CN112769577B - 具有后备电源的电力物联网智能通信单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有后备电源的电力物联网智能通信单元，包括：电力物联网智能通信单元、后备电源模组，电力物联网智能通信单元与后备电源模组之间通过后备电源充电电路、后备电源放电电路连接；电力物联网智能通信单元用于采集各类低压设备的原始信息数据、将统一规约格式的信息通过物联网协议上送到边缘计算设备，后备电源充电电路用于向后备电源模组充电，后备电源放电电路用于在停电状态下使后备电源模组对外放电。本发明通过硬件设计实现了充放电自动管理策略，避免了后备电源模组过充及放电回路的升压芯片长期工作发热严重等问题；解决了低压台区停电状态下设备信息无法获取的问题，实现了台区停电信息的判断及上报。

Description

具有后备电源的电力物联网智能通信单元
技术领域
本发明属于电力物联网技术领域，具体涉及一种具有后备电源的电力物联网智能通信单元。
背景技术
电力物联网指围绕电力系统各环节，充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进的通信技术，全面实现电力系统各环节万物互联、人机交互、业务协同、数据贯通和统一物联管理，最终形成共建、共治、共享的能源互联网生态圈，实现具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。
电力物联网包括感知层、网络层、平台层、应用层。其中，感知层是物联网的基础，实现底层设备信息的全面感知是电力系统万物互联的最基本前提。高效的电力物联网需要有全面、准确、实时的基础数据做支撑，但当前低压电网设备存在接口不统一、规约不统一、功能不统一等问题，标准化程度较低，需要支撑多协议多接口数据采集的电力物联网智能通信单元来统一实现信息通信管理，为低压电网设备的全面感知提供关键支撑。
停电信息主动上报是电力物联网业务的重要场景。当前电网应用的大量低压设备在停电后即停止工作，无法实现对其状态的感知，从而难以实现停电信息的准确判断及上报。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种具有后备电源的电力物联网智能通信单元，可在低压台区停电状态下为接入通信单元的电力设备提供通信电源，实现设备停电信息的采集、处理及上报。本发明所采用的技术方案如下：
一种具有后备电源的电力物联网智能通信单元，包括：电力物联网智能通信单元、后备电源模组，所述的电力物联网智能通信单元与后备电源模组之间通过后备电源充电电路、后备电源放电电路连接；
所述的电力物联网智能通信单元包括：上行通信模块、下行采集模块、协议转换模块、供电模块，电力物联网智能通信单元用于采集各类低压设备的原始信息数据、将统一规约格式的信息通过物联网协议上送到边缘计算设备，所述的后备电源模组包括两个以上的串联、或者并联、或者混联的法拉电容，后备电源模组应能支撑多个低压设备在台区停电状态下维持1分钟通信工作状态；所述的后备电源充电电路用于向后备电源模组充电，所述的后备电源放电电路用于在停电状态下使后备电源模组对外放电。
优选的，上行通信模块用于将统一规约格式的信息通过物联网协议上送到边缘计算设备，优选的物联网协议为Coap协议，优选的边缘计算设备为台区智能融合终端；下行采集模块用于采集各类低压设备的原始信息数据，具备对485/232/电力线载波/RF无线等多种接口的兼容性；协议转换模块用于将采集到的不同规约格式的低压设备信息进行解释并转换成为统一的数据格式；供电模块用于将220V市电转换为12V电源，一方面通过后备电源充电电路对后备电源模组充电，另一方面对外接电力设备的通信部分进行供电。通过上述模块，实现电力物联网智能通信单元的基本业务功能。
优选的，所述的后备电源充电电路包括隔离二极管、充电开关及充电电阻，用于通过供电模块向后备电源模组充电。
优选的，所述的后备电源放电电路包括隔离二极管、放电二极管及升压芯片，用于在停电状态下使后备电源模组对外放电。
本发明的有益效果：
1)通过硬件设计实现了充放电自动管理策略，无需软件介入，避免了后备电源模组过充及放电回路的升压芯片长期工作发热严重等问题；
2)解决了低压台区停电状态下设备信息无法获取的问题，通过通信单元的后备电源对电力设备提供通信电源，可在停电状态下采集设备信息，实现了台区停电信息的判断及上报。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，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属于本申请保护范围之内的附图。
图1为本发明所述具有后备电源的电力物联网智能通信单元的结构示意图；
图2为本发明所述具有后备电源的电力物联网智能通信单元的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，提供了本发明的具有后备电源的电力物联网智能通信单元一实施例的结构示意图。一种具有后备电源的电力物联网智能通信单元，包括：电力物联网智能通信单元、后备电源模组、后备电源充电电路、后备电源放电电路。
电力物联网智能通信单元由上行通信模块、下行采集模块、协议转换模块及供电模块组成。内置嵌入式LiteOS系统，可实现对485/232/电力线载波/RF无线等多种接口低压设备的信息采集、Modbus/DLT645/等多种电力协议的自适应转换、Coap协议组帧对上发送、220V供电电压转12V电压等功能。
供电模块与上行通信模块、下行采集模块、协议转换模块三个模块相连接以提供工作电源；上行通信模块与协议转换模块相连，将协议转换处理后的信息向上一级设备发送；下行采集模块与协议转换模块相连，将采集到的设备信息发送至协议转换模块以进行协议转换处理。四个模块是以功能进行区分，实际的硬件是组合在一块主电路板上实现。
后备电源模组包括4个串联的3.0V/100F法拉电容，能支撑多个低压设备在台区停电状态下维持1分钟通信工作状态。
后备电源充电电路包括隔离二极管VS-12CWQ03FN、N沟道MOSFET充电开关CSD17313Q2及充电电阻，用于通过智能通信单元的供电模块向后备电源模组充电。
后备电源放电电路包括隔离二极管VS-12CWQ03FN、放电二极管1N4007及升压芯片XN-BOOST509012，用于在停电状态下使后备电源模组对外放电。
如图2所示，提供了本发明的具有后备电源的电力物联网智能通信单元一实施例的电路原理图。台区正常供电状态下，后备电源充电电路的MOSFET开关QC1栅极及源极间存在正向电压，QC1导通，后备电源模组开始充电；待后备电源充电完成后，后备电源充电电路的QC1开关源极电压升高为12V，栅极与源极间不再存在电压差，QC1关断，后备电源模组停止充电，此时，因后备电源放电回路的放电二极管DD1存在压降，外接12V电源只会从供电侧取电，后备电源模组不会放电，升压芯片U12也不会工作；台区停电后，后备电源模组通过后备电源放电回路放电，为外接12V电源供电，保障接入的电力设备上传停电信息。图中，RC1为充电电阻，用于限制充电电流，防止上电瞬间冲击电流过大。
最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.具有后备电源的电力物联网智能通信单元，其特征在于，包括：电力物联网智能通信单元、后备电源模组，所述的电力物联网智能通信单元与后备电源模组之间通过后备电源充电电路、后备电源放电电路连接；
所述的电力物联网智能通信单元包括：上行通信模块、下行采集模块、协议转换模块、供电模块，电力物联网智能通信单元用于采集低压设备的原始信息数据、将统一规约格式的信息通过物联网协议上送到边缘计算设备，所述的后备电源模组包括两个以上的串联、或者并联、或者混联的法拉电容，所述的后备电源充电电路用于向后备电源模组充电，所述的后备电源放电电路用于在停电状态下使后备电源模组对外放电；
上行通信模块用于将统一规约格式的信息通过物联网协议上送到边缘计算设备，下行采集模块用于采集低压设备的原始信息数据，具备对485/232/电力线载波/RF无线接口的兼容性；协议转换模块用于将采集到的不同规约格式的低压设备信息进行解释并转换成为统一的数据格式；供电模块用于将220V市电转换为12V电源；
供电模块与上行通信模块、下行采集模块、协议转换模块相连接提供工作电源；上行通信模块与协议转换模块相连，将协议转换处理后的信息向上一级设备发送；下行采集模块与协议转换模块相连，将采集到的设备信息发送至协议转换模块进行协议转换处理；
所述的后备电源充电电路包括隔离二极管和充电开关及充电电阻，所述的后备电源放电电路包括隔离二极管和放电二极管及升压芯片；后备电源充电电路包括隔离二极管VS-12CWQ03FN、N沟道MOSFET充电开关CSD17313Q2及充电电阻；后备电源放电电路包括隔离二极管VS-12CWQ03FN肖特基二极管、放电二极管1N4007及升压芯片XN-BOOST509012；所述的后备电源模组包括4个串联的3.0V/100F法拉电容；
台区正常供电状态下，后备电源充电电路的MOSFET开关QC1栅极及源极间存在正向电压，QC1导通，后备电源模组开始充电；待后备电源充电完成后，后备电源充电电路的QC1开关源极电压升高为12V，栅极与源极间不再存在电压差，QC1关断，后备电源模组停止充电，此时，因后备电源放电回路的放电二极管DD1存在压降，外接12V电源只会从供电侧取电，后备电源模组不会放电，升压芯片U12也不会工作；台区停电后，后备电源模组通过后备电源放电回路放电，为外接12V电源供电，保障接入的电力设备上传停电信息；充电电阻用于限制充电电流，防止上电瞬间冲击电流过大。
2.根据权利要求1所述的具有后备电源的电力物联网智能通信单元，其特征在于，所述的物联网协议为Coap协议，所述的边缘计算设备为台区智能融合终端。
3.根据权利要求1或2所述的具有后备电源的电力物联网智能通信单元，其特征在于，所述的电力物联网智能通信单元内置嵌入式LiteOS系统。
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