CN111707889A - 负荷监测设备及其控制方法、负荷监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式提供一种负荷监测设备及其控制方法、负荷监测系统，属于电力系统领域。所述负荷监测设备包括：电流互感器，被配置为从所述电力系统的一次侧获取电能；法拉电容，被配置为存储所述电流互感器获取的电能，以为所述负荷监测设备供电；以及控制装置，被配置为检测所述法拉电容的电压，并根据所述电压设置所述负荷监测设备的工作状态。如此，通过在负荷监测设备中增加法拉电容，不仅可以对电流互感器获取的电能进行存储，还可以根据法拉电容的电压设置负荷监测设备的工作状态，以解决由于负荷监测设备工作时需要的电能不均导致工作状态不稳定的问题，从而提高负荷监测设备的稳定性。

Description

负荷监测设备及其控制方法、负荷监测系统

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体地涉及一种负荷监测设备及其控制方法、负荷监测系统。

背景技术

目前，远程负荷监测系统主要由负荷监测设备、数据接收设备及监测主站构成。负荷监测设备主要针对电力系统的用电回路的一次侧用电环境进行监测，通过定时采集一次侧用电参数，生成历史数据曲线，分析用户用电趋势，实现用电回路的全方位覆盖监测。负荷监测设备定时采集一次侧电流，通过无线通讯的方式与数据接收设备进行数据交换。通信过程进行加密处理，以保障用户信息传输安全。数据接收设备通过无线方式将数据上传给监测主站。监测主站对数据进行分析，判断是否有负荷异常。其中，负荷监测设备能够适应高温、低温、高湿和强电磁干扰的恶劣环境，并具有施工安全简单、无需现场勘察选型等特点。

当前，负荷监测设备一般有两种供电方式。一种是采用电池给负荷监测设备供电，另一种是采用安装于专用变压器一次侧的取电电流互感器在高压线周边磁场中抽取电能来给负荷监测设备供电。但这两种方式都存在一定的缺陷。其中，对于采用电池的供电方式，由于需要定期更换电池，因此会在使用和维护上造成极大不便。而对于采用电流互感器取电的方式，由于负荷监测设备工作的能量都是从高压侧抽取电能得到的，且负荷监测设备工作时需要的电能不均，在小电流的情况下，所得的电能可能无法完成监测数据发送等工作，因此导致负荷监测设备工作状态不稳定。

发明内容

为至少部分地解决现有技术中存在的上述问题，本发明实施方式的目的是提供一种负荷监测设备及其控制方法、负荷监测系统。

为了实现上述目的，本发明实施方式提供一种负荷监测设备，所述负荷监测设备用于监测电力系统一次侧的电流，所述负荷监测设备包括：电流互感器，被配置为从所述电力系统的一次侧获取电能；法拉电容，被配置为存储所述电流互感器获取的电能，以为所述负荷监测设备供电；以及控制装置，被配置为检测所述法拉电容的电压，并根据所述电压设置所述负荷监测设备的工作状态。

可选地，所述控制装置检测所述法拉电容的电压，包括：每间隔第一时间间隔检测一次所述电压。

可选地，所述控制装置根据所述电压设置所述负荷监测设备的工作状态，包括：在所述电压小于或等于第一预设电压阈值的情况下，控制所述负荷监测设备进入数据采集状态；以及在所述电压大于所述第一预设电压阈值的情况下，控制所述负荷监测设备进入数据发送状态。

可选地，所述控制装置还被配置为：在所述负荷监测设备处于数据采集状态的情况下，检测所述负荷监测设备的系统电压；在所述系统电压达到第二预设电压阈值的情况下，通过所述电流互感器检测所述电力系统一次侧的电流。

可选地，所述控制装置通过所述电流互感器检测所述电力系统一次侧的电流，包括：在预设时间周期内以第二时间间隔采集所述电力系统一次侧的采样电流；对所述采样电流进行快速傅里叶变化以确定检测电流；确定所述检测电流对应的采集时间；以及存储所述检测电流和所述采集时间。

可选地，所述负荷监测设备还包括通信装置，所述控制装置还被配置为：在所述负荷监测设备处于数据发送状态的情况下，通过所述通信装置将监测数据发送至监测主站；其中，所述监测数据包括针对所述电力系统一次侧的检测电流数据和与所述检测电流数据对应的采集时间数据。

可选地，所述负荷监测设备还包括与数据接收设备通信的通信装置，所述控制装置还被配置为：每间隔第三时间间隔通过所述通信装置向所述数据接收设备发送一次校时指令，以请求时间校准。

可选地，所述控制装置还被配置为：在所述数据采集状态和/或所述数据发送状态结束后，控制所述负荷监测设备进入低功耗状态。

另外，本发明实施方式还提供一种用于负荷监测设备的控制方法，所述负荷监测设备用于监测电力系统一次侧的电流，所述负荷监测设备包括电流互感器和法拉电容，所述电流互感器被配置为从所述电力系统的一次侧获取电能，所述法拉电容被配置为存储所述电流互感器获取的电能，以为所述负荷监测设备供电，所述控制方法包括：检测所述法拉电容的电压；以及根据所述电压设置所述负荷监测设备的工作状态。

相应地，本发明实施方式还提供一种负荷监测系统，所述负荷监测系统包括：上述的负荷监测设备；数据接收设备，被配置为接收所述负荷监测设备的监测数据，并传输至监测主站；以及所述监测主站，被配置为对所述监测数据进行处理。

在上述技术方案中，通过在负荷监测设备中增加法拉电容，不仅可以对电流互感器获取的电能进行存储，还可以根据法拉电容的电压判断法拉电容中存储电能的大小，进而根据法拉电容中存储电能的大小设置负荷监测设备的工作状态，以解决由于负荷监测设备工作时需要的电能不均导致工作状态不稳定的问题，从而提高负荷监测设备的稳定性。

本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：

图1示例性示出了本发明一种实施方式提供的负荷监测设备的框图；

图2示例性示出了本发明一种可选实施方式提供的负荷监测设备的框图；

图3示例性示出了本发明一种可选实施方式提供的负荷监测设备的工作流程图；以及

图4示例性示出了本发明一种实施方式提供的负荷监测系统的框图。

附图标记说明

10 电流互感器 20 法拉电容

30 控制装置 40 通信装置

100 负荷监测设备 200 数据接收设备

300 监测主站

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

需要说明，若本发明实施方式中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施方式中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施方式之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

图1示例性示出了本发明一种实施方式提供的负荷监测设备的框图。如图1所示，本发明实施方式提供一种负荷监测设备，该负荷监测设备用于监测电力系统一次侧的电流。该负荷监测设备可以包括电流互感器10、法拉电容20以及控制装置30。其中，电流互感器10被配置为从电力系统的一次侧获取电能。法拉电容20被配置为存储电流互感器获取的电能，以为负荷监测设备供电。控制装置30被配置为检测法拉电容的电压，并根据法拉电容的电压设置负荷监测设备的工作状态。

如此，通过在负荷监测设备中增加法拉电容，不仅可以对电流互感器获取的电能进行存储，还可以根据法拉电容的电压判断法拉电容中存储电能的大小，进而根据法拉电容中存储电能的大小设置负荷监测设备的工作状态，以解决由于负荷监测设备工作时需要的电能不均导致工作状态不稳定的问题，从而提高负荷监测设备的稳定性。

具体地，负荷监测系统主要由负荷监测设备、数据接收设备及监测主站构成，其中负荷监测设备用于监测电力系统一次侧的电流。该负荷监测设备可以安装在电力系统的一次侧(即高压侧)，并采用卡口式结构，从而可以实现不停电安装。在使用时，当一次侧的高压线上有一定大的电流流过时，电流互感器10从高压线上获取电能，并通过取能电路为法拉电容20充电。法拉电容20中存储的电能可以为整个负荷监测设备供电。由于法拉电容20上存储的电能大小表现为法拉电容的电压，因此控制装置30可以通过AD采样等方式来监视法拉电容20的电压，以判断法拉电容20上存储的电能大小。由于负荷监测设备在不同工作状态时需要的电能不同，因此可以在根据法拉电容20的电压确定法拉电容20存储的电能满足相应工作状态的要求时，再将负荷监测设备切换至相应的工作状态，以使得负荷监测设备在各种工作状态下均能稳定工作，从而优化负荷监测设备的工作状态。

在一种可选实施方式中，负荷监测设备的工作状态可以包括数据采集状态和数据发送状态。在数据采集状态下，负荷监测设备通过电流互感器10检测电力系统一次侧的电流，该数据采集状态下需要消耗的电能较少；在数据发送状态下，负荷监测设备通过通信装置将采集到的电流数据等监测数据发送至监测主站，该数据发送状态下需要消耗的电能较多。因此，控制装置30可以通过检测法拉电容20的电压判断法拉电容20存储的电能大小，并在法拉电容20的电压小于或等于第一预设电压阈值的情况下，控制负荷监测设备进入数据采集状态，在法拉电容20的电压大于第一预设电压阈值的情况下，控制负荷监测设备进入数据发送状态。如此，通过在法拉电容20存储的电能较少时，设置为数据采集状态采集数据，在法拉电容20存储的电能较多时，设置为数据发送状态发送数据，可以合理分配负荷监测设备在不同工作状态时需要的电场能量，从而提高负荷监测设备的监测效果。其中，第一预设电压阈值的范围可以为1.2V至1.3V，例如该第一预设电压阈值可以为1.25V。

在本发明一种具体实施方式中，如图2和图3所示，负荷监测设备可以包括电流互感器10、法拉电容20、控制装置30以及通信装置40。控制装置30可以包括处理模块、定时器模块以及存储模块。在负荷监测设备工作时，其工作流程可以包括以下步骤：

步骤S1，硬件初始化。

该硬件初始化可以包括控制装置30的初始化和通信装置40的初始化。其中控制装置30的初始化可以包括AD采样初始化、定时器模块初始化以及软硬件看门狗初始化等，并且可以通过定时器模块启动喂狗操作。通信装置40可以为无线通信模块，优选地，该通信装置40可以为nRF905无线传输模块。负荷监测设备可以通过通信装置40与数据接收设备通信，以通过数据接收设备与监测主站建立通信。定时器模块是整个控制程序的触发源，主要用于保证负荷监测设备的正常工作。该定时器模块可以以第一时间间隔定时中断，以保证控制程序定时退出低功耗，该第一时间间隔可以在230ms至260ms之间，例如该第一时间间隔可以为250ms。定时器模块还可以用于实现万年历功能和各种事件发生时间间隔的定时功能。此外，负荷监测设备可以设置三道看门狗来保证控制程序的正常运行，即硬件看门狗、芯片自带看门狗以及软件看门狗。

步骤S2：检测法拉电容的电压。

当负荷监测设备上电后，可以每间隔第一时间间隔(例如250ms)，通过检测输入至控制装置30的相应检测管脚的高低电平来达到检测法拉电容20的电压状态的目的。当监视法拉电容20电压的定时器模块达到定时时间(即第一时间间隔)后，可以判断法拉电容20的电压高低，如果电压小于或等于第一预设电压阈值(例如1.25V)，则可以将负荷监测设备的工作状态设置为数据采集状态，并进入步骤S3。如果电压大于第一预设电压阈值，则可以将负荷监测设备的工作状态设置为数据发送状态，并进入步骤S4。

步骤S3，负荷监测设备的工作状态设置为数据采集状态。

在数据采集状态下，法拉电容20开始充电，控制装置30检测负荷监测设备的系统电压。在经过一段时间后，当系统电压达到可以使负荷监测设备正常工作的第二预设电压阈值的情况下，负荷监测设备开始工作，其中第二预设电压阈值可以例如为+3V。此时，可以在每个预设时间周期(例如每分钟)内检测一次电力系统一次侧的电流。具体地，在每次检测时，可以在预设时间周期内以第二时间间隔采集电力系统一次侧的采样电流，并对采样电流进行快速傅里叶变化以确定该预设时间周期内的电流(即检测电流)，随后根据该预设时间周期确定检测电流对应的采集时间，该采集时间可以例如为该预设时间周期的开始时间、结束时间或其它与该预设时间周期相关联的时间或时段。在确定检测电流和采集时间后，可以通过存储模块存储检测电流和采集时间，其中存储模块可以例如为闪存或RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)等。在存储检测电流和采集时间后，数据采集状态结束，并进入步骤S5。

举例来说，可以每分钟检测一次电力系统一次侧的电流。在每次检测时，可以每间隔5秒对电力系统一次侧的电流进行采样，从而每次检测可以获得12个点的采样电流。当完成12个点的电流采样后，可以对所得到的12个采样电流的值(例如AD值)立即进行快速傅里叶变化以计算得出当前的电流值(即检测电流)，并将检测电流和对应的采集时间存入负荷监测设备的存储模块中。可选地，在存储模块中可以最多只保存最近30分钟内的检测电流数据和采集时间数据。

步骤S4，负荷监测设备的工作状态设置为数据发送状态。

在数据发送状态下，负荷监测设备可以通过通信装置40(例如nRF905无线传输模块)使用无线射频收发通道与数据接收设备进行数据交换，以通过数据接收设备将监测数据传输至监测主站，其中监测数据可以包括针对电力系统一次侧的检测电流数据和与检测电流数据对应的采集时间数据。在数据发送状态下，如果存储模块的数据存储区内有监测数据，则负荷监测设备立即主动上传监测数据；如果存储模块的数据存储区没有监测数据，则负荷监测设备处于无线被动接收状态。在每次数据发送结束或设置为无线被动接收状态后，数据发送状态结束，并进入步骤S5。

步骤S5，负荷监测设备的工作状态设置为低功耗状态。

在基于定时器模块的中断完成对工作状态的判断和设置操作，并且相应的工作状态结束后，负荷监测设备可以进入低功耗状态，并等待下一次定时器模块的唤醒，随后可以回到步骤S2或回到图3中的喂狗步骤。如此，负荷监测设备在进行相应工作前和完成相应工作后均保持低功耗状态，可以最大程度的节省电能。

继续参照图3，在本发明一种可选实施方式中，在负荷监测设备正常工作过程中或在负荷监测设备处于数据采集状态下，控制装置30可以每间隔预设的校时时间(即第三时间间隔)通过通信装置40向数据接收设备发送一次校时指令，以请求时间校准。可以理解的是，由于负荷监测设备在数据采集状态下必须有准确的时间，如果校时指令不成功，则负荷监测设备将工作在错误状态，因此负荷监测设备可以每间隔第三时间间隔主动向数据接收设备发送校时指令，以进行时间校准。如果负荷监测设备校时不成功，则可以每间隔第四时间间隔发送一次校时指令，直到校时成功后才继续其他工作。其中，第三时间间隔的范围可以为5分钟至15分钟，例如该第三时间间隔可以为10分钟；第四时间间隔的范围可以为5秒至15秒，例如该第四时间间隔可以为10秒。

举例来说，处于正常工作的负荷监测设备可以每连续运行10分钟后自动校时一次，以保证负荷监测设备和数据接收设备的时间同步。如果负荷监测设备校时不成功，则可以每间隔10秒发送一次校时指令，直到校时成功后才继续其它工作。当负荷监测设备进入数据发送状态时，如果存储模块的数据存储区内存储有有效的监测数据，则发送监测数据，直到数据存储区内没有有效的监测数据为止；如果在发送监测数据的过程中数据接收设备没有回复接收成功的标志，则负荷监测设备对相同的一条监测数据可以最多发送三次，如果发送三次后还未发射成功，则等待一预定时间(例如1分钟)后再次发射。

另外，本发明实施方式还提供一种用于负荷监测设备的控制方法，该负荷监测设备用于监测电力系统一次侧的电流，且该负荷监测设备可以包括电流互感器和法拉电容。电流互感器被配置为从电力系统的一次侧获取电能，法拉电容被配置为存储电流互感器获取的电能，以为负荷监测设备供电。该用于负荷监测设备的控制方法包括：检测法拉电容的电压，并根据法拉电容的电压设置负荷监测设备的工作状态。

可以理解的是，负荷监测设备向数据接收设备发送监测数据时需要较大的电能，导致使用电流互感器直接取电的电能不足以支持长时间在线工作，且与数据接收设备的通信会时断时续。而通过根据法拉电容的电压大小来设置负荷监测设备的工作状态可以从根本上解决上述问题。

需要说明的是，关于本发明实施方式中用于负荷监测设备的控制方法的更多的细节可以参照上文关于负荷监测设备的描述，并能够取得与上述的负荷监测设备相同或相应的技术效果，故在此不再赘述。

如图4所示，本发明实施方式还提供一种负荷监测系统，该负荷监测系统可以包括上述的负荷监测设备100、数据接收设备200以及监测主站300。其中，数据接收设备200被配置为接收负荷监测设备100的监测数据，并传输至监测主站300。监测主站300被配置为对监测数据进行处理，例如生成历史数据曲线、分析用户用电趋势以及判断是否有负荷异常等。

在本发明的上述技术方案中，由于采用电流互感器取电的方式，因此不需要定期更换电池，在使用和维护上带来了极大的便利。并且本发明实施方式根据法拉电容的电压大小来切换负荷监测设备的工作状态，可以从根本上解决由于电流互感器直接取电的电能不足导致负荷监测设备发送监测数据时通信不稳定的问题。

以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。

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，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本发明各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

Claims (10)

1.一种负荷监测设备，所述负荷监测设备用于监测电力系统一次侧的电流，其特征在于，所述负荷监测设备包括：

电流互感器，被配置为从所述电力系统的一次侧获取电能；

法拉电容，被配置为存储所述电流互感器获取的电能，以为所述负荷监测设备供电；以及

控制装置，被配置为检测所述法拉电容的电压，并根据所述电压设置所述负荷监测设备的工作状态。

2.根据权利要求1所述的负荷监测设备，其特征在于，所述控制装置检测所述法拉电容的电压，包括：

每间隔第一时间间隔检测一次所述电压。

3.根据权利要求1所述的负荷监测设备，其特征在于，所述控制装置根据所述电压设置所述负荷监测设备的工作状态，包括：

在所述电压小于或等于第一预设电压阈值的情况下，控制所述负荷监测设备进入数据采集状态；以及

在所述电压大于所述第一预设电压阈值的情况下，控制所述负荷监测设备进入数据发送状态。

4.根据权利要求3所述的负荷监测设备，其特征在于，所述控制装置还被配置为：

在所述负荷监测设备处于数据采集状态的情况下，检测所述负荷监测设备的系统电压；

在所述系统电压达到第二预设电压阈值的情况下，通过所述电流互感器检测所述电力系统一次侧的电流。

5.根据权利要求4所述的负荷监测设备，其特征在于，所述控制装置通过所述电流互感器检测所述电力系统一次侧的电流，包括：

在预设时间周期内以第二时间间隔采集所述电力系统一次侧的采样电流；

对所述采样电流进行快速傅里叶变化以确定检测电流；

确定所述检测电流对应的采集时间；以及

存储所述检测电流和所述采集时间。

6.根据权利要求3至5中任意一项所述的负荷监测设备，其特征在于，所述负荷监测设备还包括通信装置，所述控制装置还被配置为：

在所述负荷监测设备处于数据发送状态的情况下，通过所述通信装置将监测数据发送至监测主站；

其中，所述监测数据包括针对所述电力系统一次侧的检测电流数据和与所述检测电流数据对应的采集时间数据。

7.根据权利要求1至5中任意一项所述的负荷监测设备，其特征在于，所述负荷监测设备还包括与数据接收设备通信的通信装置，所述控制装置还被配置为：

每间隔第三时间间隔通过所述通信装置向所述数据接收设备发送一次校时指令，以请求时间校准。

8.根据权利要求1至5中任意一项所述的负荷监测设备，其特征在于，所述控制装置还被配置为：

在所述数据采集状态和/或所述数据发送状态结束后，控制所述负荷监测设备进入低功耗状态。

9.一种用于负荷监测设备的控制方法，所述负荷监测设备用于监测电力系统一次侧的电流，其特征在于，所述负荷监测设备包括电流互感器和法拉电容，所述电流互感器被配置为从所述电力系统的一次侧获取电能，所述法拉电容被配置为存储所述电流互感器获取的电能，以为所述负荷监测设备供电，所述控制方法包括：

检测所述法拉电容的电压；以及

根据所述电压设置所述负荷监测设备的工作状态。

10.一种负荷监测系统，其特征在于，所述负荷监测系统包括：

根据权利要求1至8中任意一项权利要求所述的负荷监测设备；

数据接收设备，被配置为接收所述负荷监测设备的监测数据，并传输至监测主站；以及

所述监测主站，被配置为对所述监测数据进行处理。

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