CN111736023A - 一种大数据信息传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大数据信息传输系统，包括电力信息采集模块、无线传输模块和大数据管理服务器，电力信息采集模块包括电力信号采集电路、滤波稳定电路和故障检测保护电路，电路信号采集电路包括用于采集输电线路节点工作状态的传感器J1，其检测信号经整形、LC滤波和差模放大后分两路同时送入滤波稳定电路和故障检测保护电路中进行处理，滤波稳定电路的输出信号送入控制器处理后作为该监测节点的电力采集数据信息，故障检测保护电路对滤波稳定电路的工作状态起到故障监测和保护的作用，无线传输模块电力数据信息和故障信息准确地发送到大数据管理服务器中进行监测管理，从而实现对电力运行状态的远程精确监控和精细化管理。

Description

一种大数据信息传输系统

技术领域

本发明涉及电力数据信息监测技术领域，特别是涉及一种大数据信息传输系统。

背景技术

电能与生产生活密切相关，随着网络的全球化，信息技术已经运用于各行各业，大数据处理技术的不断发展和在电力系统的有效运用，使电力系统自动化程度不断完善，提高了数据的处理效率。电能的传输需要经过输电线路来完成，电力系统通过在输电线路上的各个监测节点部署前端采集传感器来采集输电过程中工作数据，有效利用这些数据提高电力系统的安全可靠运行水平，是电力企业提高管理水平的重要途径。在数据信息监测的过程中，由于外界环境对输电运行过程影响较大，例如强电磁环境和线路中的浪涌信号产生的背景噪音和干扰都会影响传感器的检测结果和系统对监测数据的分析，且电力信息采集模块中的电子元器件耐受雷电冲击的能力较差，经常会出现监测节点因采集设备故障而失效，造成大数据信息传输系统实际工作过程中难以满足精细化管理的需求。

所以本发明提供一种新的方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种大数据信息传输系统。

其解决的技术方案是：一种大数据信息传输系统，包括电力信息采集模块、无线传输模块和大数据管理服务器，所述电力信息采集模块包括电力信号采集电路、滤波稳定电路和故障检测保护电路，所述电路信号采集电路包括用于采集输电线路节点工作状态的传感器J1，所述传感器J1的检测信号经整形、LC滤波和差模放大后，其输出信号分两路分别送入所述滤波稳定电路和所述故障检测保护电路中；所述滤波稳定电路采用二阶低通滤波器对一路分流信号进行滤波，然后运用三极管稳压电路原理将信号幅值进行稳定后送入控制器的第一检测输入端；所述故障检测保护电路用于对另一路分流信号的峰值进行采样保持，然后利用三极管钳位原理将峰值信号进行限压保护，当所述输电线路节点出现故障时，经过限压保护后的输出信号作为控制信号驱动MOS管Q1导通，从而对所述滤波稳定电路进行泄流，同时将故障信号送入所述控制器的第二检测输入端；所述故障检测保护电路包括变阻器RP1，变阻器RP1的引脚1通过电阻R6连接所述电力信号采集电路的输出端，变阻器RP1的引脚2、3通过并联的电阻R16、电容C8连接运放器AR3的同相输入端，运放器AR3的同相输入端还通过并联的电阻R17、稳压二极管DZ2接地，运放器AR3的输出端通过二极管VD3连接运放器AR4的同相输入端和电容C9的一端，电容C9的另一端接地，运放器AR3、AR4的反相输入端连接运放器AR4的输出端和三极管T3的集电极，三极管T3的基极连接三极管T4的集电极和电阻R18的一端，三极管T3、T4的发射极连接电阻R19的一端和稳压二极管DZ4的阴极，三极管T4的基极连接电阻R19的另一端和稳压二极管DZ3的阴极，电阻R18的另一端与稳压二极管DZ3的阳极接地，稳压二极管DZ4的阳极连接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的漏极连接电容C10的一端、所述滤波稳定电路的保护端和控制器的第二检测输入端，MOS管Q1的源极与电容C10的另一端并联接地。

优选的，所述滤波稳定电路包括运放器AR2，运放器AR2的同相输入端连接电阻R9、电容C6的一端，电阻R9的另一端接地，电容C6的另一端连接电阻R7、R8、电容C5的另一端接地，电阻R7的另一端通过电阻R6连接所述电力信号采集电路的输出端，电阻R8的另一端连接运放器AR2的输出端接地，电容C5的另一端接地，运放器AR2的反相输入端通过电阻R10接地，并通过电阻R11连接运放器AR2的输出端，运放器AR2的输出端连接电阻R12的一端和三极管T1的集电极，电阻R12的另一端和三极管T1的基极连接三极管T2的集电极，三极管T1的发射极连接电阻R13、R14、R15的一端，电阻R13的另一端连接三极管T2的发射极和稳压二极管DZ1的阴极，稳压二极管DZ1的阳极接地，电阻R14的另一端连接三极管T2的基极和MOS管Q1的漏极，电阻R15的另一端连接所述控制器的第一输入端，并通过并联的电容C7、电阻R20接地。

优选的，所述电路信号采集电路还包括电阻R1，电阻R1的的一端连接所述传感器J1的引脚1、二极管VD1的阴极、VD2的阳极和电感L1的一端，电阻R1的另一端连接所述传感器J1的引脚2、二极管VD1的阳极、VD2的阴极和电感L2的一端，电感L1的另一端连接电容C1、C2、电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接运放器AR1的同相输入端，电感L2、电容C1的另一端连接电容C3的一端和运放器AR1的反相输入端，电容C2、C3的另一端接地，运放器AR1的反相输入端通过电阻R3接地，并通过电阻R4连接运放器AR1的输出端，运放器AR1的输出端通过并联的电阻R5、电容C4接地，并通过电阻R6连接所述滤波稳定电路和所述故障检测保护电路的输入端。

优选的，所述感器J1为霍尔传感器。

优选的，所述控制器选用MC56F8346型DSP芯片。

优选的，所述无线传输模块选用APC200A-43无线数传模块。

通过以上技术方案，本发明的有益效果为：

1.电路信号采集电路采用传感器J1采集输电线路节点的电流和电压信号，其检测信号经整形、LC滤波和差模放大后有利于改善电力信息采集模块的保护性能；然后运放器AR1运用差分放大原理对LC滤波后的信号进行放大，有效抑制共模信号干扰，具有很好的共模抑制比，降低系统放大误差；

2.滤波稳定电路采用二阶低通滤波器对检测信号进行滤波，有效过滤强电磁环境对检测信号的干扰，提升电力数据采集信息的准确性，然后运用三极管稳压电路原理将信号幅值进行稳定后送入控制器的第一检测输入端，作为该监测节点的电力采集数据信息；

3.故障检测保护电路对电力信号采集电路的输出信号进行分流和RC延时缓冲后，运用峰值采样电路原理保持检测信号的峰值进行输出，并将该峰值信号作为控制信号驱动MOS管Q1，从而在输电线路节点受到雷电冲击出现过流现象时对滤波稳定电路的过流信号快速泄放，对滤波稳定电路的工作状态起到故障监测和保护的作用；

4.在峰值采样电路和稳压二极管DZ4之间设置三极管钳位器对运放器AR4输出峰值电压进行限幅输出，避免输出过流烧坏MOS管Q1，从而对故障检测保护电路自身具有一定的保护作用。

附图说明

图1为本发明电力信号采集电路原理图。

图2为本发明滤波稳定电路和故障检测保护电路原理图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至附图2对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

下面将参照附图描述本发明的各示例性的实施例。

一种大数据信息传输系统，包括电力信息采集模块、无线传输模块和大数据管理服务器，电力信息采集模块包括电力信号采集电路、滤波稳定电路和故障检测保护电路，电路信号采集电路包括用于采集输电线路节点工作状态的传感器J1，本实施例中传感器J1采用霍尔传感器对输电线路节点的电流和电压信号进行采集，其检测信号经整形、LC滤波和差模放大后，其输出信号分两路分别送入滤波稳定电路和故障检测保护电路中。

如图1所示，电路信号采集电路的具体结构包括电阻R1，电阻R1的的一端连接传感器J1的引脚1、二极管VD1的阴极、VD2的阳极和电感L1的一端，电阻R1的另一端连接传感器J1的引脚2、二极管VD1的阳极、VD2的阴极和电感L2的一端，电感L1的另一端连接电容C1、C2、电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接运放器AR1的同相输入端，电感L2、电容C1的另一端连接电容C3的一端和运放器AR1的反相输入端，电容C2、C3的另一端接地，运放器AR1的反相输入端通过电阻R3接地，并通过电阻R4连接运放器AR1的输出端，运放器AR1的输出端通过并联的电阻R5、电容C4接地，并通过电阻R6连接滤波稳定电路和故障检测保护电路的输入端。

其中，二极管VD1、VD2对传感器J1输出的检测信号起到整形的作用，然后以差模的形式送入由电感L1、L2与电容C1-C3形成的LC滤波网络中进行处理，由于输电线路中的工频50Hz大大低于雷电干扰主要成分的频率，因此利用LC低通滤波的特性有效降低雷电流的陡度，采用电感线圈L1、L2来实现两级配合，便可与第二级的电容器构成对高频雷电干扰信号（包括过电压浪涌信号）具有抑制作用的滤波器，有利于改善电力信息采集模块的保护性能。然后运放器AR1运用差分放大原理对LC滤波后的信号进行放大，有效抑制共模信号干扰，具有很好的共模抑制比，降低系统放大误差，最后经电容C4滤波后输出。

电力信号采集电路的输出信号经电阻R6后，分两路同时送入滤波稳定电路和故障检测保护电路中进行处理。其中，滤波稳定电路采用二阶低通滤波器对一路分流信号进行滤波，然后运用三极管稳压电路原理将信号幅值进行稳定后送入控制器的第一检测输入端。故障检测保护电路用于对另一路分流信号的峰值进行采样保持，然后利用三极管钳位原理将峰值信号进行限压保护，当输电线路节点出现故障时，经过限压保护后的输出信号作为控制信号驱动MOS管Q1导通，从而对滤波稳定电路进行泄流，同时将故障信号送入控制器的第二检测输入端。

首先对滤波稳定电路的具体结构和工作原理进行阐述，如图2所示，滤波稳定电路的具体结构包括运放器AR2，运放器AR2的同相输入端连接电阻R9、电容C6的一端，电阻R9的另一端接地，电容C6的另一端连接电阻R7、R8、电容C5的另一端接地，电阻R7的另一端通过电阻R6连接电力信号采集电路的输出端，电阻R8的另一端连接运放器AR2的输出端接地，电容C5的另一端接地，运放器AR2的反相输入端通过电阻R10接地，并通过电阻R11连接运放器AR2的输出端，运放器AR2的输出端连接电阻R12的一端和三极管T1的集电极，电阻R12的另一端和三极管T1的基极连接三极管T2的集电极，三极管T1的发射极连接电阻R13、R14、R15的一端，电阻R13的另一端连接三极管T2的发射极和稳压二极管DZ1的阴极，稳压二极管DZ1的阳极接地，电阻R14的另一端连接三极管T2的基极和MOS管Q1的漏极，电阻R15的另一端连接控制器的第一输入端，并通过并联的电容C7、电阻R20接地。其中，运放器AR2运用二阶低通滤波器原理对检测信号进行选频滤波，电阻R7、R8与电容C5、C6在运放器AR2的外围形成二阶RC带通滤波网络，其中心频率与输电工频一致，从而可以有效过滤强电磁环境对检测信号的干扰，提升电力数据采集信息的准确性。运放器AR2的输出信号送入由三极管T1、T2和稳压二极管DZ1形成的三极管稳压电路中进行幅值稳定，具体原理为：三极管T1的输出信号经电阻R14取样后送入三极管T2的基极进行放大，由于稳压二极管DZ1对三极管T2的发射极电压具有基准作用，因此三极管T2的集电极电压（即三极管T1的基极电压）具有良好的稳定性，从而保证三极管T1发射极输出信号幅值具有良好的稳定性，最终经电容C7滤波后送入控制器的第一输入端进行A/D转换处理，作为该监测节点的电力采集数据信息。

故障检测保护电路对滤波稳定电路的工作状态起到故障监测和保护的作用，故障检测保护电路的具体结构包括变阻器RP1，变阻器RP1的引脚1通过电阻R6连接电力信号采集电路的输出端，变阻器RP1的引脚2、3通过并联的电阻R16、电容C8连接运放器AR3的同相输入端，运放器AR3的同相输入端还通过并联的电阻R17、稳压二极管DZ2接地，运放器AR3的输出端通过二极管VD3连接运放器AR4的同相输入端和电容C9的一端，电容C9的另一端接地，运放器AR3、AR4的反相输入端连接运放器AR4的输出端和三极管T3的集电极，三极管T3的基极连接三极管T4的集电极和电阻R18的一端，三极管T3、T4的发射极连接电阻R19的一端和稳压二极管DZ4的阴极，三极管T4的基极连接电阻R19的另一端和稳压二极管DZ3的阴极，电阻R18的另一端与稳压二极管DZ3的阳极接地，稳压二极管DZ4的阳极连接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的漏极连接电容C10的一端、滤波稳定电路的保护端和控制器的第二检测输入端，MOS管Q1的源极与电容C10的另一端并联接地。

在故障检测保护电路的工作过程中，变阻器RP1作为采样电阻对电力信号采集电路的输出信号进行分流，调节变阻器RP1的阻值可改变流入故障检测保护电路内的电流大小。电阻C8与电阻R16对分流信号起到RC延时缓冲作用，然后经稳压二极管DZ2将信号进行幅值稳定后送入运放器AR3中。运放器AR3与AR4形成峰值采样电路，具体工作原理为：运放器AR3作为跨导运算放大器对分流信号进行同相放大，运放器AR4对运放器AR3的输出信号进行跟随放大，利用二极管VD3的单向导电性和电容C9的存储作用，只有当运放器AR4的输出信号上升到与检测信号峰值相等时，运放器AR3输出低电平使电容C9保持峰值电压，从而使运放器AR4保持检测信号的峰值进行输出。当输电线路节点处于正常工作状态时，该峰值信号不会击穿稳压二极管DZ4，MOS管Q1也不会导通，控制器的第二检测输入端输入表示“工作正常”的高电平信号。当输电线路节点受到雷电冲击出现过流现象时，峰值采样电路输出异常过电压使稳压二极管DZ4反向击穿，从而使MOS管Q1栅极达到导通电压，MOS管Q1的导通使滤波稳定电路的过流信号快速泄放，从而极大限度地对滤波稳定电路形成保护；同时，MOS管Q1的导通也会使MOS管Q1的漏极电压急剧下降，继而使控制器的第二检测输入端输入表示“过流故障”的低电平信号。

为了避免运放器AR4输出峰值电压过高而损坏MOS管Q1，在峰值采样电路和稳压二极管DZ4之间还设置有由三极管T3、T4和稳压二极管DZ3组成的三极管钳位器，其中三极管T3为调整管，三极管T3的输出信号经电阻R19反馈至T4的基极，稳压二极管DZ3对T4的基极电位进行限制，从而使三极管T4发射极的电位（即T3的基极电位）也限制在某一数值的范围内，避免三极管T3输出过流烧坏MOS管Q1，从而对故障检测保护电路自身具有一定的保护作用。

本发明在具体使用时，控制器选用基于飞思卡尔公司生产的MC56F8346型DSP芯片，具有单片机MCU和数字信号处理器DSP的功能，片内资源丰富，使用成本低，处理速度快，功能强大，且MC56F8346本身设置了能够将外部模拟信号转化为数字信号的ADC模块，简化了外部硬件电路的设计。MC56F8346将滤波稳定电路的输出进行转换成数字量后，利用现有成熟的DSP高速信号处理技术完成对电力数据信息的采集，同时MC56F8346根据第二检测输入端I/O口的高、低电平信号来判断输电线路节点是否发生故障。MC56F8346通过数据总线连接无线传输模块，无线传输模块具体可选用多通道微功率嵌入式APC200A-43无线数传模块，具有较远传输距离和极强的抗干扰能力，有效保证电力数据信息和故障信息准确地发送到大数据管理服务器中进行监测管理。在整个输电线路网中有大量的监测节点，通过各个节点的电力信息采集模块实时采集电力运行指标及输电线路的电压、电流监测指标等，通过大数据管理服务器进行数据提取、加工及整合，再通过可视化大屏实时展示各监测节点的运行状态，对于输电线路节点数据的异常及时预警、及时处理，从而实现对电力运行状态的远程精确监控和精细化管理。

以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大数据信息传输系统，包括电力信息采集模块、无线传输模块和大数据管理服务器，其特征在于：所述电力信息采集模块包括电力信号采集电路、滤波稳定电路和故障检测保护电路，所述电路信号采集电路包括用于采集输电线路节点工作状态的传感器J1，所述传感器J1的检测信号经整形、LC滤波和差模放大后，其输出信号分两路分别送入所述滤波稳定电路和所述故障检测保护电路中；所述滤波稳定电路采用二阶低通滤波器对一路分流信号进行滤波，然后运用三极管稳压电路原理将信号幅值进行稳定后送入控制器的第一检测输入端；所述故障检测保护电路用于对另一路分流信号的峰值进行采样保持，然后利用三极管钳位原理将峰值信号进行限压保护，当所述输电线路节点出现故障时，经过限压保护后的输出信号作为控制信号驱动MOS管Q1导通，从而对所述滤波稳定电路进行泄流，同时将故障信号送入所述控制器的第二检测输入端；

所述故障检测保护电路包括变阻器RP1，变阻器RP1的引脚1通过电阻R6连接所述电力信号采集电路的输出端，变阻器RP1的引脚2、3通过并联的电阻R16、电容C8连接运放器AR3的同相输入端，运放器AR3的同相输入端还通过并联的电阻R17、稳压二极管DZ2接地，运放器AR3的输出端通过二极管VD3连接运放器AR4的同相输入端和电容C9的一端，电容C9的另一端接地，运放器AR3、AR4的反相输入端连接运放器AR4的输出端和三极管T3的集电极，三极管T3的基极连接三极管T4的集电极和电阻R18的一端，三极管T3、T4的发射极连接电阻R19的一端和稳压二极管DZ4的阴极，三极管T4的基极连接电阻R19的另一端和稳压二极管DZ3的阴极，电阻R18的另一端与稳压二极管DZ3的阳极接地，稳压二极管DZ4的阳极连接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的漏极连接电容C10的一端、所述滤波稳定电路的保护端和控制器的第二检测输入端，MOS管Q1的源极与电容C10的另一端并联接地。

2.根据权利要求1所述的大数据信息传输系统，其特征在于：所述所述滤波稳定电路包括运放器AR2，运放器AR2的同相输入端连接电阻R9、电容C6的一端，电阻R9的另一端接地，电容C6的另一端连接电阻R7、R8、电容C5的另一端接地，电阻R7的另一端通过电阻R6连接所述电力信号采集电路的输出端，电阻R8的另一端连接运放器AR2的输出端接地，电容C5的另一端接地，运放器AR2的反相输入端通过电阻R10接地，并通过电阻R11连接运放器AR2的输出端，运放器AR2的输出端连接电阻R12的一端和三极管T1的集电极，电阻R12的另一端和三极管T1的基极连接三极管T2的集电极，三极管T1的发射极连接电阻R13、R14、R15的一端，电阻R13的另一端连接三极管T2的发射极和稳压二极管DZ1的阴极，稳压二极管DZ1的阳极接地，电阻R14的另一端连接三极管T2的基极和MOS管Q1的漏极，电阻R15的另一端连接所述控制器的第一输入端，并通过并联的电容C7、电阻R20接地。

3.根据权利要求1所述的大数据信息传输系统，其特征在于：所述电路信号采集电路还包括电阻R1，电阻R1的的一端连接所述传感器J1的引脚1、二极管VD1的阴极、VD2的阳极和电感L1的一端，电阻R1的另一端连接所述传感器J1的引脚2、二极管VD1的阳极、VD2的阴极和电感L2的一端，电感L1的另一端连接电容C1、C2、电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接运放器AR1的同相输入端，电感L2、电容C1的另一端连接电容C3的一端和运放器AR1的反相输入端，电容C2、C3的另一端接地，运放器AR1的反相输入端通过电阻R3接地，并通过电阻R4连接运放器AR1的输出端，运放器AR1的输出端通过并联的电阻R5、电容C4接地，并通过电阻R6连接所述滤波稳定电路和所述故障检测保护电路的输入端。

4.根据权利要求1-3所述的大数据信息传输系统，其特征在于：所述感器J1为霍尔传感器。

5.根据权利要求4所述的大数据信息传输系统，其特征在于：所述控制器选用MC56F8346型DSP芯片。

6.根据权利要求5所述的大数据信息传输系统，其特征在于：所述无线传输模块选用APC200A-43无线数传模块。

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