CN111650430A - 一种用于居民负荷的多路量测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于居民负荷的多路量测装置及方法，装置包括模数转换器、信号调理模块、通信模块、信号处理器、同步时钟模块、高速存储模块和电源转换模块；所述信号调理模块的输入端分别三路模数转换器连接，所述三路模数转换器的输入端分别与设置在插座电路、空调电路和照明电路中的电流/电压采集单元连接，用于采集插座、空调和照明回路的电压电流数据，所述信号调理模块的输出端与信号处理器连接；所述同步时钟模块和高速存储模块分别与信号处理器连接，所述信号处理器通过通信模块与系统主站连接。本发明充分利用非侵入式量测和精确独立计量的各自优势对居民负荷用电进行分项计量。

Description

一种用于居民负荷的多路量测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种用于居民负荷的多路量测装置及方法，属于负荷量测技术领域。

背景技术

近年来，随着我国经济的发展和城市化进程的加快，城市人口不断的增加导致居民的用电负荷总量呈现日趋上升的趋势，其用在电网总体用电负荷的比例不断增加。而仅仅对居民用电负荷总量的量测已经不能满足当前电力公司客户服务、节能增效、用电安全以及需求侧管理方面的应用需求，而通过对居民用电负荷分项计量，并建立分项负荷管理体系是解决上述需求的有效途径。

目前，居民负荷用电分项计量一般采用对每种负荷进行独立的侵入式量测方法，或者在居民用电总口采用非侵入式量测方法。侵入式方法需要较多量测装置，虽然计量精确，但在某些不方便安装量测装置的位置，需要进行线路改造，装置部署维护成本较高。而采用非侵入式量测方法，仅仅对总口单一量测点进行非侵入式负荷分解算法得到结果，随着分解目标自身特征和用电环境背景干扰，其精度往往又不尽理想，只能达到估计水平。

发明内容

针对上述居民负荷用电分项计量存在的问题，本发明提出了一种用于居民负荷的多路量测装置及方法，能够充分利用非侵入式量测和精确独立计量的各自优势对居民负荷用电进行分项计量。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

一方面，本发明实施例提供的一种用于居民负荷的多路量测装置，包括模数转换器、信号调理模块、通信模块、信号处理器、同步时钟模块、高速存储模块和电源转换模块；所述信号调理模块的输入端分别三路模数转换器连接，所述三路模数转换器的输入端分别与设置在插座电路、空调电路和照明电路中的电流/电压采集单元连接，用于采集插座、空调和照明回路的电压电流数据，所述信号调理模块的输出端与信号处理器连接；所述同步时钟模块和高速存储模块分别与信号处理器连接，所述信号处理器通过通信模块与系统主站连接。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述模数转换器采用型号为AD7746的24位双通道高速模数转换器。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述信号调理模块采用型号为B82790C0113N201低通滤波模块。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述电流/电压采集单元包括与普通电能表同一等级的电压互感器和电流互感器。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述电源转换模块包括AC-DC电源模块，为所述装置提供不同电压等级的直流供电电源。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述装置安装在居民配电箱内，用于采集插座、空调和照明回路的电压电流数据，并监测插座支路、空调支路和照明支路。

作为本实施例一种可能的实现方式，在监测插座支路过程中采用非侵入式量测方法进行插座支路监测；在监测空调支路和照明支路过程中采用侵入式量测方法进行空调支路和照明支路监测。

另一方面，本发明实施例提供的一种用于居民负荷的多路量测方法，包括以下步骤：

采集各路居民负荷供电的电压电流数据；

对电压电流数据进行模数转换，并进行滤波处理；

根据电压电流数据计算各路居民负荷供电的负荷；

将负荷计算结果进行本地存储并上传到系统主站。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述各路居民负荷供电的电压电流数据包括插座、空调和照明回路的电压电流数据。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述计算各路居民负荷供电的负荷过程包括：

对插座回路的电压电流数据采用非侵入式负荷分解与辨识算法计算插座支路的分项量测负荷；

对空调和照明回路的电压电流数据采用快速离散傅里叶算法计算空调支路和照明支路的分项量测负荷。

本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：

1、本发明继承了非侵入量测方法及装置的安装部署方面、维护成本少的优点，仅在用户配电箱处部署，实现分项采集，集中分析与上传。对于用户的居住环境无侵入式行为，同时采用4G通信方式，自带独立通信通道，不占用用户带宽资源，用户日常生活零感知。

2.本发明同时还兼具了独立量测结果精确的优点，对于非侵入式方法难于解决的大功率多状态负荷(空调)以及小功率长时间运行负荷(照明)，采用独立精确测量方法，而结合插座负荷运行规律单一、功率特性明显易于辨识的特点，采用非侵入式量测方法，保证了整体量测装置的精度。

本发明充分利用非侵入式量测和精确独立计量的各自优势对居民负荷用电进行分项计量，具有设计科学合理、量测结果可靠、降低安装维护成本、易于实现的特点。

附图说明：

图1是根据一示例性实施例示出的一种用于居民负荷的多路量测装置的原理框图；

图2是本发明一种用于居民负荷的多路量测装置的安装示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种用于居民负荷的多路量测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

图1是根据一示例性实施例示出的一种用于居民负荷的多路量测装置的原理框图。如图1所示，本发明实施例提供的一种用于居民负荷的多路量测装置，包括模数转换器、信号调理模块、通信模块、信号处理器、同步时钟模块、高速存储模块和电源转换模块；所述信号调理模块的输入端分别三路模数转换器连接，所述三路模数转换器的输入端分别与设置在插座电路、空调电路和照明电路中的电流/电压采集单元连接，用于采集插座、空调和照明回路的电压电流数据，所述信号调理模块的输出端与信号处理器连接；所述同步时钟模块和高速存储模块分别与信号处理器连接，所述信号处理器通过通信模块与系统主站连接。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述模数转换器采用型号为AD7746的24位双通道高速模数转换器。模数转换器，采用3个模块并列采集方式，同时采集插座、空调和照明支路，单个模数转换器支持2通道采集，用于高速并行采集同相位的电压和电流参数，保持采集结果的同步性。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述信号调理模块采用型号为B82790C0113N201低通滤波模块，用于将采集到的电气参数滤掉高频和谐波信号。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述电流/电压采集单元包括与普通电能表同一等级的电压互感器和电流互感器。所述电流互感器的精度范围根据待测场景的额定容量来决定。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述信号处理器采用型号为DSPIC33CH128MP503-I/M5的数字信号处理器。数字信号处理器对多路分项采集的不同支路的电气参数分别进行处理，其中插座支路数据的高频采集原始数据经过非侵入式负荷分解与辨识算法，给出在插座支路上所有负荷的分项量测结果；而空调和支路的高频采集原始数据经过FFT算法(快速离散傅里叶算法)得到精确的量测值结果；在每一个计算循环结尾处，将两种结果通过SPI总线缓存到高速存储模块；数字信号处理器与通信模块采用高速UART接口进行数据通信，将量测值结果数据上传给系统主站。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述高速存储模块采用型号为S25FL512SAGMFI011的高速存储器，高速存储器通过SPI总线协议将接收到的不同回路及负荷的量测结果数据进行缓存。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述同步时钟模块采用型号为M48T35Y-70PC1的IC芯片，同步时钟模块通过I2C总线与数字信号处理器连接，为多路数据量测结果进行时间标签同步，保证上送的结果数据精确可用。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述通信模块采用型号为Gport-G4的，其与dsPIC模块通过高速UART接口通信，接收结果数据，等待主站命令，通过4G模式将不同回路量测数据上传到系统主站进行数据分析与展示，型号为Gport-G4。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述电源转换模块包括AC-DC电源模块，为所述装置提供不同电压等级的直流供电电源。所述AC-DC电源模块采用型号为TEA1755T的电源模块。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述装置安装在居民配电箱内，用于采集插座、空调和照明回路的电压电流数据，并监测插座支路、空调支路和照明支路。

作为本实施例一种可能的实现方式，在监测插座支路过程中采用非侵入式量测方法进行插座支路监测；在监测空调支路和照明支路过程中采用侵入式量测方法进行空调支路和照明支路监测。对不同支路采用不同的量测方法，对于插座支路的监测采用非侵入式量测方法，对插座上负荷种类较多但功率较小状态单一负荷进行分解和辨识，而对于空调和照明支路采取直接精确计量的方式进行量测。在对居民负荷用电进行分项计量过程中，充分利用了非侵入式量测和精确独立计量的各自优势，不仅设计科学合理，而且量测结果可靠。

如图2，将该装置安装在居民负荷供电总入口处，引出三个支路，分别监测插座、空调以及照明回路，其传感器采用标准100A精度为0.2％的开口CT，卡接在每个支路的火线处；其中插座回路的量测结果为各个负荷的分项计量结果，而空调和照明的量测结果，则为各自独立的空调类和照明类的结果，最终的结果为该居民用户所有负荷分项计量结果，并通过装置4G通信上送到系统主站进行演示。

图3是根据一示例性实施例示出的一种用于居民负荷的多路量测方法的流程图。如图3所示，本发明实施例提供的一种用于居民负荷的多路量测方法，包括以下步骤：

采集各路居民负荷供电的电压电流数据；

对电压电流数据进行模数转换，并进行滤波处理；

根据电压电流数据计算各路居民负荷供电的负荷；

将负荷计算结果进行本地存储并上传到系统主站。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述各路居民负荷供电的电压电流数据包括插座、空调和照明回路的电压电流数据。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述计算各路居民负荷供电的负荷过程包括：

对插座回路的电压电流数据采用非侵入式负荷分解与辨识算法计算插座支路的分项量测负荷；

对空调和照明回路的电压电流数据采用快速离散傅里叶算法计算空调支路和照明支路的分项量测负荷。

在计算各路居民负荷供电的负荷过程中，多路分项采集的不同支路的电气参数经过滤波，送入信号处理电路分别进行处理，其中插座支路数据的高频采集原始数据经过非侵入式负荷分解与辨识算法，给出在插座支路上所有负荷的分项量测结果；而空调和支路的高频采集原始数据经过FFT算法(快速离散傅里叶算法)得到精确的量测值结果，在对居民负荷用电进行分项计量过程中，充分利用了非侵入式量测和精确独立计量的各自优势，不仅设计科学合理，而且量测结果可靠。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于居民负荷的多路量测装置，其特征是，包括模数转换器、信号调理模块、通信模块、信号处理器、同步时钟模块、高速存储模块和电源转换模块；所述信号调理模块的输入端分别三路模数转换器连接，所述三路模数转换器的输入端分别与设置在插座电路、空调电路和照明电路中的电流/电压采集单元连接，用于采集插座、空调和照明回路的电压电流数据，所述信号调理模块的输出端与信号处理器连接；所述同步时钟模块和高速存储模块分别与信号处理器连接，所述信号处理器通过通信模块与系统主站连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于居民负荷的多路量测装置，其特征是，所述模数转换器采用型号为AD7746的24位双通道高速模数转换器。

3.根据权利要求1所述的一种用于居民负荷的多路量测装置，其特征是，所述信号调理模块采用型号为B82790C0113N201低通滤波模块。

4.根据权利要求1所述的一种用于居民负荷的多路量测装置，其特征是，所述电流/电压采集单元包括与普通电能表同一等级的电压互感器和电流互感器。

5.根据权利要求1所述的一种用于居民负荷的多路量测装置，其特征是，所述电源转换模块包括AC-DC电源模块，为所述装置提供不同电压等级的直流供电电源。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种用于居民负荷的多路量测装置，其特征是，所述装置安装在居民配电箱内，用于采集插座、空调和照明回路的电压电流数据，并监测插座支路、空调支路和照明支路。

7.根据权利要求6所述的一种用于居民负荷的多路量测装置，其特征是，在监测插座支路过程中采用非侵入式量测方法进行插座支路监测；在监测空调支路和照明支路过程中采用侵入式量测方法进行空调支路和照明支路监测。

8.一种用于居民负荷的多路量测方法，其特征是，包括以下步骤：

采集各路居民负荷供电的电压电流数据；

对电压电流数据进行模数转换，并进行滤波处理；

根据电压电流数据计算各路居民负荷供电的负荷；

将负荷计算结果进行本地存储并上传到系统主站。

9.根据权利要求8所述的一种用于居民负荷的多路量测方法，其特征是，所述各路居民负荷供电的电压电流数据包括插座、空调和照明回路的电压电流数据。

10.根据权利要求9所述的一种用于居民负荷的多路量测方法，其特征是，所述计算各路居民负荷供电的负荷过程包括：

对插座回路的电压电流数据采用非侵入式负荷分解与辨识算法计算插座支路的分项量测负荷；

对空调和照明回路的电压电流数据采用快速离散傅里叶算法计算空调支路和照明支路的分项量测负荷。

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