CN111769641A - 一种配电物联网智能终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配电物联网智能终端，包括：三相电流电压模组，用于对线路的电流和电压进行测量及取能，并将测量得到的电流和电压的模拟信号和数字信号传送给智能处理模组，将取能电源传送给电源管理模组；电源管理模组，用于处理来自三相电流电压模组的取能电源，并生成系统工作电源，同时为内部的超级电容充电；智能处理模组，用于接收和处理来自三相电流电压模组的电流和电压的模拟信号和数字信号，并每隔预定时间将采样的实时数据打包上传给智能云网关模组；智能云网关模组，用于对接收的数据进行存储、运算及故障研判，并通过上行端口与配电物联网数据中心进行数据交互。本发明解决现有配电物联网设备重复投资及维护困难的问题。

Description

一种配电物联网智能终端
技术领域
本发明涉及输配电线路的高电压技术、电源技术、配电物联网技术、配电线路监测技术的交叉技术领域，特别涉及一种配电物联网智能终端。
背景技术
近年来，随着电网规模的不断扩大，对供电可靠性的要求也日益提高。随着万物互联技术的推广和普及，以及输配电物联网的发展，配电网生产部门面临一些急需配电物联网解决的难题，例如：配电自动化的故障检测、定位、隔离、转供电；配网运行经济性分析的分段计量、分段线损实时统计；防窃电措施的发现窃电事件、定位窃电源头；低电压治理的低电压治理方案、无功补偿方案、降损节能方案；配网电能质量分析的电网污染源快速定位，包括谐波、冲击性负荷、不平衡负荷、无功负荷等；配网智慧运维的设备运行状态评估、状态检修建议等。
目前在配电网线路监测领域，配电物联网设备的现状是：将馈线终端FTU、故障指示器、高压计量装置、线路保护录波装置、电能质量监测装置、无功补偿装置等分别进行设计安装和购买管理，存在重复投资(互感器、电源、控制终端、通信通道)问题，以及维护困难(设备多而分散，软件版本更新困难，无法添加新应用功能)问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配电物联网智能终端，以解决现有配电物联网设备存在的重复投资及维护困难的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供如下方案：
一种配电物联网智能终端，包括三相电流电压模组、电源管理模组、智能处理模组和智能云网关模组，所述三相电流电压模组与所述电源管理模组和所述智能处理模组相连，所述智能处理模组与所述智能云网关模组相连，所述电源管理模组、所述智能处理模组和所述智能云网关模组安装在机箱中；
所述三相电流电压模组安装于线路上，用于对线路的电流和电压进行测量及取能，并将测量得到的电流模拟信号、电流数字信号、电压模拟信号、电压数字信号传送给所述智能处理模组，将取能电源传送给所述电源管理模组；
所述电源管理模组用于处理来自所述三相电流电压模组的取能电源，并生成系统工作电源，同时为内部的超级电容充电以用作备用电源；
所述智能处理模组用于接收和处理来自所述三相电流电压模组的电流模拟信号、电流数字信号、电压模拟信号、电压数字信号，并每隔预定时间将采样的实时数据打包上传给所述智能云网关模组；
所述智能云网关模组用于对接收的数据进行存储、运算及故障研判，并通过上行端口与配电物联网数据中心进行数据交互。
优选地，所述三相电流电压模组包括A相电流模块、A相电压取能模块、B相电流模块、B相电压取能模块、C相电流模块、C相电压取能模块；
所述A相电流模块与所述A相电压取能模块相连，所述B相电流模块与所述B相电压取能模块相连，所述C相电流模块与所述C相电压取能模块相连；
所述A相电流模块、所述B相电流模块、所述C相电流模块分别设置在A相线路、B相线路、C相线路上，所述A相电压取能模块、所述B相电压取能模块、所述C相电压取能模块分别连接所述电源管理模组和所述智能处理模组。
优选地，所述A相电流模块、所述B相电流模块及所述C相电流模块的结构相同，所述A相电压取能模块、所述B相电压取能模块及所述C相电压取能模块的结构相同；
所述A相电流模块包括环绕A相线路的磁芯和绕制在所述磁芯上的大电流检测互感器和小电流检测互感器，以及电流测量单元；所述A相电压取能模块包括电压测量单元和电压取能单元；
所述大电流检测互感器和所述小电流检测互感器分别用于检测感应出的大电流模拟信号和小电流模拟信号；
所述电流测量单元包括第一单片机系统，用于对接收到的电流模拟信号进行模数转换，得到电流数字信号，并将电流数字信号与电流模拟信号分别经隔离通道传送到所述电压测量单元；
所述电压测量单元包括第二单片机系统，用于取样电压模拟信号，将取得的电压模拟信号直接输出，或者进行模数转换后输出电压数字信号；所述电压测量单元还用于将来自所述电流测量单元的电流数字信号和电流模拟信号分别经相应通道输出；
所述电压取能单元包括第一取能子模块和第二取能子模块，所述第一取能子模块用于获取高压端能量并进行处理后生成高压端电源供所述电流测量单元使用，所述第二取能子模块用于获取低压端能量并进行处理后生成低压端电源供所述电压测量单元使用。
优选地，所述电压测量单元包括串联的第一取样电容和第二取样电容，所述第一取样电容和所述第二取样电容形成电容分压式结构，取得的电压模拟信号为所述第二取样电容两端的电压模拟信号；
所述电压测量单元的测试回路中设置有可更换的第一保险。
优选地，所述第一取能子模块包括第一取能变压器，所述第一取能子模块通过所述第一取能变压器取得的高压端能量进行整流滤波后，再经DC-DC电路生成高压端电源，为所述电流测量单元供电；
所述第二取能子模块包括第二取能变压器，所述第二取能子模块通过所述第二取能变压器取得的低压端能量进行整流滤波后，再经DC-DC电路生成低压端电源，为所述电压测量单元供电，同时提供电源输出给外部用户使用；
所述第一取能变压器的一次侧设置有第一保护器件，用于防止所述第一取能变压器出现过压损坏；
所述第二取能变压器的一次侧设置有第二保护器件，用于防止所述第二取能变压器出现过压损坏；
所述第一取能变压器和所述第二取能变压器之间连接有限流电容；
所述电压取能单元的取能回路中设置有可更换的第二保险。
优选地，所述电源管理模组包括电源模块和与所述电源模块相连的超级电容；
所述电源模块用于处理来自所述三相电流电压模组的A相取能电源、B相取能电源和C相取能电源，并生成系统工作电源；
所述电源模块还用于为所述超级电容充电以用作备用电源；
所述电源模块具有反送电功能，用于防止单相接地时接地相失压而不能工作的问题。
优选地，所述智能处理模组包括A相数字信号通道、B相数字信号通道、C相数字信号通道、A相模拟信号通道、B相模拟信号通道、C相模拟信号通道、三相调试通道、同步信号通道、信号处理及模数转换单元、数据处理核心单元、存储芯片、定位模块、加密芯片；
所述A相数字信号通道的一端与所述三相电流电压模组中的A相电压取能模块相连，另一端与所述数据处理核心单元相连；所述B相数字信号通道的一端与所述三相电流电压模组中的B相电压取能模块相连，另一端与所述数据处理核心单元相连；所述C相数字信号通道的一端与所述三相电流电压模组中的C相电压取能模块相连，另一端与所述数据处理核心单元相连；
所述A相模拟信号通道的一端与所述三相电流电压模组中的A相电压取能模块相连，另一端与所述信号处理及模数转换单元相连；所述B相模拟信号通道的一端与所述三相电流电压模组中的B相电压取能模块相连，另一端与所述信号处理及模数转换单元相连；所述C相模拟信号通道的一端与所述三相电流电压模组中的C相电压取能模块相连，另一端与所述信号处理及模数转换单元相连；
所述三相测试通道的一端与所述三相电流电压模组相连，另一端与所述数据处理核心单元相连；所述同步信号通道的一端与所述三相电流电压模组相连，另一端与所述数据处理核心单元相连；所述信号处理及模数转换单元、所述存储芯片、所述定位模块、所述加密芯片均与所述数据处理核心单元相连；
所述数据处理核心单元包括第三单片机系统，用于接收和处理来自所述三相电流电压模组的电流模拟信号、电流数字信号、电压模拟信号、电压数字信号；所述定位模块用于提供真实时间和同步脉冲；所述存储芯片用于进行数据存储；所述加密芯片用于对存储数据进行加密；所述数据处理核心单元还用于每隔预定时间将采样的实时数据打上时间戳并打包上传给所述智能云网关模组。
优选地，所述智能云网关模组包括智能网关，所述智能网关用于对接收的数据进行存储、运算及故障研判，并运行各类功能APP；
所述智能网关包括RJ45接入端和串口接入端，能够接入其它智能设备，并通过上行端口与配电物联网数据中心进行数据交互；所述上行端口包括：WIFI端口、3G/4G/5G端口、485通讯端口、USB端口。
优选地，所述配电物联网智能终端还包括软件模组，所述软件模组包括LinuxKernel内核、程序管理APP、SDKAPP、MQTT+消息总线、以及多个容器；
所述Linux Kernel内核用于CPU及进程管理、存储管理、文件系统管理、设备管理和驱动、网络通信管理、系统初始化及引导、系统调用；
所述程序管理APP用于提供容器管理和程序管理功能，实现容器的加载、容器的卸载、及容器相关应用APP的加载和卸载；
所述SDKAPP为开放接口软件，用于提供MQTT+消息接口，并通过所述程序管理APP把系统开放给第三方应用程序；
所述MQTT+消息总线用于提供特定主题的消息发布功能，以及通过订阅特定主题以接收其他设备或者用户发布的消息，实现M2M、M2P、P2M通信；
所述容器用于根据应用类型分装相关应用APP。
优选地，多个所述容器包括第一容器、第二容器和第N容器；
所述第一容器用于放置数据采集类APP，包括：
采集数据读取APP，用于读取电压和电流实时采样数据；
采集数据打标APP，用于在读取采样数据后根据约定格式读取北斗时间并打上时间戳；
采集数据存储APP，用于将具有时间戳的采样数据存储在存储区内；
采集数据检索APP，用于根据要求读取存储区内对应时间段内的录波数据；
采集数据上传APP，用于通过智能网关将采样数据上传到配电物联网数据中心；
所述第二容器用于放置报警类APP，包括：
数据测量APP，用于对线路的电压和电流参数进行测量；
故障检测定位APP，用于判断短路、接地、弧光、断线、缺相故障，并指示故障位置；
线路录波APP，用于对线路采样数据进行1-7天实时录波和存储，以供随时调用，并将异常数据主动上传；
电压检测APP，用于检测线路的低电压、高电压、以及电压合格率；
所述第N容器用于放置数据分析计量类APP，包括：
电能质量分析APP，用于对电能质量进行谐波分析和三相不平衡度分析；
实时线损测量APP，用于线损分段计量，线损分析，定位窃电位置；
智慧运检APP，用于捕捉配电网异常运行状态，分析配电网健康度，提出智慧检修方案。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
1)采用三相电流电压模组实现线路电流和电压的准确实时采样及测量，一个电流模块配一个电压取能模块，两者成对出现，高低压端分别取能及进行测量，实现了测量和取电一体化技术，无需额外的取电设备为系统供电；2)三相电流电压模组能够实现高采样率及采样数据高速传输技术，采样数据存储时间长；3)电源管理模组充分利用三相取能电源，并具备大容量超级电容进行充电，解决系统供电问题；3)智能处理模组接收并处理来自三相的电压和电流的数字信号及模拟信号，为采样数据打时间戳和提供同步脉冲，为全系统及全网同步采样提供准确的时间基准；4)智能云网关模组能够实现海量数据的上传及存储，具有超强的边缘计算能力，并为其它智能节点数据提供丰富的接入和输出接口，兼容多种模式通信协议；5)配电物联网智能终端采用开放的平台软件，采用容器技术和APP方式提供丰富灵活的应用程序，可选配下载、安装和镜像；6)硬件设备一次投资，一次安装到位，能代替多种在运行设备。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的配电物联网智能终端的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的A相电流模块和A相电压取能模块的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的配电物联网智能终端的安装示意图；
图4是本发明实施例提供的软件模组的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的配电物联网智能终端的应用场景示意图。
附图标记说明：1-三相电流电压模组；2-电源管理模组；3-智能处理模组；4-智能云网关模组；5-机箱；6-第一横担；7-A相绝缘子；8-B相绝缘子；9-C相绝缘子；10-第二横担；11-A相线路；12-B相线路；13-C相线路；14-输出线缆；15-线杆；16-接地端；101-A相电流模块；102-A相电压取能模块；103-B相电流模块；104-B相电压取能模块；105-C相电流模块；106-C相电压取能模块；1011-电流测量单元；1021-电压测量单元；1022-电压取能单元；1022a-第一取能子模块；1022b-第二取能子模块；201-电源模块；202-超级电容；301-A相数字信号通道；302-B相数字信号通道；303-C相数字信号通道；304-A相模拟信号通道；305-B相模拟信号通道；306-C相模拟信号通道；307-三相调试通道；308-同步信号通道；309-信号处理及模数转换单元；310-数据处理核心单元；311-存储芯片；312-定位模块；313-加密芯片；401-智能网关；501-Linux Kernel内核；502-程序管理APP；503-SDKAPP；504-MQTT+消息总线；505-第一容器；506-第二容器；507-第N容器；601-配电物联网数据中心；602-配电物联网云；60301～60319-配电物联网智能终端的编号；F1-第一保险；F2-第二保险；FD1-第一保护器件；FD2-第二保护器件；C1-第一取样电容；C2-第二取样电容；C3-限流电容；B1-第一取能变压器；B2-第二取能变压器；V_IOS1-电流隔离模拟信号；V_IOS2-电流隔离数字信号；TRIG1-隔离触发信号；CAB1-电流模块与电压取能模块连接电缆；CAB2-三相电流电压模组输出电缆。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明的实施例提供了一种配电物联网智能终端，如图1所示，该配电物联网智能终端包括三相电流电压模组1、电源管理模组2、智能处理模组3和智能云网关模组4，三相电流电压模组1与电源管理模组2和智能处理模组3相连，智能处理模组3与智能云网关模组4相连，电源管理模组2、智能处理模组3和智能云网关模组4安装在机箱5中；
三相电流电压模组1安装于线路上，用于对线路的电流和电压进行测量及取能，并将测量得到的电流模拟信号、电流数字信号、电压模拟信号、电压数字信号传送给智能处理模组3，将取能电源传送给电源管理模组2；
电源管理模组2用于处理来自三相电流电压模组1的取能电源，并生成系统工作电源，同时为内部的超级电容充电以用作备用电源；
智能处理模组3用于接收和处理来自三相电流电压模组1的电流模拟信号、电流数字信号、电压模拟信号、电压数字信号，并每隔预定时间将采样的实时数据打包上传给智能云网关模组4；
智能云网关模组4用于对接收的数据进行存储、运算及故障研判，并通过上行端口与配电物联网数据中心进行数据交互。
在本发明的实施例中，采用三相电流电压模组1对线路电流和电压进行准确实时采样及测量，具有高采样率和采样数据高速传输的优点，同时采用测量和取电一体化技术，无需额外设置取电设备；电源管理模组2充分利用三相取能电源，并具备大容量超级电容进行充电，解决系统供电问题；智能处理模组3接收并处理来自三相的电压和电流的数字信号及模拟信号，为采样数据打时间戳和提供同步脉冲，为全系统及全网同步采样提供准确的时间基准；智能云网关模组4能够实现海量数据的上传及存储，具有超强的边缘计算能力，并为其它智能节点数据提供丰富的接入和输出接口，兼容多种模式通信协议；本发明中的硬件设备一次投资，一次安装到位，能代替多种在运行设备，从而解决现有技术中设备重复投资及维护困难的问题。
进一步地，三相电流电压模组1包括A相电流模块101、A相电压取能模块102、B相电流模块103、B相电压取能模块104、C相电流模块105、C相电压取能模块106；
其中，A相电流模块101与A相电压取能模块102相连，B相电流模块103与B相电压取能模块104相连，C相电流模块105与C相电压取能模块106相连；
A相电流模块101、B相电流模块103、C相电流模块105分别设置在A相线路、B相线路、C相线路上，A相电压取能模块102、B相电压取能模块104、C相电压取能模块106分别连接电源管理模组2和智能处理模组3。
进一步地，A相电流模块101、B相电流模块103、C相电流模块105的结构相同，A相电压取能模块102、B相电压取能模块104、C相电压取能模块106的结构相同；
如图2所示，以A相电流模块101和A相电压取能模块102为例：
A相电流模块101包括环绕A相线路的磁芯和绕制在磁芯上的大电流检测互感器CT1和小电流检测互感器CT2，以及电流测量单元1011；A相电压取能模块102包括电压测量单元1021和电压取能单元1022。
具体地，大电流检测互感器CT1和小电流检测互感器CT2分别用于检测感应出的大电流模拟信号和小电流模拟信号；CT1和CT2是在线性度好的开口磁芯上绕制而成，感应出和线路电流对应的信号，经连接电缆CAB1接入电流测量单元1011；连接过程中注意裸导线直接连接，带绝缘皮的导线需要使用探针刺破绝缘皮再引出；
电流测量单元1011包括第一单片机系统，用于对接收到的电流模拟信号进行模数转换，得到电流数字信号，并将电流数字信号与电流模拟信号分别经隔离通道传送到电压测量单元1021，电流测量单元1011还接收来自电压测量单元1021的隔离触发信号；
电压测量单元1021包括第二单片机系统，用于取样电压模拟信号，将取得的电压模拟信号直接输出，或者进行模数转换后输出电压数字信号；电压测量单元1021还用于将来自电流测量单元1011的电流数字信号和电流模拟信号分别经相应通道输出；
电压取能单元1022包括第一取能子模块1022a和第二取能子模块1022b，第一取能子模块1022a用于获取高压端能量并进行处理后生成高压端电源供电流测量单元1011使用，第二取能子模块1022b用于获取低压端能量并进行处理后生成低压端电源供电压测量单元1021使用。
进一步地，电压测量单元1021包括串联的第一取样电容C1和第二取样电容C2，第一取样电容C1和第二取样电容C2形成电容分压式结构，取得的电压模拟信号为第二取样电容C2两端的电压模拟信号；电压测量单元1021的测试回路中设置有可更换的第一保险F1。
也就是说，F1、C1和C2一次串联接于线路和大地之间，选取C2两端的电压为测量取样信号，取样电压公式为U取样＝U相*(C1/(C1+C2))，这一取样信号接入电压测量单元1021，电压测量单元1021处理后再进行模数转换成数字信号，这一信号通过输出电缆CAB2中的电压电流数字信号通道传输给智能终端模组，同时，来自C2两端的取样电压也经过电压电流模拟信号通道传输给智能终端模组。电压测量单元1021也把来自电流测量单元1011的电流数字信号和电流模拟信号分别通过电压电流数字信号通道和电压电流模拟信号通道传输给智能终端模组。
在本发明的上述实施例中，电流模块的精度：0.5％，测量范围：0～2500A；电压取能模块的精度：0.5％，测量范围0～12KV。
进一步地，第一取能子模块1022a包括第一取能变压器B1，第一取能子模块1022a通过第一取能变压器B1取得的高压端能量进行整流滤波后，再经DC-DC电路生成高压端电源，为电流测量单元1011供电；
第二取能子模块1022b包括第二取能变压器B2，第二取能子模块1022b通过第二取能变压器B2取得的低压端能量进行整流滤波后，再经DC-DC电路生成低压端电源，为电压测量单元1021供电，同时提供电源输出给外部用户使用；
第一取能变压器B1的一次侧设置有第一保护器件FD1，用于防止第一取能变压器B1出现过压损坏；第二取能变压器B2的一次侧设置有第二保护器件FD2，用于防止第二取能变压器B2出现过压损坏；
第一取能变压器B1和第二取能变压器B2之间连接有限流电容C3，电压取能单元1022的取能回路中设置有可更换的第二保险F2。
在本发明的实施例中，电压取能单元1022采用高低压端同时取能的方式，通过设计适合的参数，能够同时满足高低压端取能要求。
进一步地，如图1所示，电源管理模组2包括电源模块201和与电源模块201相连的超级电容202；
电源模块201用于处理来自三相电流电压模组1的A相取能电源、B相取能电源和C相取能电源，并生成系统工作电源；
电源模块201还用于为超级电容202充电以用作备用电源；
电源模块201具有反送电功能，用于防止单相接地时接地相失压而不能工作的问题。
进一步地，智能处理模组3包括A相数字信号通道301、B相数字信号通道302、C相数字信号通道303、A相模拟信号通道304、B相模拟信号通道305、C相模拟信号通道306、三相调试通道307、同步信号通道308、信号处理及模数转换单元309、数据处理核心单元310、存储芯片311、定位模块312、加密芯片313；
A相数字信号通道301的一端与三相电流电压模组1中的A相电压取能模块102相连，另一端与数据处理核心单元310相连；B相数字信号通道302的一端与三相电流电压模组1中的B相电压取能模块104相连，另一端与数据处理核心单元310相连；C相数字信号通道303的一端与三相电流电压模组1中的C相电压取能模块106相连，另一端与数据处理核心单元310相连；
A相模拟信号通道304的一端与三相电流电压模组1中的A相电压取能模块102相连，另一端与信号处理及模数转换单元309相连；B相模拟信号通道305的一端与三相电流电压模组1中的B相电压取能模块104相连，另一端与信号处理及模数转换单元309相连；C相模拟信号通道306的一端与三相电流电压模组106中的C相电压取能模块相连，另一端与信号处理及模数转换单元309相连；
三相测试通道307的一端与三相电流电压模组1相连，另一端与数据处理核心单元310相连；同步信号通道308的一端与三相电流电压模组1相连，另一端与数据处理核心单元310相连；信号处理及模数转换单元309、存储芯片311、定位模块312、加密芯片313均与数据处理核心单元310相连；
数据处理核心单元310包括第三单片机系统，用于接收和处理来自三相电流电压模组1的电流模拟信号、电流数字信号、电压模拟信号、电压数字信号；定位模块312包括GPS模块或北斗模块，用于提供真实时间和同步脉冲，为全系统及全网同步采样提供准确的时间基准；存储芯片311用于进行数据存储；加密芯片313用于对存储数据进行加密，以提高存储数据的安全性；数据处理核心单元310还用于每隔预定时间将采样的实时数据打上时间戳并打包上传给智能云网关模组4。
进一步地，智能云网关模组4包括智能网401关，智能网关401用于对接收的数据进行存储、运算及故障研判，并运行各类功能APP；
智能网关401包括RJ45接入端和串口接入端，能够接入其它智能设备，并通过上行端口与配电物联网数据中心进行数据交互；所述上行端口包括：WIFI端口、3G/4G/5G端口、485通讯端口、USB端口等。
智能云网关模组4资源丰富，内存容量巨大，能处理来自智能处理模组3的数据，进行存储、基础计算、高级计算、故障研判等操作，并运行实现各类功能的APP。同时，智能云网关模组4具有丰富的接入端口，方便接入其它智能设备，并能通过上行端口上传数据到配电物联网数据中心。智能云网关模组4可以连续存储三相电压电流的录波数据7天以上。由于采用同步采样，系统的电压和电流都为真实准确的数据，能进行各种数据分析和算法。智能网关采用网关型边缘计算代理主机，具备超强的边缘计算能力，能实现边缘计算，及其它感知接点的数据接入。
图3是本发明实施例提供的配电物联网智能终端的安装示意图。机箱5、安装支架及附件为电源管理模组2、智能处理模组3、智能云网关模组4提供安装、固定和保护的空间，连接电缆为各部分元件提供电气连接。
A相线路11、B相线路2、C相线路13依次对应安装在线杆15的第一横担6的三相绝缘子上，三相绝缘子分别为：A相绝缘子7、B相绝缘子8、C相绝缘子9。线杆15一侧距离线路3至5米的地方设有第二横担10，第二横担10上对应线路下方分别安装A相电压取能模块102，B相电压取能模块104，C相电压取能模块106，在对应电压取能模块的上方安装三相电流模块，分别为：A相电流模块101、B相电流模块103，C相电流模块105，对应相电压取能模块和电流模块分别通过三条电缆相连。三相电流电压模组1输出线缆14与配电物联网智能终端的机箱5相连，同时引线到线杆15根部的接地端16上。
进一步地，如图4所示，所述配电物联网智能终端还包括软件模组。所述软件模组包括Linux Kernel内核501、程序管理APP502、SDKAPP503、MQTT+消息总线504、以及多个容器。
其中，Linux Kernel内核501用于CPU及进程管理、存储管理、文件系统管理、设备管理和驱动、网络通信管理、系统初始化及引导、系统调用；
程序管理APP502用于提供容器管理和程序管理功能，实现容器的加载、容器的卸载、及容器相关应用APP的加载和卸载；
SDKAPP503为开放接口软件，用于提供MQTT+消息接口，并通过程序管理APP502把系统开放给第三方应用程序；
MQTT+消息总线504用于提供特定主题的消息发布功能，以及通过订阅特定主题以接收其他设备或者用户发布的消息，实现M2M、M2P、P2M通信；
容器用于根据应用类型分装相关应用APP。
在本发明的实施例中，容器可以看做安装在Linux系统的一个个虚拟机。Linux系统内安装了多个由容器构成的虚拟机，而且每个虚拟机内可以安装多个应用APP，LinuxKernel管理着系统的下行通讯等硬件接口。容器是轻量级的操作系统级虚拟化，可以让用户在一个资源隔离的进程中运行应用及其依赖项。系统可以安装多个容器，运行应用程序所必需的组件都将打包成一个镜像并可以复用。执行镜像时，它运行在一个隔离环境中，并且不会共享宿主机的内存、CPU以及磁盘，这就保证了容器内进程不能监控容器外的任何进程。本软件模组可以包含多个容器，每个容器内也能运行多个应用APP程序。
具体地，多个容器包括第一容器505、第二容器506、......、第N容器507。
第一容器505用于放置数据采集类APP，包括：
采集数据读取APP，用于读取电压和电流实时采样数据；
采集数据打标APP，用于在读取采样数据后根据约定格式读取北斗时间并打上时间戳；
采集数据存储APP，用于将具有时间戳的采样数据存储在存储区内；
采集数据检索APP，用于根据要求读取存储区内对应时间段内的录波数据；
采集数据上传APP，用于通过智能网关将采样数据上传到配电物联网数据中心；
应用zAPP等。
第二容器506用于放置报警类APP，包括：
数据测量APP，用于对线路的电压和电流参数进行测量；
故障检测定位APP，用于判断短路、接地、弧光、断线、缺相故障，并指示故障位置；
线路录波APP，用于对线路采样数据进行1-7天实时录波和存储，以供随时调用，并将异常数据主动上传；
电压检测APP，用于检测线路的低电压、高电压、以及电压合格率；
应用nAPP等。
第N容器507用于放置数据分析计量类APP，包括：
电能质量分析APP，用于对电能质量进行谐波分析和三相不平衡度分析；
实时线损测量APP，用于线损分段计量，线损分析，定位窃电位置；
智慧运检APP，用于捕捉配电网异常运行状态，分析配电网健康度，提出智慧检修方案；
应用kAPP等。
本发明的主要应用场景如图5所示，整个应用组成为：配电物联网数据中心601，配电物联网云602，配电物联网智能终端19台(编号60301至60319)，配电物联网智能终端的数量由实际应用条件决定。所述应用场景还包括变电站母线的配电线路及分支：1号线路、2号线路、3号线路、1号线1分支、1号线2分支。当线路在图中所示故障点出现单相接地时，配电物联网智能终端60301至60306检测到这一接地现象，报警并把故障录波的数据通过配电物联网云602传送到配电物联网数据中心601。配电物联网数据中心通过显示器显示故障位置等信息，并把信息传送到有权限的手持终端使用者手中。
综上所述，本发明实施例提供的配电物联网智能终端不仅能够解决现有配电物联网设备存在的重复投资及维护困难的问题，还具备以下功能：配电自动化的故障检测、定位、隔离、转供电；配网运行经济性分析的分段计量、分段线损实时统计；防窃电措施的发现窃电事件、定位窃电源头；低电压治理的低电压治理方案、无功补偿方案、降损节能方案；配网电能质量分析的电网污染源快速定位(谐波、冲击性负荷、不平衡负荷、无功负荷等)；配网智慧运维的设备运行状态评估、状态检修建议；电流电压准确稳定测量；高压端和低压端同时取能；长时间录取电路电压电流波形，海量数据传输及存储；采用容器技术实现多种功能的APP；实现其它终端或者智能节点数据的接入及传输。因此，本发明提供的配电物联网智能终端具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电物联网智能终端，其特征在于，包括三相电流电压模组、电源管理模组、智能处理模组和智能云网关模组，所述三相电流电压模组与所述电源管理模组和所述智能处理模组相连，所述智能处理模组与所述智能云网关模组相连，所述电源管理模组、所述智能处理模组和所述智能云网关模组安装在机箱中；
所述三相电流电压模组安装于线路上，用于对线路的电流和电压进行测量及取能，并将测量得到的电流模拟信号、电流数字信号、电压模拟信号、电压数字信号传送给所述智能处理模组，将取能电源传送给所述电源管理模组；
所述电源管理模组用于处理来自所述三相电流电压模组的取能电源，并生成系统工作电源，同时为内部的超级电容充电以用作备用电源；
所述智能处理模组用于接收和处理来自所述三相电流电压模组的电流模拟信号、电流数字信号、电压模拟信号、电压数字信号，并每隔预定时间将采样的实时数据打包上传给所述智能云网关模组；
所述智能云网关模组用于对接收的数据进行存储、运算及故障研判，并通过上行端口与配电物联网数据中心进行数据交互。
2.根据权利要求1所述的配电物联网智能终端，其特征在于，所述三相电流电压模组包括A相电流模块、A相电压取能模块、B相电流模块、B相电压取能模块、C相电流模块、C相电压取能模块；
所述A相电流模块与所述A相电压取能模块相连，所述B相电流模块与所述B相电压取能模块相连，所述C相电流模块与所述C相电压取能模块相连；
所述A相电流模块、所述B相电流模块、所述C相电流模块分别设置在A相线路、B相线路、C相线路上，所述A相电压取能模块、所述B相电压取能模块、所述C相电压取能模块分别连接所述电源管理模组和所述智能处理模组。
3.根据权利要求2所述的配电物联网智能终端，其特征在于，所述A相电流模块、所述B相电流模块及所述C相电流模块的结构相同，所述A相电压取能模块、所述B相电压取能模块及所述C相电压取能模块的结构相同；
所述A相电流模块包括环绕A相线路的磁芯和绕制在所述磁芯上的大电流检测互感器和小电流检测互感器，以及电流测量单元；所述A相电压取能模块包括电压测量单元和电压取能单元；
所述大电流检测互感器和所述小电流检测互感器分别用于检测感应出的大电流模拟信号和小电流模拟信号；
所述电流测量单元包括第一单片机系统，用于对接收到的电流模拟信号进行模数转换，得到电流数字信号，并将电流数字信号与电流模拟信号分别经隔离通道传送到所述电压测量单元；
所述电压测量单元包括第二单片机系统，用于取样电压模拟信号，将取得的电压模拟信号直接输出，或者进行模数转换后输出电压数字信号；所述电压测量单元还用于将来自所述电流测量单元的电流数字信号和电流模拟信号分别经相应通道输出；
所述电压取能单元包括第一取能子模块和第二取能子模块，所述第一取能子模块用于获取高压端能量并进行处理后生成高压端电源供所述电流测量单元使用，所述第二取能子模块用于获取低压端能量并进行处理后生成低压端电源供所述电压测量单元使用。
4.根据权利要求3所述的配电物联网智能终端，其特征在于，所述电压测量单元包括串联的第一取样电容和第二取样电容，所述第一取样电容和所述第二取样电容形成电容分压式结构，取得的电压模拟信号为所述第二取样电容两端的电压模拟信号；
所述电压测量单元的测试回路中设置有可更换的第一保险。
5.根据权利要求3所述的配电物联网智能终端，其特征在于，所述第一取能子模块包括第一取能变压器，所述第一取能子模块通过所述第一取能变压器取得的高压端能量进行整流滤波后，再经DC-DC电路生成高压端电源，为所述电流测量单元供电；
所述第二取能子模块包括第二取能变压器，所述第二取能子模块通过所述第二取能变压器取得的低压端能量进行整流滤波后，再经DC-DC电路生成低压端电源，为所述电压测量单元供电，同时提供电源输出给外部用户使用；
所述第一取能变压器的一次侧设置有第一保护器件，用于防止所述第一取能变压器出现过压损坏；
所述第二取能变压器的一次侧设置有第二保护器件，用于防止所述第二取能变压器出现过压损坏；
所述第一取能变压器和所述第二取能变压器之间连接有限流电容；
所述电压取能单元的取能回路中设置有可更换的第二保险。
6.根据权利要求1所述的配电物联网智能终端，其特征在于，所述电源管理模组包括电源模块和与所述电源模块相连的超级电容；
所述电源模块用于处理来自所述三相电流电压模组的A相取能电源、B相取能电源和C相取能电源，并生成系统工作电源；
所述电源模块还用于为所述超级电容充电以用作备用电源；
所述电源模块具有反送电功能，用于防止单相接地时接地相失压而不能工作的问题。
7.根据权利要求1所述的配电物联网智能终端，其特征在于，所述智能处理模组包括A相数字信号通道、B相数字信号通道、C相数字信号通道、A相模拟信号通道、B相模拟信号通道、C相模拟信号通道、三相调试通道、同步信号通道、信号处理及模数转换单元、数据处理核心单元、存储芯片、定位模块、加密芯片；
所述A相数字信号通道的一端与所述三相电流电压模组中的A相电压取能模块相连，另一端与所述数据处理核心单元相连；所述B相数字信号通道的一端与所述三相电流电压模组中的B相电压取能模块相连，另一端与所述数据处理核心单元相连；所述C相数字信号通道的一端与所述三相电流电压模组中的C相电压取能模块相连，另一端与所述数据处理核心单元相连；
所述A相模拟信号通道的一端与所述三相电流电压模组中的A相电压取能模块相连，另一端与所述信号处理及模数转换单元相连；所述B相模拟信号通道的一端与所述三相电流电压模组中的B相电压取能模块相连，另一端与所述信号处理及模数转换单元相连；所述C相模拟信号通道的一端与所述三相电流电压模组中的C相电压取能模块相连，另一端与所述信号处理及模数转换单元相连；
所述三相测试通道的一端与所述三相电流电压模组相连，另一端与所述数据处理核心单元相连；所述同步信号通道的一端与所述三相电流电压模组相连，另一端与所述数据处理核心单元相连；所述信号处理及模数转换单元、所述存储芯片、所述定位模块、所述加密芯片均与所述数据处理核心单元相连；
所述数据处理核心单元包括第三单片机系统，用于接收和处理来自所述三相电流电压模组的电流模拟信号、电流数字信号、电压模拟信号、电压数字信号；所述定位模块用于提供真实时间和同步脉冲；所述存储芯片用于进行数据存储；所述加密芯片用于对存储数据进行加密；所述数据处理核心单元还用于每隔预定时间将采样的实时数据打上时间戳并打包上传给所述智能云网关模组。
8.根据权利要求1所述的配电物联网智能终端，其特征在于，所述智能云网关模组包括智能网关，所述智能网关用于对接收的数据进行存储、运算及故障研判，并运行各类功能APP；
所述智能网关包括RJ45接入端和串口接入端，能够接入其它智能设备，并通过上行端口与配电物联网数据中心进行数据交互；所述上行端口包括：WIFI端口、3G/4G/5G端口、485通讯端口、USB端口。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的配电物联网智能终端，其特征在于，所述配电物联网智能终端还包括软件模组，所述软件模组包括Linux Kernel内核、程序管理APP、SDKAPP、MQTT+消息总线、以及多个容器；
所述Linux Kernel内核用于CPU及进程管理、存储管理、文件系统管理、设备管理和驱动、网络通信管理、系统初始化及引导、系统调用；
所述程序管理APP用于提供容器管理和程序管理功能，实现容器的加载、容器的卸载、及容器相关应用APP的加载和卸载；
所述SDKAPP为开放接口软件，用于提供MQTT+消息接口，并通过所述程序管理APP把系统开放给第三方应用程序；
所述MQTT+消息总线用于提供特定主题的消息发布功能，以及通过订阅特定主题以接收其他设备或者用户发布的消息，实现M2M、M2P、P2M通信；
所述容器用于根据应用类型分装相关应用APP。
10.根据权利要求9所述的配电物联网智能终端，其特征在于，多个所述容器包括第一容器、第二容器和第N容器；
所述第一容器用于放置数据采集类APP，包括：
采集数据读取APP，用于读取电压和电流实时采样数据；
采集数据打标APP，用于在读取采样数据后根据约定格式读取北斗时间并打上时间戳；
采集数据存储APP，用于将具有时间戳的采样数据存储在存储区内；
采集数据检索APP，用于根据要求读取存储区内对应时间段内的录波数据；
采集数据上传APP，用于通过智能网关将采样数据上传到配电物联网数据中心；
所述第二容器用于放置报警类APP，包括：
数据测量APP，用于对线路的电压和电流参数进行测量；
故障检测定位APP，用于判断短路、接地、弧光、断线、缺相故障，并指示故障位置；
线路录波APP，用于对线路采样数据进行1-7天实时录波和存储，以供随时调用，并将异常数据主动上传；
电压检测APP，用于检测线路的低电压、高电压、以及电压合格率；
所述第N容器用于放置数据分析计量类APP，包括：
电能质量分析APP，用于对电能质量进行谐波分析和三相不平衡度分析；
实时线损测量APP，用于线损分段计量，线损分析，定位窃电位置；
智慧运检APP，用于捕捉配电网异常运行状态，分析配电网健康度，提出智慧检修方案。
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