CN111697705B - 基于多源信息控制的配电一体化装置 - Google Patents

基于多源信息控制的配电一体化装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于多源信息控制的配电一体化装置，该装置包括信号监测模块、自动控制模块、无线通信模块、状态显示模块，集在线监测、自动控制、远程通信与人工干预为一体，可实现箱变和开关柜等配电设备的中低压配电操作的可视化、自动化与可控化。本装置灵活小巧、拆卸方便，拓展性强，工作人员通过手持终端和远程后台即可实现对设备运行信息的实时掌控，同时完成区域通信组网和远程组网控制。本发明功能高度集成、控制性能好、使用简便，有非常大的实际应用前景，具有良好的实际应用价值。

Description

基于多源信息控制的配电一体化装置
技术领域
本发明涉及电力技术领域，特别涉及一种基于多源信息控制的配电一体化装置，该装置实现了中低压配电设备配电状态监测、投切控制、远程监控操作的一体化。
背景技术
随着经济社会发展和人民生活水平的提高，用户对供电可靠性的要求越来越高。但由于配电网担负着就地或逐级向各类用户供给和配送电能的任务，是确保供电质量最直接最关键的环节，也是容易造成绝大部分停电事故的薄弱环节，所以配电网建设和配电网中各个环节的掌控对提高供电可靠性而言尤为重要。
目前，配电网中相关配电设备的自动化、智能化、功能集成程度较低，其中的中、低压配网配电投切仍需大量作业人员现场操作且操作流程冗长，严重影响了配电操作的响应速度。由于配电设备零散分布且缺乏相应的监控与通信手段，而目前运维人员仍采用定期巡检方式，不能实时掌握配电设备运行情况，扩大了配电网运行的安全隐患，增加了停电事故的发生概率和运维人员的劳动强度，提高了企业的运行成本。在此背景之下，配电控制设备还有很大的改进和提升空间。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种集实时状态监测、自动投切控制、远程监控为一体，可兼容中低压配电回路配电一体化操作的一种基于多源信息控制的配电一体化装置。该装置可有效提高工作效率和供电可靠性并显著降低作业成本和安全风险。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种基于多源信息控制的配电一体化装置，其特征在于，该装置可应用于箱变、开关柜等配电设备的状态监测、自动控制与远程监控；
所述配电一体化装置包括信号监测模块、自动控制模块、无线通信模块、状态显示模块；
进一步的，所述信号监测模块兼容中低压配电回路状态监测，所采集的数据来源包括中低压电压传感器和继电器，可实现中低压回路状态监测、数据处理和状态分析；
优选的，所述中低电压传感器和继电开关可为配电设备自备器件，通过改造调试得以实现，也可以是通过加装的方式得以实现，传感器和继电器主要监测内容为配电设备进出线两端的电压数据和备用线路电压数据，用于实现配电设备运行状况判断；
所述配电设备所处状态包括正常运行状态、欠电压/过电压运行状态和掉电状态。
进一步的，所述自动控制模块包括状态核实单元、逻辑判断单元、输出控制单元主要用于实现配电过程中的逻辑判断和实际输出控制；
所述逻辑判断主要根据状态核实单元最终的状态判断决定输出控制逻辑；
优选的，所述状态核实单元最终的状态判断通过信号监测模块采集的数据和配电设备自带带电显示器的指示信号进行综合判断，当二者内容一致时状态核实单元产生最终判断结果，当二者内容不同时，装置产生报警信号发送至显示屏、手持终端和后台。
优选的，所述输出控制逻辑在手持终端和后台无操作指令的前提下：1）配电设备进线侧先掉电，则进线侧备用电源投入；2）进线侧正常而出线侧掉电，则出现侧投入备用出现线路；3）回路出现长时过电压则电源进线自动切出，备用电源投入；
所述投入和切出操作通过控制合闸电机、继电器的正反转、吸合操作实现。
进一步的，所述无线通信模块包括手持终端单元、机载通信单元和后台通信单元，通过LORA、NB-IOT等物联网技术实现装置配电回路运行信息传输和作业人员控制指令传送；
优选的，所述手持终端单元包括控制功能和显示功能，可实现对装置和配电设备运行状态掌控和配电投切控制的人工干预；
优选的，所述后台通信单元可借助物联网通信系统、GPRS等方式将设备信息、设备运行信息、配电设备状态信息、故障信息、历史记录等回传至后台实现后台远程监管和数据归档管理；
所述故障信息和历史数据包括配电回路电压发生异常波动和配电自动投切装置发生投切动作之后生成的故障和动作报告，其形成历史记录和故障信息发送至后台和手持终端。
进一步的，所述状态显示模块主要用于运行状态、故障信息、历史数据的实时显示，通过机载显示屏、手持终端显示屏、远程后台均可查看；
优选的，所述机载显示屏安装于配电一体化装置或配电设备中，用于实时显示现场装置运行情况和回路状态信息，利于检维修时的状态掌控；
优选的，所述手持终端显示屏用于实时掌握装置运行情况、配电回路运行状况等，可实现远程监控管理；
优选的，所述声光报警模块在装置本体和手持终端中均有搭载，可在回路状态异常、装置运行异常、状态预警等情况下发出特定的报警信号。
进一步的，所述多种信息包括信号监测模块采集的信息、手持终端、远程后台发送的指令、带电显示器状态指示、配电设备组网信息；
优选的，所述配电设备组网信息指区域内联网的配电设备产生的电压波动、停电事故、配电投切等数据信息，通过在通信组网的方式实现信息共享，使装置在区域内配电设备发生故障时优先动作，发出预警，协调整个组网区域的配电投切控制。
进一步的，所述中低压应用范围包括380V~35KV电压等级，在10KV及以上采用合闸电机控制，而10KV以下主要采用继电开关控制。
进一步的，所述电源部分采用锂电池和取流环供电，待机时间达两年及以上；
优选的。所述取流环供电采用取流互感器方式，使用非接触的方式为锂电池充电，保障设备正常运行。
上述一种基于多源信息控制的配电一体化装置的状态监测、自动控制、远程监控实际应用方法如下：
第一步：安装设备；
第二步：进行装置采集模块、控制器、输出控制单元之间的电气连接，完成装置现场的整体调试；
第三步：采集模块实时采集配电回路的状态信息，并综合配电设备自带的带电显示器进行逻辑判断，决定输出控制单元控制与否；
第四步：根据逻辑判断结果，进行对应的投切控制，在手持终端和后台无操作指令的前提下：1）配电设备进线侧先掉电，则进线侧备用电源投入；2）进线侧正常而出线侧掉电，则出现侧投入备用出现线路；3）回路出现长时过电压则电源进线自动切出，备用电源投入；
第五步：完成装置和配电设备的运行状态信息、投切操作、故障报警等数据的记录和上传，实现对装置以及配电设备运行状态、操作过程、实际效果的可视化与可控化；
第六步：工作人员根据上传信息，对配电设备运行状态进行评估和对故障信息进行排查。
综上所述，本发明的有益效果是：
本发明应用于箱变、开关柜等输配电设备，集380V~35KV中低压配电回路状态监测、自动控制、远程监控为一体，在完成配电自动投切控制的同时兼具人工控制，可快速完成自动控制和人工控制的转换，在提高效率的同时增强了作业人员对配电投切的掌控能力，实现了中低压配电投切的可视化、自动化与可控化。
本发明的自动化程度高、功能齐全、适用范围广、可靠性和可控性能好，能提高工作效率、缩短故障响应时间、节省人力成本，有非常好的应用价值。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图
图2为本发明的配电回路安装结构示意图
图3为本发明的功能设计与工作流程图
图中标记：
图1：1-中压配电回路，2-中压出线，3-中压进线，4-低压进线，5-低压配电回路，6-低压出线，7-嵌入式控制器，8-远程后台，9-组网配电设备，10-物联网，11-手持终端，12-合闸电机或继电开关，13-中低压配电回路，14-带电显示器，15-显示屏；
图2：1-电源母线，2-电源进线，3-电源进线开关，4-电源出线1，5-电源出线开关，6-备用电源开关，7-备用电源，8-负荷进线1开关，9-负荷进线1，10-负荷进线2开关，11-负荷进线2，12-负荷开关，13-负荷母线，14-负荷。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施步骤对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
如图1所示，所述配电一体化装置包括信号监测模块、自动控制模块、无线通信模块、状态显示模块；
所述中低压应用包括380V~35KV等级电压范围；
所述多种信息来源包括图1中的2-中压出线电压信号、3-中压进线电压信号、4-低压进线电压信号、6-低压出线电压信号、10-物联网信号、14-带电显示器信号，通过综合分析决定装置的投切策略；
所述输配电设备包括箱式变电设备和开关柜，既可用于环网也可用于终端，通过改变逻辑算法即可实现不同应用场景的监测控制；
所述配电一体化装置，关键核心是进行逻辑算法的控制器部分，为增强装置的监测、控制、拓展性能，本例通过STM32F407VET6型嵌入式控制器实现。
所述STM32F407VE型嵌入式控制器功能强大，ADC采用通道众多，如图2所示实现两台配电网设备之间的投切控制需使用至少4个（本例使用4个）传感器和继电开关，即对应4个ADC采用通道，同时需要输出6路控制信号；
所述4个传感器或继电开关分别位于图2中1-电源母线处监测母线电压、3-电源进线投切开关前部监测进线电压、8-负荷进线1开关前部监测进线电压、13-负荷母线处监测母线电压；
所述6个控制信号输出，分别用于控制图2中3、5、6、8、10、12等处的6个投切开关；
所述控制信号输出由信号监测模块和带点显示器状态综合判断，制定投切策略；
所述投切策略包括：
1）电源母线和负荷母线都带电时，自动投切装置状态闭锁不进行投切操作；
2）当电源进线和电源母线掉电时，电源进线开关切出、备用电源开关投入，若负荷母线仍未带电则切出负荷进线1，投入负荷进线2开关；
3）当备用电源投入使用时检测到电源进线带电，则先投入电源进线开关然后备用电源开关切出，若负荷进线1处带电，则负荷进线1开关投入、负荷进线2开关切出；
4）当电源进线处电压长时间超过设定值，电源进线开关切出，备用电源开关投入，负荷处与电源处情况类似；
所述状态显示模块可实现装置、配电设备运行情况的实时记录和显示；
所述运行情况包括装置监测数据波动情况、投切开关动作情况，配电设备电压波动情况和电路投切情况，当配电设备发生电压波动时，装置对波动情况进行记录，形成历史数据，当电压波动过大时，装置报警并记录，此外装置会对每次投切操作过程与投切前后配电设备电压波动情况进行记录；
所述无线通信模块包括手持终端和远程后台，该模块采用LORA、NB-IOT物联网技术，可将装置监测、投切、故障报警等实时数据和历史数据进行上传，方便工作人员对装置和配电设备的运行情况进行掌控以及数据分析和故障排查，同时工作人员可通过手持终端实现投切操作的远程控制；
所述配电一体化装置采用锂电池供电和取流环充电的方式，有效提高装置的待机时长并减少与配电设备之间的电气连接。
上述一种基于多源信息控制的配电一体化装置的配电监测、控制、监控方法如下：
第一步：按照附图1、图2所绘结构安装设备；
第二步：进行装置采集模块、控制器、输出控制单元之间的电气连接，完成装置现场的整体调试；
第三步：监测模块实时采集配电回路的状态信息，并综合配电设备自带的带电显示器进行逻辑判断，决定控制单元是否输出控制信号；
第四步：根据逻辑判断结果，进行相应的投切控制，在手持终端和后台无操作指令的前提下：1）配电设备进线侧先掉电，则进线侧备用电源投入；2）进线侧正常而出线侧掉电，则出现侧投入备用出现线路；3）回路出现长时过电压则电源进线自动切出，备用电源投入；
第五步：完成装置和配电设备的运行状态信息、投切操作、故障报警等数据的记录和上传，实现对装置以及配电设备运行状态、操作过程、实际效果的可视化与可控化；
第六步：工作人员根据上传信息，对配电设备运行状态进行评估和对故障信息进行排查。

Claims (9)

1.一种基于多源信息控制的配电一体化装置，其特征在于，该装置包括信号监测模块、自动控制模块、无线通信模块、状态显示模块，其拥有多种信息来源，可实现配电设备配电的一体化操作；
所述多种信息包括信号监测模块采集的信息、手持终端、远程后台发送的指令、带电显示器状态指示、配电设备组网数据；
所述配电设备包括箱式变电设备和开关柜，其既可用于环网，又可用于终端；
所述自动控制模块包括状态核实单元、逻辑判断单元、输出控制单元；
所述状态核实单元通过信号监测模块的数据信号和配电设备自备带电显示器的指示信号用于配电设备运行状态核定，并输出最终的状态判断；
所述逻辑判断单元用于控制器输出的逻辑判断，决定装置的动作情况；
所述输出控制单元包括高、低压继电开关和合闸电机，用于配电回路的投切控制；
投切策略包括：
1)电源母线和负荷母线都带电时，自动投切装置状态闭锁不进行投切操作；
2)当电源进线和电源母线掉电时，电源进线开关切出、备用电源开关投入，若负荷母线仍未带电则切出负荷进线1，投入负荷进线2开关；
3)当备用电源投入使用时检测到电源进线带电，则先投入电源进线开关然后备用电源开关切出，若负荷进线1处带电，则负荷进线1开关投入、负荷进线2开关切出；
4)当电源进线处电压长时间超过设定值，电源进线开关切出，备用电源开关投入。
2.如权利要求1所述基于多源信息控制的配电一体化装置，其特征在于，所述信号监测模块包括信号采集单元、数据处理单元、状态分析单元；
所述信号采集单元信号由中、低电压传感器或继电器输入，并将采集到的数据输出至嵌入式微处理器；
所述数据处理单元由嵌入式微处理器实现，主要用于信号采集单元采集数据的算法处理及A/D、D/A变换；
所述状态分析单元对采集数据的分析，判断配电设备所处状态并将判断结果发送至控制模块、显示模块和监控模块；
所述配电设备所处状态包括正常运行状态、欠电压/过电压运行状态和掉电状态。
3.如权利要求1所述基于多源信息控制的配电一体化装置，其特征在于，所述无线通信模块包括手持终端单元、机载通信单元和后台通信单元，通过LORA、NB-IOT物联网技术实现通信；
所述手持终端单元具有控制功能和显示功能，可实现对装置和配电设备运行状态掌控和配电投切控制的人工干预；
所述后台通信单元通过借助物联网通信系统、GPRS方式将设备信息、设备运行信息、配电设备状态信息、故障信息、历史记录回传至后台实现后台远程监管、控制和数据归档管理。
4.如权利要求1所述基于多源信息控制的配电一体化装置，其特征在于，所述状态显示模块包括机载显示屏、手持终端显示屏和声光显示模块；
所述机载显示屏安装于配电一体化装置或配电设备处，用于实时现场显示装置运行情况和回路状态信息，利于检维修时的状态掌控；
所述手持终端显示屏用于实时掌握装置运行情况、配电回路运行状况，可实现远程监控管理；
所述声光显示模块在装置本体和手持终端中均有搭载，可在回路状态异常、装置运行异常、状态预警情况下发出特定的报警信号。
5.如权利要求3所述基于多源信息控制的配电一体化装置，其特征在于，无线通信模块可实现多台配电一体化装置和区域配电设备的组网运行和数据共享。
6.如权利要求1～5任意一项所述基于多源信息控制的配电一体化装置，其特征在于，该装置适用于380V～35KV电压等级范围的中低压配电回路。
7.如权利要求1～5任意一项所述基于多源信息控制的配电一体化装置，其特征在于，装置集状态监测、自动控制、远程监控为一体，实现了配电投切的可视化、自动化与可控化。
8.如权利要求1～5任意一项所述基于多源信息控制的配电一体化装置，其特征在于，装置采用锂电池和取流环供电，待机时间达两年及以上。
9.如权利要求1～5任意一项所述基于多源信息控制的配电一体化装置，其特征在于，装置设计小巧、灵活拆卸、拓展性强；
所述拓展性指装置可根据实际需求通过拓展采集和控制单元实现多台配电设备的配电一体化操作，最多可实现对8台配电设备的同时监测、控制。
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