CN113125838A - 一种电流监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电流监测系统，包括电流互感器、信号处理电流采样模块以及处理器模块，电流互感器用于采集检测点的样本电流，并将样本电流发送至信号处理电流采样模块，信号处理电流采样模块用于根据样本电流，计算样本电流对应的采样谐振频率，将采样谐振频率发送至处理器模块，处理器模块用于在样本电流的电流值属于预先设定的目标电流值集合时，判断采样谐振频率是否属于预先存储的目标谐振频率集合，在采样谐振频率属于预先存储的目标谐振频率集合时，反馈采样电流正常，在采样谐振频率不属于预先存储的目标谐振频率集合时，反馈采样电流异常。

Description

一种电流监测系统

技术领域

本申请涉及智能电网领域，特别是涉及一种电流监测系统。

背景技术

随着当前经济的快速发展，用电量大幅度增大，各类窃电行为日益严重，影响供电企业各项考核指标的完成。窃电行为具备隐蔽性、分散性及多样化等特点，以前窃电者多以私人、集体组织为主，现在窃电行为开始呈现出多元化发展的趋势，高能耗企业、一些国有事业单位等也出现窃电现象，窃电数量的增长造成线损增大，严重损害了供电企业的合法权益，扰乱了正常的供用电秩序。

最原始的窃电方式是在电表前直接拉线用电或者短接计量箱的进出线，后来技术性窃电开始兴起，比较常见的有电压窃电、电流窃电、移相窃电等，但仍然满足不了窃电者的用电需求，直至目前窃电者开始推广高科技窃电，采用高频干扰和强磁干扰，影响电能表正常计量以达到窃电目的。

现有的防窃电方式仅仅为对电路电流进行监测，进而通过电路电流的变化推测是否存在窃电，而该监测方式容易受到用户用电的影响，监测结果不准确，严重影响了用户的体验。

发明内容

本申请提供一种电流监测系统，以解决现有的防窃电方式仅仅为对电路电流进行监测，进而通过电路电流的变化推测是否存在窃电，而该监测方式容易受到用户用电的影响，监测结果不准确，严重影响了用户的体验的问题，包括：

一种电流监测系统，包括电流互感器、信号处理电流采样模块以及处理器模块，所述电流互感器连接所述信号处理电流采样模块的一端，所述信号处理电流采样模块的另一端连接所述处理器模块；

所述电流互感器用于采集检测点的样本电流，并将所述样本电流发送至所述信号处理电流采样模块；

所述信号处理电流采样模块用于根据所述样本电流，计算所述样本电流对应的采样谐振频率，将所述采样谐振频率发送至所述处理器模块；

所述处理器模块用于在所述样本电流的电流值属于预先设定的目标电流值集合时，判断所述采样谐振频率是否属于预先存储的目标谐振频率集合，在所述采样谐振频率属于预先存储的目标谐振频率集合时，反馈所述采样电流正常，在所述采样谐振频率不属于预先存储的目标谐振频率集合时，反馈所述采样电流异常。

可选地，还包括高频信号调制发送模块，所述高频信号调制发送模块的一端连接所述电流互感器，所述高频信号调制发送模块的另一端连接所述处理器模块；

所述处理器模块用于在所述样本电流的电流值不属于预先设定的目标电流值集合时，发送预先设定的高频信号至所述高频信号调制发送模块；

所述高频信号调制发送模块用于将所述预先设定的高频信号发送至所述电流互感器，并生成合成电流，所述电流互感器将所述合成电流发送至所述信号处理电流采样模块。

可选地，所述信号处理电流采样模块包括谐振电路模块以及高频波形接收和调制电路模块；

所述谐振电路模块用于根据所述样本电流，计算所述样本电流对应的采样谐振频率，将所述采样谐振频率发送至所述处理器模块；

高频波形接收和调制电路模块用于滤波处理所述合成电流，并将所述合成电流调制为预先设定的电压后发送至所述处理器模块。

可选地，所述电流互感器连接运算放大电路模块，所述运算放大电路模块连接所述信号处理电流采样模块；

所述运算放大电路模块用与接收所述样本电流，并将所述样本电流放大后发送至所述信号处理电流采样模块。

可选地，所述电流监测系统包括多个电流互感器，所述多个电流互感器分别连接一个预先设定的检测点。

可选地，包括通道选择模块，所述多个电流互感器连接所述通道选择模块，所述通道选择模块连接所述信号处理电流采样模块。

可选地，所述通道选择模块为74HC4052逻辑电路。

可选地，所述处理器模块为STM32F427单片机。

可选地，所述预先设定的目标电流值集合为0-10A。

可选地，所述预先设定的电压为1.65V。

本申请具有以下优点：

本申请公开了一种电流监测系统，包括电流互感器、信号处理电流采样模块以及处理器模块，电流互感器用于采集检测点的样本电流，并将样本电流发送至信号处理电流采样模块，信号处理电流采样模块用于根据样本电流，计算样本电流对应的采样谐振频率，将采样谐振频率发送至处理器模块，处理器模块用于在样本电流的电流值属于预先设定的目标电流值集合时，判断采样谐振频率是否属于预先存储的目标谐振频率集合，在采样谐振频率属于预先存储的目标谐振频率集合时，反馈采样电流正常，在采样谐振频率不属于预先存储的目标谐振频率集合时，反馈采样电流异常。实现了通过电路谐振频率对电流进行监测的系统，不受到用户用电的影响，监测结果准确，用户体验佳。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对本申请的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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的一种电流监测系统的结构示意图；

图2是本申请一实施例提供的又一种电流监测系统的结构示意图；

图3是本申请一实施例提供的采样电路的电路示意图；

图4是本申请一实施例提供的高频信号调制发送模块的电路示意图；

图5是本申请一实施例提供的又一种电流监测系统的结构示意图；

图6是本申请一实施例提供的谐振电路模块的电路示意图；

图7是本申请一实施例提供的一种高频波形接收和调制电路模块的电路示意图；

图8是本申请一实施例提供的又一种高频波形接收和调制电路模块的电路示意图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

随着当前经济的快速发展，用电量大幅度增大，各类窃电行为日益严重，影响供电企业各项考核指标的完成。窃电行为具备隐蔽性、分散性及多样化等特点，以前窃电者多以私人、集体组织为主，现在窃电行为开始呈现出多元化发展的趋势，高能耗企业、一些国有事业单位等也出现窃电现象，窃电数量的增长造成线损增大，严重损害了供电企业的合法权益，扰乱了正常的供用电秩序。

最原始的窃电方式是在电表前直接拉线用电或者短接计量箱的进出线，后来技术性窃电开始兴起，比较常见的有电压窃电、电流窃电、移相窃电等，但仍然满足不了窃电者的用电需求，直至目前窃电者开始推广高科技窃电，采用高频干扰和强磁干扰，影响电能表正常计量以达到窃电目的。

现有的防窃电方式仅仅为对电路电流进行监测，进而通过电路电流的变化推测是否存在窃电，而该监测方式容易受到用户用电的影响，监测结果不准确，严重影响了用户的体验。

进一步地，目前的技术有对互感器进行标准电流采样、进行一次回路检测或二次回路检测的方案，但没有对电流采样和一、二次回路监测的方法。本电路对互感器进行电流采集外，同时进行一次和二次回路状态的采集、处理和判断，并且通过巡回的方式对三相回路进行检测，集成度高。

通过以上电路可以对电流进行采样，同时可以识别互感器一、二次回路的运行状况。结合监控电流信息，对互感器端子短接、磁场异常、电流异常等数据进行详细记录和分析，完成窃电、漏电、线路故障、电流质量分析等功能，并将异常情况通信上报。

为了解决上述问题，参照图1，示出了本申请一实施例提供的一种电流监测系统的结构示意图，包括电流互感器、信号处理电流采样模块以及处理器模块，所述电流互感器连接所述信号处理电流采样模块的一端，所述信号处理电流采样模块的另一端连接所述处理器模块；

其中，电流互感器共有二进二出四个抽头，进线为电流输入、高频输入，出线为电流采样、回路状态采样。

在对检测点进行电流采样时，电流互感器用于采集检测点的样本电流，并将所述样本电流发送至所述信号处理电流采样模块；

所述信号处理电流采样模块用于根据所述样本电流，计算所述样本电流对应的采样谐振频率，将所述采样谐振频率发送至所述处理器模块；

所述处理器模块用于在所述样本电流的电流值属于预先设定的目标电流值集合时，判断所述采样谐振频率是否属于预先存储的目标谐振频率集合，在所述采样谐振频率属于预先存储的目标谐振频率集合时，反馈所述采样电流正常，在所述采样谐振频率不属于预先存储的目标谐振频率集合时，反馈所述采样电流异常。

其中，所述预先设定的目标电流值集合为0-10A。

在本申请实施例中，提出一种电流监测系统，包括电流互感器、信号处理电流采样模块以及处理器模块，电流互感器用于采集检测点的样本电流，并将样本电流发送至信号处理电流采样模块，信号处理电流采样模块用于根据样本电流，计算样本电流对应的采样谐振频率，将采样谐振频率发送至处理器模块，处理器模块用于在样本电流的电流值属于预先设定的目标电流值集合时，判断采样谐振频率是否属于预先存储的目标谐振频率集合，在采样谐振频率属于预先存储的目标谐振频率集合时，反馈采样电流正常，在采样谐振频率不属于预先存储的目标谐振频率集合时，反馈采样电流异常。实现了通过电路谐振频率对电流进行监测的系统，不受到用户用电的影响，监测结果准确，用户体验佳。

参照图2，示出了本申请一实施例提供的又一种电流监测系统的结构示意图，包括电流互感器、信号处理电流采样模块以及处理器模块，所述电流互感器连接所述信号处理电流采样模块的一端，所述信号处理电流采样模块的另一端连接所述处理器模块；所述电流监测系统还包括高频信号调制发送模块，所述高频信号调制发送模块的一端连接所述电流互感器，所述高频信号调制发送模块的另一端连接所述处理器模块；

所述电流互感器用于采集检测点的样本电流，并将所述样本电流发送至所述信号处理电流采样模块，电流互感器连接采样电路，采样电路连接信号处理电流采样模块。

如图3所示，为采样电路的电路示意图，以A相为例，互感器的采样绕组输入经过R20转换为电压信号，经过三选一模拟开关74HC4052进行采样通道切换，其R13、R14、C34、C29组成二阶低通滤波器，确保工频信号输入，滤除高频干扰信号。

R9、R12和运放SGM8270组成放大电路，信号幅值放大11倍。其中R9和R12需要选择高精度，低温漂的型号。单片机选用STM32F427，具有12位ADC采样，多达19路复用。

电流采样信号经过一次放大后，分两路输入到STM32F427的采样端口，其中一路是运放跟随器，另外一路再次经过21倍放大。

电流互感器的输入范围为0-10A，变比为1000：1。由于电流输入范围过大，采用跟随和二次放大，在不同的范围内对电流进行分段采样。其中VR为偏置电压1.65V

当输入电流为0.1A时，采样电压为0.1mA×20Ω＝2mV。经过11倍放大后为20mV，此时可以使用21倍放大通道，放大到420mV进行采样。当输入电流为10A时，21倍通道的采样电压为2V，此时已经超出了STM32F427的采样范围，则使用跟随通道的采样值为电流值。

所述信号处理电流采样模块用于根据所述样本电流，计算所述样本电流对应的采样谐振频率，将所述采样谐振频率发送至所述处理器模块；

所述处理器模块用于在所述样本电流的电流值属于预先设定的目标电流值集合时，判断所述采样谐振频率是否属于预先存储的目标谐振频率集合，在所述采样谐振频率属于预先存储的目标谐振频率集合时，反馈所述采样电流正常，在所述采样谐振频率不属于预先存储的目标谐振频率集合时，反馈所述采样电流异常。

所述处理器模块用于在所述样本电流的电流值不属于预先设定的目标电流值集合时，发送预先设定的高频信号至所述高频信号调制发送模块；

在本申请一实施例中，所述处理器模块可以为STM32F427单片机。

所述高频信号调制发送模块用于将所述预先设定的高频信号发送至所述电流互感器，并生成合成电流，所述电流互感器将所述合成电流发送至所述信号处理电流采样模块。

如图4所示，为高频信号调制发送模块的电路示意图，由于电流互感器回路为电感部件，对于低频信号几乎为短路。因此，要区分计量设备的外部阻抗，探测信号必须为高频。利用高频信号对阻抗变化敏感的特性，由STM32F427的DAC输出产生特定频率的振荡信号，经过运放滤波和放大后，通过74HC4052进行通道选择，分别向电流互感器中注入高频信号。

探测信号幅度小、频率远高于一般工频计量信号，因此，每次注入较短时间后停止发送，对电能计量精度的影响可忽略不计。

高频信号通过发送绕组后，经过互感器线圈耦合在检测绕组上，此时需要关断谐振电路的电源，通过耦合输入的高频信号对一次回路状态进行判断。

在本申请一实施例中，所述电流互感器连接运算放大电路模块，所述运算放大电路模块连接所述信号处理电流采样模块；

所述运算放大电路模块用与接收所述样本电流，并将所述样本电流放大后发送至所述信号处理电流采样模块。

如图5，所述电流监测系统可以包括多个电流互感器，具体的，为第一电流互感器、第二电流互感器以及第三电流互感器，所述多个电流互感器分别连接一个预先设定的检测点。

在本实施例中，电流监测系统包括通道选择模块，所述多个电流互感器连接所述通道选择模块，所述通道选择模块连接所述信号处理电流采样模块。

其中，所述通道选择模块可以为74HC4052逻辑电路。

在本申请一实施例中，所述信号处理电流采样模块包括谐振电路模块以及高频波形接收和调制电路模块；

所述谐振电路模块用于根据所述样本电流，计算所述样本电流对应的采样谐振频率，将所述采样谐振频率发送至所述处理器模块；

高频波形接收和调制电路模块用于滤波处理所述合成电流，并将所述合成电流调制为预先设定的电压后发送至所述处理器模块。

其中，所述预先设定的电压为1.65V。

如图6所示，为谐振电路模块的电路示意图，互感器电感参数会随开短路状态而变化，利用这一特性，可以通过LC谐振电路的谐振频率来判断电流互感器电感参数的变化。

电路谐振频率：

其中，C1和C2分别为C128和C129的容值，L为电流互感器二次回路的等效电感。

当出现电流互感器短路或者开路等任何引起电感L变化的情况时，电路谐振频率随之改变，由此判断电流互感器工作状况。

由于电流互感器采用的是铁氧体材质，铁氧体的磁感应强度值不大，所以在电流超过一定值的时候电流互感器容易饱和，其磁导率就会变的很小，相应的频率会变的很大，可以根据示波器采集的波形看出，在一个工频周期内，电流大小不一样，对应的频率值也不一样。

“从5A分流短路输入2A”与“直接输入电流2A”是不一样的，因为短路输入2A会使电流互感器二次回路的阻抗发生变化，其等效电感值变小，而正常输入2A电流时，电流互感器二次回路的阻抗不变。所以，短路输入电流2A时，谐振频率会比正常输入2A电流的谐振频率要大很多。

但是仅凭借频率判断是不够的，短接分流的频率有可能和正常上电流的频率范围重合，因此还需要结合电流采样的有效值，利用谐振频率和电流有效值的比值进行判断。

如图7以及图8所示，为高频波形接收和调制电路模块的电路示意图，由于注入法输入的信号比较小，而互感器变比范围较大，很容易超出采样值，因此采用了可调增益的放大器，其中的U23型号为AD8253，增益倍数从1～1000可调。AD8253前端有2级二阶高通滤波，确保滤除工频信号。后端同样有2级低通滤波，过滤放大后的高频干扰。信号经过滤波后，同样分为跟随和6倍放大两路并以1.65V为基准输入到单片机采样，以适应不同情况下的信号。

在本申请实施例中，提出一种电流监测系统，包括电流互感器、信号处理电流采样模块以及处理器模块，电流互感器用于采集检测点的样本电流，并将样本电流发送至信号处理电流采样模块，信号处理电流采样模块用于根据样本电流，计算样本电流对应的采样谐振频率，将采样谐振频率发送至处理器模块，处理器模块用于在样本电流的电流值属于预先设定的目标电流值集合时，判断采样谐振频率是否属于预先存储的目标谐振频率集合，在采样谐振频率属于预先存储的目标谐振频率集合时，反馈采样电流正常，在采样谐振频率不属于预先存储的目标谐振频率集合时，反馈采样电流异常。实现了通过电路谐振频率对电流进行监测的系统，不受到用户用电的影响，监测结果准确，用户体验佳。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

本领域内的技术人员应明白，本申请实施例的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本申请实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请实施例是参照根据本申请实施例的方法、终端设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理终端设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理终端设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理终端设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理终端设备上，使得在计算机或其他可编程终端设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程终端设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的一种防窃电系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种电流监测系统，其特征在于，包括电流互感器、信号处理电流采样模块以及处理器模块，所述电流互感器连接所述信号处理电流采样模块的一端，所述信号处理电流采样模块的另一端连接所述处理器模块；

所述电流互感器用于采集检测点的样本电流，并将所述样本电流发送至所述信号处理电流采样模块；

所述信号处理电流采样模块用于根据所述样本电流，计算所述样本电流对应的采样谐振频率，将所述采样谐振频率发送至所述处理器模块；

所述处理器模块用于在所述样本电流的电流值属于预先设定的目标电流值集合时，判断所述采样谐振频率是否属于预先存储的目标谐振频率集合，在所述采样谐振频率属于预先存储的目标谐振频率集合时，反馈所述采样电流正常，在所述采样谐振频率不属于预先存储的目标谐振频率集合时，反馈所述采样电流异常。

2.根据权利要求1所述的电流监测系统，其特征在于，还包括高频信号调制发送模块，所述高频信号调制发送模块的一端连接所述电流互感器，所述高频信号调制发送模块的另一端连接所述处理器模块；

所述处理器模块用于在所述样本电流的电流值不属于预先设定的目标电流值集合时，发送预先设定的高频信号至所述高频信号调制发送模块；

所述高频信号调制发送模块用于将所述预先设定的高频信号发送至所述电流互感器，并生成合成电流，所述电流互感器将所述合成电流发送至所述信号处理电流采样模块。

3.根据权利要求2所述的电流监测系统，其特征在于，所述信号处理电流采样模块包括谐振电路模块以及高频波形接收和调制电路模块；

所述谐振电路模块用于根据所述样本电流，计算所述样本电流对应的采样谐振频率，将所述采样谐振频率发送至所述处理器模块；

高频波形接收和调制电路模块用于滤波处理所述合成电流，并将所述合成电流调制为预先设定的电压后发送至所述处理器模块。

4.根据权利要求3所述的电流监测系统，其特征在于，所述电流互感器连接运算放大电路模块，所述运算放大电路模块连接所述信号处理电流采样模块；

所述运算放大电路模块用与接收所述样本电流，并将所述样本电流放大后发送至所述信号处理电流采样模块。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的电流监测系统，其特征在于，所述电流监测系统包括多个电流互感器，所述多个电流互感器分别连接一个预先设定的检测点。

6.根据权利要求5所述的电流监测系统，其特征在于，包括通道选择模块，所述多个电流互感器连接所述通道选择模块，所述通道选择模块连接所述信号处理电流采样模块。

7.根据权利要求5所述的电流监测系统，其特征在于，所述通道选择模块为74HC4052逻辑电路。

8.根据权利要求5所述的电流监测系统，其特征在于，所述处理器模块为STM32F427单片机。

9.根据权利要求1所述的电流监测系统，其特征在于，所述预先设定的目标电流值集合为0-10A。

10.根据权利要求3所述的电流监测系统，其特征在于，所述预先设定的电压为1.65V。

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