CN111934273A - 基于物联网海计算技术的智能微型断路器及设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及断路器技术领域，具体涉及一种基于物联网海计算技术的智能微型断路器及设置方法，包括收集单元、监控单元和执行单元，收集单元包括数据采集模块和信号处理模块，监控单元包括集成物联网海计算算法的中央处理器和计量模块，执行单元包括控制模块、存储模块和通信模块，信号处理模块分别与数据采集模块、计量模块电连接，中央处理器分别与计量模块、控制模块、存储模块、通信模块电连接，数据采集模块包括电流采样电路、电压采样电路、漏电流检测电路和温度检测电路，分别将电流、电压、漏电流、温度检测数据经信号处理模块、计量模块发送给所述的中央处理器。

Description

基于物联网海计算技术的智能微型断路器及设置方法

技术领域

本发明涉及断路器技术领域，具体涉及一种在硬件加入算法进行计算、提取有用的数据发送给云端、减轻云端压力的基于物联网海计算技术的智能微型断路器及设置方法。

背景技术

断路器属于配电终端电器保护装置，在配电网中具有重要作用。微型断路器常指额定电流160A或者以下的塑壳断路器，作为配电网的底层设备，微型断路器的智能化、物联网化使得传统配电功能进一步革新，相应地对网络结构、数据采集、故障检测等应用问题也提出了更高的要求。

随着物联网的快速发展，有将近千亿的事物连接到互联网中，物联网应用可能会要求极快的响应时间，数据的私密性等等。如果把物联网终端产生的数据传输给云计算中心，将会加大网络负载，网路可能造成拥堵，并且会有一定的数据处理延时。由于电网中各种电气设备数量较多，采集和检测的数据量大，为避免以上问题，需要一种能够基于物联网海计算技术的智能微型断路器。

目前市面上已经提出的一种基于边缘分析技术的智能断路器，存在如果前面的智能硬件数量比较多或者每个智能硬件需要传输的数据量比较大，这就对后面嵌入边缘计算算法的中央处理器造成很大的数据处理压力，进而有可能造成数据传输错误，处理器误处理，处理器死机等现象。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的物联网终端产生的数据传输给云计算中心，将会加大网络负载，网路可能造成拥堵，并且会有一定的数据处理延时问题的缺陷，而提供一种在硬件加入算法进行计算、提取有用的数据发送给云端、减轻云端压力的基于物联网海计算技术的智能微型断路器及设置方法。

本发明的技术方案是这样实现的：一种基于物联网海计算技术的智能微型断路器，包括收集单元、监控单元和执行单元，所述的收集单元包括数据采集模块和信号处理模块，所述的监控单元包括集成物联网海计算算法的中央处理器和计量模块，所述执行单元包括控制模块、存储模块和通信模块，所述的信号处理模块分别与所述的数据采集模块、计量模块电连接，所述的中央处理器分别与所述的计量模块、控制模块、存储模块、通信模块电连接，所述的数据采集模块包括电流采样电路、电压采样电路、漏电流检测电路和温度检测电路，分别将电流、电压、漏电流、温度检测数据经信号处理模块、计量模块发送给所述的中央处理器，所述的存储模块包括储存电路，所述的储存电路保存所述的中央处理器通过物联网海计算后的数据，所述的通信模块包括与所述的中央处理器连接的底层设备通信电路和云端通信电路，所述的温度检测电路采用温度传感器构成。

所述的电流采样电路采用穿心式电流互感器及电流采样电阻构成。

所述的电压采样电路采用电压互感器及其外围电路构成。

所述漏电流检测电路采用零序电流互感器及其外围电路构成。

所述信号处理模块包括信号放大电路、信号滤波电路，分别将电流、电压、漏电流和温度采集的信号进行放大，滤波整理后经计量电路发送给中央处理器。

所述信号放大电路由运算放大器及其外围电路构成，所述的信号滤波电路由电阻、电容组成的低通滤波器构成。

所述的控制模块包括分合闸微电机、脱扣电磁铁、判断分合闸状态的光电开关和指示灯，所述的中央处理器分别输出控制信号给所述的分合闸微电机、脱扣电磁铁和指示灯，所述的光电开关发送当前分合闸状态信号给所述的中央处理器。

所述的底层设备通信电路为RS485通信电路，所述的云端通信电路采用TCP/IP通信电路、5G通信电路、4G通信电路、NB-IoT通信电路、Zigbee通信电路或LORA通信电路。

还包括电源电路，所述的电源电路为AC220V/DC12V转换电路或外部DC12V电源直接供电的接口电路。

一种基于物联网海计算技术的智能微型断路器的设置方法，包括以下步骤：

步骤1）、基于物联网海计算算法对中央处理器的各参数阈值进行设定，具体包括过电流告警阀值设定、过电流动作阈值设定、过欠压告警阀值设定、过欠压动作阈值设定、漏电流告警阈值设定、漏电流动作阈值设定、过载告警阈值设定、过载动作阈值设定、电量异常告警阈值设定、端子温度告警阈值设定、端子温度动作阈值设定、开关打火告警阈值设定、开关打火动作阈值设定；

步骤2）、数据采集模块采集电流、电压、漏电流、电量、端子温度、打火脉冲经过信号处理计量发送给所述的中央处理器；

步骤3）、中央处理器判断电流、电压、漏电流、功率、电量、端子温度、打火脉冲的数值是否超出设定阈值，若是超过设定阈值，则执行告警或相应跳闸动作；

步骤4）、中央处理器将处理过的数据通过所述的通信模块上传给云端管理系统。

本发明的积极效果是：相对于边缘计算将所有数据收集起来进行整理分类再将有用数据上传到云端的流程，本发明直接在智能硬件端将有用数据进行筛选上传到云端，少了中间一个环节，更加有效的减少了数据出错的可能性。可以提高供电可靠性，降低线损，改善设备运行环境，降低人员劳动强度，提高工作效率，节约人力资源与成本，提升服务质量，从而给我们带来经济、社会等方面双重效益。

经济方面：①、提高供电可靠性带来的效益。在传统的设备配置和运行方式下，线路上任一处故障就导致整条线路跳闸，实施馈线自动化后，可以将故障隔离至最小范围，减少因电量损失而造成的经济损失。②、降低线损后带来的效益。实施配电自动化建设后，可以优化网架结构，合理控制负荷，调整运行方式，使线路损耗降至最低；同时，对线路进行实时监测后，可以及时发现窃电行为，使窃电的可能大大降低，这也为降低线损率起到了很大的帮助。③、减少运行维护和管理带来的效益。实现了遥测、遥控功能和馈线自动化等功能后，大部分负荷测量和操作等都不需要人工到场进行了，这样一方面可以减少相关运行操作人员的数量，另一方面减少了出车次数，也可以相应减少车辆配备和日常开支。

社会方面：①、降低用户经济损失。电能质量恶化对于银行、数据中心和客户服务中心这类用户，其损失从数千元到百万元不等，而对于生产设施，其损失甚至更高。而实现调配控一体化后，可以提高供电可靠性，大大改善电能质量，仅仅避免由于低质量的电力带给工商业用户的损失，就可以产生可观的经济效益。②、提高客户满意度。停电次数少了，停电时间短了，供电质量提高了，自然会增加用户对供电部门的满意度，提高电力部门的社会形象，这也会使我们增加潜在用户数和售电量。③、环保效益。高效的电网将减少能源消耗，减少二氧化碳及其它污染物的排放。实施调配控一体化后，可以优化网架结构，合理控制负荷，调整运行方式，有效降低配电网电能损耗。

管理方面：配电自动化系统建设后实现自动采集开关、配变等配网设备运行的实时数据，对设备运行状况进行实时监测；对开关实施远方控制操作，减少现场工作，提高工作效率；实现事故报警并记录，报表统计和打印，提供系统分析应用；通过将配网运行图与实际地理位置准确对应，快速、准确地寻找和提供分散在城市各个角落的配电设备的具体位置和各种运行数据，便于维护和事故抢修。同时，通过配电自动化手段，大大减少了过去繁杂的现场巡视、检查、操作等工作，降低了统计、记录、查找、分析等工作强度，可快速完成业务报表、供电方案等日常工作，大幅度提高工作效率，实现供电企业的减人增效，提高了供电企业的生产效率。通过基于总线的管理应用，提高精益化管理水平，为供电公司各部门业务协同提供了技术手段，大大提高供电管理效率。

附图说明

图1是本发明的硬件结构原理框图。

图2是本发明的电气原理图。

图3是本发明的中央处理器的电路原理图。

图4是本发明的收集单元的电路原理图。

图5是本发明的控制模块的电路原理图。

图6是本发明的存储模块的电路原理图。

图7是本发明的通信模块的电路原理图。

图8是本发明的电源模块的电路原理图。

图9是本发明的设置方法流程图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1到图8所示，一种基于物联网海计算技术的智能微型断路器，包括收集单元、监控单元和执行单元，收集单元包括数据采集模块和信号处理模块，监控单元包括集成物联网海计算算法的中央处理器和计量模块，执行单元包括控制模块、存储模块和通信模块；中央处理器可以采用MCU芯片构成，用于收集电路中的监测数据，实现海计算、就地处理、数据上传至通信管理模块功能。还可用于控制断路器能够及时合分闸以及故障时断开电路；计量电路采用MCU芯片内部集成的模数转换器构成，用于对电路参数进行数据转换，测量和计算。

数据采集模块包括电流采样电路、电压采样电路、漏电流检测电路和温度检测电路，分别将电流、电压、漏电流、温度检测数据转换为可识别的小信号量经信号处理模块、计量模块发送给中央处理器，电流采样电路采用穿心式电流互感器及电流采样电阻构成，电压采样电路采用电压互感器及其外围电路构成，漏电流检测电路采用零序电流互感器及其外围电路构成，温度检测电路采用温度传感器构成；信号处理模块分别与数据采集模块、计量模块电连接，中央处理器分别与计量模块、控制模块、存储模块、通信模块电连接，信号处理模块包括信号放大电路、信号滤波电路，分别将电流、电压、漏电流和温度采集的小信号进行滤波、放大，滤波整理后经计量电路发送给中央处理器，信号放大电路由运算放大器及其外围电路构成，信号滤波电路由电阻、电容组成的低通滤波器构成；控制模块包括分合闸微电机、脱扣电磁铁、判断分合闸状态的光电开关和指示灯，中央处理器分别输出控制信号给分合闸微电机、脱扣电磁铁和指示灯，光电开关发送当前分合闸状态信号给中央处理器，指示灯用于分别对自动分合闸、手动分合闸、脱扣的工作状态进行指示，脱扣电磁铁的最短脱扣时间40ms。通信模块包括与中央处理器连接的底层设备通信电路和云端通信电路，底层设备通信电路为RS485通信电路，云端通信电路采用TCP/IP通信电路、5G通信电路、4G通信电路、NB-IoT通信电路、Zigbee通信电路或LORA通信电路，底层设备通信电路可以用于实现多个断路器之间的数据传输，云端通信电路用于实现断路器与上级云服务器平台的数据交互。存储模块包括储存电路，储存电路保存中央处理器通过物联网海计算后的数据，该电路可以永久保存数据且掉电数据不会丢失。

进一步的，还包括电源电路，电源电路为AC220V/DC12V转换电路或外部DC12V电源直接供电的接口电路，也可由用户自定义选择供电方式。

如图9所示，一种基于物联网海计算技术的智能微型断路器的设置方法，包括以下步骤：

步骤1）、基于物联网海计算算法对中央处理器的各参数阈值进行设定，具体包括过电流告警阀值设定、过电流动作阈值设定、过欠压告警阀值设定、过欠压动作阈值设定、漏电流告警阈值设定、漏电流动作阈值设定、过载告警阈值设定、过载动作阈值设定、电量异常告警阈值设定、端子温度告警阈值设定、端子温度动作阈值设定、开关打火告警阈值设定、开关打火动作阈值设定；

步骤2）、数据采集模块采集电流、电压、漏电流、电量、端子温度、打火脉冲经过信号处理计量发送给所述的中央处理器；

步骤3）、中央处理器判断电流、电压、漏电流、功率、电量、端子温度、打火脉冲的数值是否超出设定阈值，若是超过设定阈值，则执行告警或相应跳闸动作；

步骤4）、中央处理器将处理过的数据通过所述的通信模块上传给云端管理系统。

Claims (10)

1.一种基于物联网海计算技术的智能微型断路器，其特征在于：包括收集单元、监控单元和执行单元，所述的收集单元包括数据采集模块和信号处理模块，所述的监控单元包括集成物联网海计算算法的中央处理器和计量模块，所述的执行单元包括控制模块、存储模块和通信模块，所述的信号处理模块分别与所述的数据采集模块、计量模块电连接，所述的中央处理器分别与所述的计量模块、控制模块、存储模块、通信模块电连接，所述的数据采集模块包括电流采样电路、电压采样电路、漏电流检测电路和温度检测电路，分别将电流、电压、漏电流、温度检测数据经信号处理模块、计量模块发送给所述的中央处理器，所述的存储模块包括储存电路，所述的储存电路保存所述的中央处理器通过物联网海计算后的数据，所述的通信模块包括与所述的中央处理器连接的底层设备通信电路和云端通信电路，所述的温度检测电路采用温度传感器构成。

2.根据权利要求1所述的基于物联网海计算技术的智能微型断路器，其特征在于：所述的电流采样电路采用穿心式电流互感器及电流采样电阻构成。

3.根据权利要求1所述的基于物联网海计算技术的智能微型断路器，其特征在于：所述的电压采样电路采用电压互感器及其外围电路构成。

4.根据权利要求1所述的基于物联网海计算技术的智能微型断路器，其特征在于：所述漏电流检测电路采用零序电流互感器及其外围电路构成。

5.根据权利要求1所述的基于物联网海计算技术的智能微型断路器，其特征在于：所述信号处理模块包括信号放大电路、信号滤波电路，分别将电流、电压、漏电流和温度采集的信号进行放大，滤波整理后经计量电路发送给中央处理器。

6.根据权利要求5所述的基于物联网海计算技术的智能微型断路器，其特征在于：所述信号放大电路由运算放大器及其外围电路构成，所述的信号滤波电路由电阻、电容组成的低通滤波器构成。

7.根据权利要求1所述的基于物联网海计算技术的智能微型断路器，其特征在于：所述的控制模块包括分合闸微电机、脱扣电磁铁、判断分合闸状态的光电开关和指示灯，所述的中央处理器分别输出控制信号给所述的分合闸微电机、脱扣电磁铁和指示灯，所述的光电开关发送当前分合闸状态信号给所述的中央处理器。

8.根据权利要求1所述的基于物联网海计算技术的智能微型断路器，其特征在于：所述的底层设备通信电路为RS485通信电路，所述的云端通信电路采用TCP/IP通信电路、5G通信电路、4G通信电路、NB-IoT通信电路、Zigbee通信电路或LORA通信电路。

9.根据权利要求1所述的基于物联网海计算技术的智能微型断路器，其特征在于：还包括电源电路，所述的电源电路为AC220V/DC12V转换电路或外部DC12V电源直接供电的接口电路。

10.一种基于物联网海计算技术的智能微型断路器的设置方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）、基于物联网海计算算法对中央处理器的各参数阈值进行设定，具体包括过电流告警阀值设定、过电流动作阈值设定、过欠压告警阀值设定、过欠压动作阈值设定、漏电流告警阈值设定、漏电流动作阈值设定、过载告警阈值设定、过载动作阈值设定、电量异常告警阈值设定、端子温度告警阈值设定、端子温度动作阈值设定、开关打火告警阈值设定、开关打火动作阈值设定；

步骤2）、数据采集模块采集电流、电压、漏电流、电量、端子温度、打火脉冲经过信号处理计量发送给所述的中央处理器；

步骤3）、中央处理器判断电流、电压、漏电流、功率、电量、端子温度、打火脉冲的数值是否超出设定阈值，若是超过设定阈值，则执行告警或相应跳闸动作；

步骤4）、中央处理器将处理过的数据通过所述的通信模块上传给云端管理系统。

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