CN113162057B - 一种智能电表箱及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能电表箱及其控制方法,属于电表箱技术领域,该电表箱包括箱体,箱体中集成有数据采集模块、处理器、电能治理模块和固态继电器模块,数据采集模块的输出端与固态继电器模块的输入端连接,固体继电器模块的输出端连接处理器,用于将从数据采集模块获取的电压、电流信息进行隔离;处理器连接电能治理模块,该电能治理模块包括依次连接的电抗器、PWM可控整流器、电容器,PWM可控整流器为由开关管与续流二极管构成的三相桥臂支路连接而成。本发明的智能电表箱实现了一箱采集多户用电信息,缩小了电表箱的体积;且在计算用户的用电量之前,利用电能治理模块对产生欠压状态的电网进行无功补偿,保证用电量计算的稳定性和可靠性。

Description

一种智能电表箱及其控制方法
技术领域
本发明属于电表箱技术领域,具体涉及一种智能电表箱及其控制方法。
背景技术
传统的智能电表箱一箱内放置一个智能电表或多个智能电表,每个用户对应设置一个智能电表,由于单个智能电表的体积较大,为了容纳多个智能电表,需要更大的电表箱,占用了更大的空间,给电表箱在用户楼内的安放位置的确定,带来了不便。
并且,由于电网给用户侧供电电压实时波动,导致电表测量用户的电量不准确,且电表的实时反馈性差,无法实现对漏电故障、窃电行为、智能电表计量故障的检测和判断,也不能在机壳外显示各种用电信息,只能打开电表箱一一查看各个电表上的电量信息,因此,对于具有海量用户的电量查看和管理带来极大的不便。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能电表箱及其控制方法,用于解决现有电表箱体积大,以及箱体中的电表测量电量不准确的问题。
基于上述目的,一种智能电表箱的技术方案如下:
包括箱体(4),箱体(4)中集成有数据采集模块(3)、处理器、电能治理模块(7)和固态继电器模块(10),其中,数据采集模块(3)的采集端连接若干组电流互感器(1)、电压互感器(2),各组的电流互感器(1)、电压互感器(2)安装于每家用户的三相电源线上,用于采集各用户的与用电量有关的电流信息和电压信息;
数据采集模块(3)的输出端与固态继电器模块(10)的输入端连接,固体继电器模块的输出端连接处理器,该固态继电器模块(10)用于将从数据采集模块(3)获取的电压、电流信息进行隔离;
所述的处理器连接所述的电能治理模块(7),该电能治理模块(7)包括电抗器(12)、PWM可控整流器(15)、电容器(16),PWM可控整流器(15)为由开关管(13)与续流二极管(14)构成的三相桥臂支路连接而成,该整流器的交流侧通过电抗器(12)连接电网(11),该整流器的直流侧并联所述的电容器(16),整流器中开关管(13)的控制端连接所述的处理器,该处理器用于控制开关管(13)的通断,利用整流器向电网(11)进行无功补偿,稳定电网(11)的电压,从而提高根据所述电流信息和电压信息计算出的用电量稳定性。
上述技术方案的有益效果是:
本发明的智能电表箱,实现了一箱采集多户用电信息,缩小了电表箱的体积,极大提高了资源利用率,并且,在计算用户的用电量之前,利用电能治理模块对产生欠压状态的电网进行无功补偿,保证用电量计算的稳定性和可靠性。
进一步的,为了实现电表箱的定位功能,所述的箱体(4)中还集成有无线定位模块,用于定位电表箱的位置,所述的处理器与该无线定位模块连接,在电表箱出现故障或遭遇偷盗时,处理器通过通信连接智能电网管理系统,发送定位信息和对应的时间信息,以实时获取电表箱所在位置。
进一步的,为了实现电表箱的显示功能,所述的箱体(4)中还集成有显示模块(8),该显示模块(8)嵌入箱体(4)的外壳上,且显示模块(8)均与所述处理器连接,用于显示各用户的用电计信息。
进一步的,为了实现电表箱的故障报警功能,所述的箱体(4)中还集成有故障报警统计模块(9),该故障报警统计模块(9)与所述的处理器连接,用于将统计到的故障信息送入处理器中,处理器将得到的信息传入显示模块(8)中,以显示各项信息。
进一步的,为了实现对整流器的可靠控制,所述的开关管(13)为IGBT或MOS管。
进一步的,为抑制趋肤效应、提高滤波电路的可靠性,并增加电容的使用寿命,所述的电容器(16)包括两个并联连接的电容。
进一步的,为了实现电表箱的定位功能,所述无线定位模块为GPS模块(5)。
基于上述目的,一种智能电表箱的控制方法的技术方案如下:
步骤1),获取电网(11)的电压,判断电网(11)电压是否低于设定的电压下限值,若低于,则判定电网(11)处于欠压状态;若不低于,则判定电网(11)处于非欠压状态;
步骤2),若电网(11)处于欠压状态,则控制电能治理模块(7)的开关管(13)导通,控制该电能治理模块(7)通过电抗器(12)向电网(11)发出无功功率,用于提升电网(11)电压;并重复步骤1),进行欠压判断,当判定为非欠压状态时,通过控制开关管(13)的控制端,关闭所述的电能治理模块(7);或者在判定电网(11)处于非欠压状态后,延时设定时间,关闭所述的电能治理模块(7);
步骤3),从固态继电器模块(10)获取各用户的三相电压、三相电流,根据三相电压、三相电流,计算各用户的用电量。
上述技术方法的有益效果是:
本发明的智能电表箱的控制方法,能够保证在电网电压稳定的前提下,再去采集用户的电压、电流信息,在很大程度上,提升了计算用电量的稳定性和可靠性。
进一步的,步骤3)中,还包括:
从固态继电器模块(10)获取短路保护、过载保护和过热保护的状态信息,将所述状态信息发送给故障报警统计模块(9),由故障报警统计模块(9)进行故障信息的统计,最终将统计好的故障信息发送至显示模块(8),进行故障信息展示。
附图说明
图1是本发明装置实施例中的智能电表箱示意图;
图中,1、电流互感器;2、电压互感器;3、数据采集模块;4、箱体;5、GPS模块;6、CPU模块;7、电能治理模块;8、显示模块;9、故障报警统计模块;10、固态继电器模块;
图2是本发明装置实施例中智能电表箱的各模块连接示意图;
图3是本发明装置实施例中的电能治理装置示意图;
图中,11、电网;12、电抗器;13、开关管;14、续流二极管;15、PWM可控整流器;16、电容器;
图4是数据采集模块的原理图;
图中,17、电阻;18、电容;19、可变电阻;20、IGBT;21、运算放大器;22、电压衰减电路;23、整流电路;24、差分放大电路;
图5是本发明方法实施例中的智能电表箱的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
装置实施例:
本实施提出一种智能电表箱,如图1所示,该智能电表箱,包括箱体4,箱体4中集成有若干个模块,包括数据采集模块3、GPS模块5、CPU模块6(一种处理器)、电能治理模块7、显示模块8、故障报警统计模块9和固态继电器模块10。其中,数据采集模块3(即数据采集模块)的采集端连接若干组电流互感1、电压互感器2,三个电流互感器和三个电压互感器为一组,各组的电流互感器、电压互感器安装于每家用户的三相电源线上,用于采集各用户的与用电量有关的电流信息和电压信息。
图2所示的各模块之间的连接结构,数据采集模块3的输出端与固态继电器模块10的输入端连接,在平衡经济及性能的基础上,选取型号为CXE240D5-7745的固态继电器。固体继电器模块10的输出端连接CPU模块6,该固态继电器模块用于将从数据采集模块3获取的电压、电流信息进行隔离,起到强弱电信号的隔离作用,同时,可以实现较好的短路保护、过载保护和过热保护功能,减小了用户侧电源出现故障时损坏智电表箱的可能性。
图2中,CPU模块6连接固态继电器模块10,用于获取各组电压互感器、电流互感器采集的电压信息、电流信息。并且,该CPU模块6还分别连接GPS模块5(即一种无线定位模块)、电能治理模块7、显示模块8和故障报警统计模块9。其中,GPS模块5用于定位电表箱的位置,反馈出实时位置,在电表箱出现故障或遭遇偷盗时,CPU模块通过通信连接远程控制平台(即智能电网管理系统),发送定位信息和对应的时间信息,可实时获取电表箱所在位置,便于找回。
电能治理模块7的结构如图3所示,包括与电网11连接的电抗器12、PWM可控整流器15、电容16组成,PWM可控整流器15是由IGBT(一种开关管13)与续流二极管14构成的三相桥臂支路连接组成,该整流器的交流侧通过电抗器12连接电网11,该整流器的直流侧连接有两个电容器16(两个电容并联而成),整流器中IGBT的控制端连接图2中的CPU模块,目的是通过CPU模块控制IGBT 13的通断,实现对整流器的控制。
数据采集模块3如图4所示(以连接一个用户为例对数据采集模块进行介绍),包括电压采集电路和电流采集电路。
电流采集电路包括多个由电阻17、电容18、运算放大器21组成的差分放大电路24,该电路的输入端连接电流互感器1,将采集到的电流信号进行滤波、抑制噪声并放大至指定范围输出。
电压采集电路包括由多个由电阻17、电容18、可变电阻19组成的电压衰减电路22,由IGBT20、电阻17组成的整流电路23,由电阻17、电容18、运算放大器21组成的差分放大电路24组成,电压衰减电路22的输入端连接三相电源上的电压互感器2,将采集的电压信号进行衰减及过滤干扰处理,整流电路23将采集到的电压信号转变成电流信号处理,差分放大电路24将电流信号进行滤波、抑制噪声并放大至指定范围输出。
上述电能治理模块7的作用是可实现无功补偿、低电压提升,稳定检测的电压、电流数据,使所测得电量更为准确;且整流器通过电容器16供电连接CPU模块等,使三相电经由PWM可控整流器15后,可为系统的其他模块(包括但不限于CPU模块)提供直流电源。
图1和图2中的故障报警统计模块9用于将统计到的故障信息送入CPU模块6中,CPU模块6将得到的信息传入显示模块8中,以显示各项信息。本实施例中,故障报警统计模块9的作用是可准确统计智电表箱出现的问题次数及原因,并利用CPU模块将这些信息反馈给智能电网管理系统,减轻维修护理费用。
本实施例中,显示模块8嵌入箱体4的外壳上,用于直观显示多个用户的用电计量、位置及故障等信息。
本实施例中,整流器中采用的开关管为IGBT,作为其他实施方式,还可以采用MOS管或晶闸管等全控型电力功率器件。
本实施例中,采用GPS模块实现无线定位功能,作为其他实现手段,还可以采用其他无线定位模块,例如采用ZigBee定位模块等。
本实施例中,采用CPU模块(即CPU芯片)作为电表箱的集中处理器,作为其他实施方式,还可采用其他处理芯片,例如FPGA等。
本发明的智能电表箱实现了一箱采集多户用电信息,缩小了电表箱的体积,极大提高了资源利用率,能治理模块提高了测量电量的准确、稳定性,固态继电器的隔离作用能够很好的保护智电表箱不受用户侧电源问题而损坏,显示模块能够时人员很方便的观测到用电信息及故障信息,内置GPS模块使得电表箱可实时反馈位置、时间信息,对未来智能电网的发展提供了有利前提。
方法实施例:
基于上述装置实施例中的智能电表箱,本实施例提出一种智能电表箱的控制方法,主要由图2中的CPU模块来控制,该控制方法的流程如图5所示,包括以下步骤:
步骤1),获取电网的电压,判断电网电压是否低于设定的电压下限值,若低于,则判定电网处于欠压状态;若不低于,则判定电网处于非欠压状态。
步骤2),若电网处于欠压状态,则控制图3中电能治理模块的IGBT导通,控制该电能治理模块通过电抗器12向电网发出无功功率,用于提升电网电压;并重复步骤1),进行欠压判断,当判定为非欠压状态时,通过控制IGBT的控制端,关闭电能治理模块;或者在判定电网处于非欠压状态后,延时设定时间关闭电能治理模块。
步骤3),从固态继电器模块获取各用户的三相电压、三相电流,以及获取短路保护、过载保护和过热保护的状态信息;根据三相电压、三相电流,计算各用户的用电电量,将用电电量的信息发送给显示模块,进行电量显示。
并且,将短路保护、过载保护和过热保护的状态信息发送给故障报警统计模块,由故障报警统计模块进行故障信息的统计,最终将统计好的故障信息发送至显示模块,进行故障信息展示。
本步骤中,短路保护包括对两相短路故障、三相短路故障,以及单相接地短路故障的判断(判断方法为现有技术),当判定为某一短路故障时,立即控制固态继电器模块中的开关断开,以保护后级电路,同时,经由CPU模块向故障报警统计模块发送具体的故障信息。
本步骤中,过载保护是防止主电源线路因过载导致保护器过热损坏,而加装的过载保护设备。当流过固态继电器模块的电流值大于过零电流时,固态继电器模块开关断开,以保护后级电路。
本步骤中,在固态继电器模块的输入端处设置温度传感器,用于检测发热温度,CPU模块连接该温度传感器,用于监测易发热元件的温度,当该温度高于设定的阈值时,控制固态继电器模块断开,以保护后级电路。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能电表箱,其特征在于,包括箱体(4),箱体(4)中集成有数据采集模块(3)、处理器、电能治理模块(7)和固态继电器模块(10),其中,数据采集模块(3)的采集端连接若干组电流互感器(1)、电压互感器(2),各组的电流互感器(1)、电压互感器(2)安装于每家用户的三相电源线上,用于采集各用户的与用电量有关的电流信息和电压信息,实现一个智能电表箱采集多个用户的用电信息;
数据采集模块(3)的输出端与固态继电器模块(10)的输入端连接,固态继电器模块的输出端连接处理器,该固态继电器模块(10)用于将从数据采集模块(3)获取的电压、电流信息进行隔离;
所述的处理器连接所述的电能治理模块(7),该电能治理模块(7)包括电抗器(12)、PWM可控整流器(15)、电容器(16),PWM可控整流器(15)为由开关管(13)与续流二极管(14)构成的三相桥臂支路连接而成,该整流器的交流侧通过电抗器(12)连接电网(11),该整流器的直流侧并联所述的电容器(16),整流器中开关管(13)的控制端连接所述的处理器,该处理器用于控制开关管(13)的通断,利用整流器向电网(11)进行无功补偿,稳定电网(11)的电压,从而提高根据所述电流信息和电压信息计算出的用电量稳定性;
所述智能电表箱在计算用户的用电量之前,利用电能治理模块对产生欠压状态的电网进行无功补偿,保证用电量计算的稳定性和可靠性。
2.根据权利要求1所述的智能电表箱,其特征在于,所述的箱体(4)中还集成有无线定位模块,用于定位电表箱的位置,所述的处理器与该无线定位模块连接,在电表箱出现故障或遭遇偷盗时,处理器通过通信连接智能电网管理系统,发送定位信息和对应的时间信息,以实时获取电表箱所在位置。
3.根据权利要求1所述的智能电表箱,其特征在于,所述的箱体(4)中还集成有显示模块(8),该显示模块(8)嵌入箱体(4)的外壳上,且显示模块(8)均与所述处理器连接,用于显示各用户的用电计信息。
4.根据权利要求3所述的智能电表箱,其特征在于,所述的箱体(4)中还集成有故障报警统计模块(9),该故障报警统计模块(9)与所述的处理器连接,用于将统计到的故障信息送入处理器中,处理器将得到的信息传入显示模块(8)中,以显示各项信息。
5.根据权利要求1所述的智能电表箱,其特征在于,所述的开关管(13)为IGBT或MOS管。
6.根据权利要求1所述的智能电表箱,其特征在于,所述的电容器(16)包括两个并联连接的电容。
7.根据权利要求2所述的智能电表箱,其特征在于,所述无线定位模块为GPS模块(5)。
8.一种智能电表箱的控制方法,其特征在于,采用如权利要求1-7任一项所述的智能电表箱,所述控制方法包括以下步骤:
步骤1),获取电网(11)的电压,判断电网(11)电压是否低于设定的电压下限值,若低于,则判定电网(11)处于欠压状态;若不低于,则判定电网(11)处于非欠压状态;
步骤2),若电网(11)处于欠压状态,则控制电能治理模块(7)的开关管(13)导通,控制该电能治理模块(7)通过电抗器(12)向电网(11)发出无功功率,用于提升电网(11)电压;并重复步骤1),进行欠压判断,当判定为非欠压状态时,通过控制开关管(13)的控制端,关闭所述的电能治理模块(7);或者在判定电网(11)处于非欠压状态后,延时设定时间,关闭所述的电能治理模块(7);
步骤3),从固态继电器模块(10)获取各用户的三相电压、三相电流,根据三相电压、三相电流,计算各用户的用电量。
9.根据权利要求8所述的智能电表箱的控制方法,其特征在于,步骤3)中,还包括:
从固态继电器模块(10)获取短路保护、过载保护和过热保护的状态信息,将所述状态信息发送给故障报警统计模块(9),由故障报警统计模块(9)进行故障信息的统计,最终将统计好的故障信息发送至显示模块(8),进行故障信息展示。
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