行速度，可以改变馈线终端的功耗；通过模拟量采集、开关量采集，可以判断配电线路处于停运状态，达到一定时间阈值后，关闭一部分模块的运行，降低CPU主频，可以降低馈线终端的运行功耗。本发明可在线路失电时显著延长后备电源带电时间。

Description

一种功耗动态变化的馈线终端及功耗控制方法
技术领域
本发明属于配电线路控制保护技术领域，涉及一种功耗动态变化的馈线终端及功耗控制方法。
背景技术
馈线终端一般用于柱上架空线路的保护及测量，形态上主要区分为罩式馈线终端和箱式馈线终端两种类型，均配备超级电容或蓄电池作为后备电源。在配电线路有电时，馈线终端的电源来自于线路供电PT，同时给后备电源进行充电；当线路失电时，由后备电源进行供电，供电时间由后备电源容量大小和馈线终端功耗共同决定。一般来说，超级电容的后备电源供电时间不小于15分钟，寿命约为5年；蓄电池后备电源供电时间不小于4小时，寿命约为2年。
以前运行的馈线终端功能很少，只有两遥(遥信、遥测)功能，只能起到监视线路状态的作用。如今配电自动化的加速推进，对馈线终端的功能要求越来越高，不仅要满足基本的三遥(遥信、遥测、遥控)功能，还要具备电压时间型馈线自动化功能、线损计量功能、一次开关的在线监测功能等等。要求提高的同时，对馈线终端的计算能力也提出了更高的要求，馈线终端的功耗就水涨船高，对后备电源容量的要求也越来越高。目前使用的后备电源主要为蓄电池，2～3年维护一次显得较为繁琐。供电局更希望使用容量稍大的超级电容，寿命长、维护成本低，但超级电容仅能维持15分钟显得时间过短。后备电源的容量受到成本、体积、重量的限制，不能无限增大，如何控制馈线终端的功耗显得十分重要。
为了延长后备电源的供电时间降低馈线终端的功耗，有些研究人员选择功耗低的芯片作为主计算芯片，并尽量减少模拟量、通讯及开入开出的接口数量，这样可以大幅度降低馈线终端的功耗，但功耗低的芯片性能不强，外部通道数量的减少也导致馈线终端扩展能力差，不能满足现在复杂情况下馈线自动化的需要。有些研究人员选择高性能芯片作为主计算芯片，但这种馈线终端功耗较高，后备电源的成本重量体积都大大增加，用户难以接受。
发明内容
发明目的：为解决现有技术存在性能低、扩展能力差、体积大、功耗高等问题，本发明提供了一种功耗动态变化的馈线终端和馈线终端的功耗控制方法
技术方案：本发明提供一种功耗动态变化的馈线终端，应用于柱上架空线路的保护及测量，包括电源模块、外置液晶模块和控制切换模块，所述控制切换模块包括CPU模块、模拟量采集模块、开入采集模块、通讯模块；所述外置液晶模块包括显示屏、唤醒按键；所述唤醒按键为：当馈线终端运行在低功耗模式下时，工作人员通过唤醒按键向CPU模块发送切换指令，使得CPU模块控制馈线终端从低功耗模式切换至全功耗模式；所述模拟量采集模块包括若干路电压采集通道和若干路电流采集通道；
当馈线终端运行在全功耗模式时，电源模块全功耗输出，为外置液晶模块和控制切换模块供电；模拟量采集模块实时采集柱上架空线路上所有的电压及电流信息，并将采集的到电压及电流信息实时传送至CPU模块；所述开入采集模块实时采集开关量输入状态信息，并将采集到的信息传送至CPU模块，所述开关量输入状态信息包括柱上架空线路上所有的开关量的状态信息；所述CPU模块运行在标准主频模式下，通过通讯模块与配电主站连接，且与外置液晶模块连接，CPU模块将收到的电压、电流以及开关量输入状态信息实时传送至外置液晶模块显示；当CPU模块收到配电主站发送的由全功耗模式切换至低功耗模式的遥控指令时，CPU模块控制馈线终端切换至低功耗模式，或者CPU模块根据收到的电压及电流信息判断是否切换至低功耗模式；
当馈线终端运行在低功耗模式时：所述CPU模块降低运行主频，CPU模块控制模拟量采集模块仅开通前2路电压采集通道，用于采集柱上架空线路的两侧电压，并传送至CPU模块，CPU模块控制开入采集模块仅开放1路开关量采集通道，用于采集柱上架空线路的开关合位置状态，并传送至CPU模块；CPU模块控制外置液晶模块的显示屏关闭，并仅留唤醒按键处于可操控状态；所述电源模块根据当前外置液晶模块和控制切换模块所需要的供电量，降低输出功率；
当CPU收到配电主站发送的由低功耗模式切换至全功耗模式的遥控指令时，CPU模块控制馈线终端切换至全功耗模式，或者CPU模块根据收到的开关合位置状态信息或柱上架空线路的两侧电压或通讯状态指标，判断是否控制馈线终端从低功耗模式切换至全功耗模式；所述通讯状态指标为唤醒按键传送至CPU模块的切换指令。
进一步的，所述控制切换模块还包括开出模块，当CPU模块接收到配电主站发送的开关控制指令后，CPU模块通过开出模块控制柱上架空线路上的开关；低功耗模式下开出模块处于关闭状态。
进一步的，所述CPU模块的标准主频为1000MHZ，低功耗模式时CPU模块运行的主频为667MHz。
进一步的，所述外置液晶模块通过RJ45网线与CPU模块连接。
一种功耗动态变化的馈线终端的功耗控制方法，具体包括如下步骤：
步骤1：当馈线终端运行在全功耗模式下时，根据配电主站发送的由全功耗模式切换至低功耗模式的遥控指令，或根据柱上架空线路的所有电压、电流判断是否进入低功耗模式，若是，则进入低功耗模式并转步骤2；否则，继续以全功耗模式运行；
所述根据柱上架空线路的所有电压、电流判断是否进入低功耗模式具体为：若柱上架空线路上的所有电压均小于预设的电压阈值，且持续时间超过预设的第一时间阈值，以及柱上架空线路上的所有电流均小于预设的电流值，且持续时间超过预设的第二时间阈值；馈线终端进入低功耗模式；
步骤2：当满足如下条件之一时，则馈线终端从低功耗模式切换至全功耗模式，并转步骤1；否则，馈线终端继续运行在低功耗模式。
条件1：柱上架空线路开关合位置状态发生变化；
条件2：柱上架空线路两侧的电压高于预设的电压阈值，且持续时间超过预设的第三时间阈值；
条件3：工作人员按下唤醒按键；
条件4：配电主站向馈线终端发送由全功耗模式切换至低功耗模式的遥控指令。
有益效果：
(1)本发明通过降低失电时馈线终端功耗，延长后备电源使用时间，降低了后备电源的投资，提高了经济效益；
(2)通过降低失电时馈线终端功耗，馈线终端后备电源可以更多的选择超级电容，超级电容使用寿命长，免维护，减少运维人员的工作量；
(3)本发明通过动态功耗控制策略，即可以满足线路带电时各种高级应用的功能要求，也能在线路失电时延长后备电源使用时间。
附图说明
图1为本发明馈线终端的系统框图；
图2为由全功耗模式切换至低功耗模式的策略流程图，(a)为根据电流、电压进行模式切换；(b)为根据配电主站发送的控制命令切换运行模式；
图3为有由低功耗模式切换至全功耗模式的策略流程图，(a)为根据配电主站发送的控制命令切换运行模式；(b)为根据开关合位置状态信息切换运行模式。
具体实施方式
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。下面，结合附图及具体实施方式，对本发明做进一步的描述。
如图1所示，一种功耗动态变化的馈线终端，包括CPU模块、通讯模块、模拟量采集模块、开入模块、开出模块、电源模块和外置液晶模块。
CPU模块可以根据其他模块传来的模拟量、开关量确定馈线终端的运行模式，并可根据现在所处模式的调整CPU模块运行频率和控制其他模块的运行模式；模拟量采集模块用于获取当前模拟量输入状态(架空线路上的电压及电流信息)，全功耗模式时全部模拟量通道开放，低功耗模式时仅开放前两路电压通道，用于采集开关两侧电压；开入采集模块用于获取当前开关量输入状态(架空线路上的柱上开关的开关量的状态信息)，全功耗模式时全部开关量采集通道开启，低功耗模式时仅开放1路开入量采集通道，用于采集开关合位置状态；开出模块用于控制外部回路，当CPU模块接收到主配电站的开关控制指令后，CPU模块通过开出模块控制柱上架空线路上的开关，全功耗模式时正常工作，低功耗模式时关闭所有开出通道；外置液晶模块通过RJ45网线与CPU模块相连接，用于人机交互，全功耗模式时正常工作，低功耗模式时仅留一个按键工作；通讯模块通过串口与CPU模块相连接，用于和配电主站相连接，获取主站发来的各种指令，全功耗模式时正常全速率工作，低功耗模式时降低通讯速率。
所述CPU模块的标准主频为1000MHZ，低功耗模式时CPU模块运行的主频为667MHz。
CPU模块有一套馈线终端工作状态的判断机制，通过模拟量、开入量、通讯状态等指标来判断馈线终端的运行状态，全功耗模式或低功耗模式的切换逻辑包括：如图2中的(a)所示馈线终端处于全功耗模式时，根据当前模拟量输入情况，当电压、电流模拟量低于阈值并持续超过时间阈值后切换为低功耗模式；或如图2中的(b)所示，CPU模块收到配电主站发送的由全功耗模式切换至低功耗模式的切换指令后切换为低功耗模式；如图3中的(a)、(b)所示馈线终端处于低功耗模式时，当电压模拟量高于阈值并持续时间超过阈值后，切换为全功耗模式；或者，按下分离式液晶模块上的唤醒按键、开入采集模块采集的开关位置状态变化、收到配电主站发送的由低功耗模式切换至全功耗模式的切换指令，均会唤醒馈线终端进入全功耗模式；所述馈线终端切换为全功耗模式后，会根据工作状态切换逻辑实时判断是否需要由全功耗模式切换为低功耗模式。
功耗等级分为两种：全功耗模式，低功耗模式。CPU模块在全功耗模式时运行在标准主频下，低功耗模式时运行在低主频下；
本实施例的提供一种馈线终端功耗控制方法，
(1)全功耗模式时：CPU模块通过模拟量采集模块得到线路的所有电压和电流，当线路的电压、电流均小于阈值时，判断线路处于停运状态，再经过设定的时间阈值后，运行模式切换为低功耗模式；或者CPU模块接收到配电主站传送的由全功耗模式切换至低功耗模式的遥控指令，运行模式切换为低功耗模式
(2)低功耗模式时：CPU模块通过通讯模块可以与配电主站进行通讯，配电主站发出由低功耗模式切换至全功耗模式的遥控指令时，CPU模块立即发出指令唤醒馈线终端，切换至全功耗模式；或工作人员按下外置液晶模块上的唤醒按钮时，立即切换为全功耗模式；或开入采集模块采集的开关位置状态变化，立即切换为全功耗模式；或线路两侧的电压高于阈值并持续时间超过阈值后，切换为全功耗模式
通过本实施例对馈线终端的功耗进行控制，达到动态控制馈线终端功耗的目的，可在线路失电时显著延长后备电源带电时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (5)

1.一种功耗动态变化的馈线终端，应用于柱上架空线路的保护及测量，其特征在于，包括电源模块、外置液晶模块和控制切换模块，所述控制切换模块包括CPU模块、模拟量采集模块、开入采集模块、通讯模块；所述外置液晶模块包括显示屏、唤醒按键；所述唤醒按键为：当馈线终端运行在低功耗模式下时，工作人员通过唤醒按键向CPU模块发送切换指令，使得CPU模块控制馈线终端从低功耗模式切换至全功耗模式；所述模拟量采集模块包括若干路电压采集通道和若干路电流采集通道；
当馈线终端运行在全功耗模式时，电源模块全功耗输出，为外置液晶模块和控制切换模块供电；模拟量采集模块实时采集柱上架空线路上所有的电压及电流信息，并将采集的到电压及电流信息实时传送至CPU模块；所述开入采集模块实时采集开关量输入状态信息，并将采集到的信息传送至CPU模块，所述开关量输入状态信息包括柱上架空线路上所有的开关量的状态信息；所述CPU模块运行在标准主频模式下，通过通讯模块与配电主站连接，且与外置液晶模块连接，CPU模块将收到的电压、电流以及开关量输入状态信息实时传送至外置液晶模块显示；当CPU模块收到配电主站发送的由全功耗模式切换至低功耗模式的遥控指令时，CPU模块控制馈线终端切换至低功耗模式，或者CPU模块根据收到的电压及电流信息判断是否切换至低功耗模式；
当馈线终端运行在低功耗模式时：所述CPU模块降低运行主频，CPU模块控制模拟量采集模块仅开通前2路电压采集通道，用于采集柱上架空线路的两侧电压，并传送至CPU模块，CPU模块控制开入采集模块仅开放1路开关量采集通道，用于采集柱上架空线路的开关合位置状态，并传送至CPU模块；CPU模块控制外置液晶模块的显示屏关闭，并仅留唤醒按键处于可操控状态；所述电源模块根据当前外置液晶模块和控制切换模块所需要的供电量，降低输出功率；
当CPU收到配电主站发送的由低功耗模式切换至全功耗模式的遥控指令时，CPU模块控制馈线终端切换至全功耗模式，或者CPU模块根据收到的开关合位置状态信息或柱上架空线路的两侧电压或通讯状态指标，判断是否控制馈线终端从低功耗模式切换至全功耗模式；所述通讯状态指标为唤醒按键传送至CPU模块的切换指令。
2.根据权利要求1所述的一种功耗动态变化的馈线终端，其特征在于，所述控制切换模块还包括开出模块，当CPU模块接收到配电主站发送的开关控制指令后，CPU模块通过开出模块控制柱上架空线路上的开关；低功耗模式下开出模块处于关闭状态。
3.根据权利要求1所述的一种功耗动态变化的馈线终端，其特征在于，所述CPU模块的标准主频为1000MHz，低功耗模式时CPU模块运行的主频为667MHz。
4.根据权利要求1所述的一种功耗动态变化的馈线终端，其特征在于，所述外置液晶模块通过RJ45网线与CPU模块连接。
5.基于权利要求1所述的一种功耗动态变化的馈线终端的功耗控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1：当馈线终端运行在全功耗模式下时，根据配电主站发送的由全功耗模式切换至低功耗模式的遥控指令，或根据柱上架空线路的所有电压、电流判断是否进入低功耗模式，若是，则进入低功耗模式并转步骤2；否则，继续以全功耗模式运行；
所述根据柱上架空线路的所有电压、电流判断是否进入低功耗模式具体为：若柱上架空线路上的所有电压均小于预设的电压阈值，且持续时间超过预设的第一时间阈值，以及柱上架空线路上的所有电流均小于预设的电流值，且持续时间超过预设的第二时间阈值，馈线终端进入低功耗模式；
步骤2：当满足如下条件之一时，则馈线终端从低功耗模式切换至全功耗模式，并转步骤1；否则，馈线终端继续运行在低功耗模式；
条件1：柱上架空线路开关合位置状态发生变化；
条件2：柱上架空线路两侧的电压高于预设的电压阈值，且持续时间超过预设的第三时间阈值；
条件3：工作人员按下唤醒按键；
条件4：配电主站向馈线终端发送由全功耗模式切换至低功耗模式的遥控指令。
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