CN113433384A - 用于线损分析的低压物联感知终端装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种用于线损分析的低压物联感知终端装置，其包括：设置于台区分支和表箱之间的低压物联感知终端，所述低压物联感知终端包括用于采集台区分支供电量的第一采样单元和用于采集表箱内的电表用电量的第二采样单元。此外本申请还提供一种分压线损确定方法。本申请的装置用于获取台区分支电路的电流和电压，并根据台区的电流和电压确定台区分支电路的供电量；与此同时，装置用于获取台区下辖表箱内的电表的电能总和；装置为线损分析采集终端数据；线损方法通过装置采集的数据确定分箱线损，即台区分支线路的供电量与表箱内的总电量之间的差值为分箱线损，本方法操作简便，且精确度高。

Description

用于线损分析的低压物联感知终端装置及方法

技术领域

本发明涉及电力信息安全技术领域，尤其涉及一种用于线损分析的低压物联感知终端装置及方法。

背景技术

电能在传输的过程中造成的电能消耗和损失称为线损。近几年，随着我国经济的迅速发展，配电网的供电量也在不断增长。因配电网地域分布广泛，设备种类繁多的特征，导致低压台区的线损也越来越严重，给国家造成重大的损失，据统计，城乡配电网损耗占总供电量的70％左右；另外，随着电力技术知识的逐渐普及，窃电的手段越来越隐蔽，每年因窃电造成的经济损失高达200亿元。窃电的行为不仅损害了国家和供电公司的利益，而且严重影响了社会的正常发展，同时还存在重大的安全隐患，为了提高配电网的电能利用率以及遏制窃电的行为，线损分析技术已经逐渐成为电力公司重点管理的内容之一。

因此，亟需一种能用于线损分析的低压物联感知终端装置及线损分析方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于线损分析的低压物联感知终端装置，其特征在于：包括：设置于台区分支和表箱之间的低压物联感知终端，所述低压物联感知终端包括用于采集台区分支供电量的第一采样单元和用于采集表箱内的电表用电量的第二采样单元；

所述第一采样单元包括Σ-△型电流采样电路、Σ-△型电压采样电路和交采芯片，其中，Σ-△型电流采样电路一侧回路用于采集台区分支的三相电的电流并将大电流转换为小电流后通过另一侧回路将小电流传输至交采芯片，Σ-△型电压采样电路一侧回路用于采集台区分支的三相电的电压并经Σ-△型电压采样电路转换为小电压并通过另一侧回路将小电压传输至交采芯片；

所述第二采集单元包括低压物联感知终端通过通信的方式表箱内各电表的电量。

进一步，所述Σ-△型电流采样电路包括电流互感器、瞬态抑制双向二极管Ⅰ、采样电阻Ⅰ和抗混叠滤波器Ⅰ，其中,电流互感器的一次侧与台区分支的三相电的任一一相电连接，电流互感器的二次侧回路的火线和零线之间设置有瞬态抑制双向二极管Ⅰ，采样电阻Ⅰ与瞬态抑制双向二极管Ⅰ并联，抗混叠滤波器Ⅰ与采样电阻Ⅰ并联，且抗混叠滤波器Ⅰ的输出端与交采芯片的引脚连接。

进一步，所述采样电阻Ⅰ包括两个并联的电阻，抗混叠滤波器Ⅰ包括电阻和电容，其中，电阻一端与火线连接，电阻另一端与电容一端连接，电容另一端与零线连接，电容和电阻的公共连接端为抗混叠滤波器Ⅰ的输出端。

进一步，所述Σ-△型电压采样电路包括分压电阻、电压互感器、瞬态抑制双向二极管Ⅱ、采样电阻Ⅱ和抗混叠滤波器Ⅱ，其中，分压电阻的一端与台区分支的三相电的任一一相电连接，电压互感器的一次线圈一端与分压电阻的另一端连接，电压互感器的一次线圈另一端与N相连接，电压互感器的二次线圈的火线和零线之间设置有瞬态抑制双向二极管Ⅱ，采样电阻Ⅱ与瞬态抑制双向二极管Ⅱ并联，抗混叠滤波器Ⅱ与采样电阻Ⅱ并联，且抗混叠滤波器Ⅱ的输出端与交采芯片的引脚连接。

进一步，所述采样电阻Ⅱ包括一个电阻，抗混叠滤波器Ⅱ包括电阻和电容，电阻一端与火线连接，电阻另一端与电容一端连接，电容另一端与零线连接，电容和电阻的公共连接端为抗混叠滤波器Ⅱ的输出端。

进一步，所述分压电阻包括多个串联的电阻，经串联电阻分压后，降低电压互感器一次线圈回路的电压。

进一步，所述第二采集单元的通信方式采用RS-485串口通信。

相应地，本申请还提供一种用于线损分析的低压物联感知终端的线损确定方法，其特征在于：所述方法适用于权利要求1-6任一所述的用于线损分析的低压物联感知终端装置，所述方法包括如下步骤：

S1：采集台区分支电路的电压和电流，根据电压和电流确定供电量；

S2：采集台区下辖分箱内电表的用电量，并确定分箱内的电表的电量总和；

S3：确定分箱线损，所述分箱线损等于台区分支线路的供电量与表箱内的总电量之差。

本发明的有益技术效果：本申请的装置用于获取台区分支电路的电流和电压，并根据台区的电流和电压确定台区分支电路的供电量；与此同时，装置用于获取台区下辖表箱内的电表的电能总和；装置为线损分析采集终端数据；线损方法通过装置采集的数据确定分箱线损，即台区分支线路的供电量与表箱内的总电量之间的差值为分箱线损，本方法操作简便，且精确度高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本申请的分箱线损结构示意图。

图2为本申请的Σ-△型电流采样电路模块原理图。

图3为本申请的Σ-△型电压采样电路模块原理图。(请将图3中VA、VAP、VA、VAP、VA、VAP修改为VA、VAP、VB、VBP、VC、VCP)

图4为本申请的带光耦加速的三端驱动模式RS-485电路模块原理图。

图5为本申请的分箱线损计算示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明：

本发明提供一种用于线损分析的低压物联感知终端装置，其特征在于：包括：如图1所示，设置于台区分支和表箱之间的低压物联感知终端，所述低压物联感知终端包括用于采集台区分支供电量的第一采样单元和用于采集表箱内的电表用电量的第二采样单元；图1是分箱线损结构示意图。在台区分支和表箱之间安装上低压物联感知终端设备，其中台区分支和低压物联感知终端构成了低压物联感知终端计量单元，用于采集台区分支的电能量信息，低压物联感知终端和表箱之间通过RS-485的通信端子相互连接构成自动抄表单元，用于计算得出表箱内的总电量。

所述第一采样单元包括Σ-△型电流采样电路、Σ-△型电压采样电路和交采芯片，其中，Σ-△型电流采样电路一侧回路用于采集台区分支的三相电的电流并将大电流转换为小电流后通过另一侧回路将小电流传输至交采芯片，Σ-△型电压采样电路一侧回路用于采集台区分支的三相电的电压并经Σ-△型电压采样电路转换为小电压并通过另一侧回路将小电压传输至交采芯片；

所述第二采集单元包括低压物联感知终端通过通信的方式表箱内各电表的电量。

上述技术方案利用低压物联感知终端的实时感知功能，动态的监测低压线路上的电压、电流、电能量等信息，最终实现台区分箱线损的精确计算。本申请以低压物联感知终端设备为载体，通过在台区分支和表箱之间安装上低压物联感知终端设备，形成分箱线损管理的布局，低压物联感知终端直接与台区分支处电压相连，计算出台区分支线路的电能量信息并保存，低压物联感知终端和表箱之间通过RS-485的通信端子相互连接来采集表箱内各电表的电量，并通过计算得到表箱内电表的电量之和，最终通过低压物联感知终端的本地主程序计算出分箱线损，即台区分支线路的电能量与表箱内的总电量之间的差值。

在本实施例中，如图2所示，所述Σ-△型电流采样电路包括电流互感器、瞬态抑制双向二极管Ⅰ、采样电阻Ⅰ和抗混叠滤波器Ⅰ，其中,电流互感器的一次侧与台区分支的三相电的任一一相电连接，电流互感器的二次侧回路的火线和零线之间设置有瞬态抑制双向二极管Ⅰ，如图2所示的VP1、VP2和VP3，采样电阻Ⅰ与瞬态抑制双向二极管Ⅰ并联，抗混叠滤波器Ⅰ与采样电阻Ⅰ并联，且抗混叠滤波器Ⅰ的输出端与交采芯片的引脚连接。所述采样电阻Ⅰ包括两个并联的电阻，如图2所示的并联的电阻R1和电阻R2为A相采用电阻、并联的电阻R5和R6为B相的采样电阻、并联的电阻R9和电阻R10为C相的采样电阻，抗混叠滤波器Ⅰ包括电阻和电容，如图2所示的，电阻R3和电容C1、电阻R7和电容C2以及电阻R11和电容C3，下面以电阻R3和电容C1为例对其连接关系进行说明，对电阻R7和电容C2以及电阻R11和电容C3的连接关系不再赘述。抗混叠滤波器Ⅰ包括电阻R3和电容C1，其中，电阻R3一端与火线连接，电阻R3另一端与电容C1一端连接，电容C1另一端与零线连接，电容C1和电阻R3的公共连接端为抗混叠滤波器Ⅰ的输出端。

如图2所示，本专利要求电流互感器的精度需达到0.5，为了最大限度减少外置的电流互感器准确度对低压物联感知终端的计量误差的影响，因此选择变比为200A：100mA的电流互感器；采样电阻值选取方面，由于分压电阻和采样电阻随温度的变化直接影响到电流的采样精度，为了减小分压电阻和采样电阻随温度变化对计量的影响，本专利选择2个大小为5.1Ω的25PPM/℃低温漂电阻，如图2中的电阻R1和电阻R2、电阻R5和R6、电阻R9和电阻R10；抗混叠滤波器可以有效的滤除频率高于2kHz的高频成分，本专利为Σ-△型电流采样电路选择一个1KΩ的普通电阻和一个15nF的电容组成抗混叠滤波器。电流互感器二次侧回路中的三相电流信号IA、IB、IC分别经过一个击穿电压在6V左右的瞬态抑制双向二极管Ⅰ和并联的两个5.1Ω大小的采样电阻到AGND，在本实施例中，AGND表示A相零线，此时三个小电流信号转换成了小电压信号，然后采集到的电流信号经过抗混叠滤波器之后，直接输入到交采芯片管脚，最后通过AD采样算法计算得到数字电流信号，最后交采芯片根据AD采样得到的电压和电流信号，计算出台区分支电路的供电量信息。所述交采芯片采用现有的芯片，在此不再赘述。

在本实施例中，所述Σ-△型电压采样电路包括分压电阻、电压互感器、瞬态抑制双向二极管Ⅱ、采样电阻Ⅱ和抗混叠滤波器Ⅱ，其中，分压电阻的一端与台区分支的三相电的任一一相电连接，电压互感器的一次线圈一端与分压电阻的另一端连接，电压互感器的一次线圈另一端与N相连接，电压互感器的二次线圈的火线和零线之间设置有瞬态抑制双向二极管Ⅱ，采样电阻Ⅱ与瞬态抑制双向二极管Ⅱ并联，抗混叠滤波器Ⅱ与采样电阻Ⅱ并联，且抗混叠滤波器Ⅱ的输出端与交采芯片的引脚连接。所述采样电阻Ⅱ包括一个电阻，如图3所示的，电阻R32、电阻R34和电阻R36，抗混叠滤波器Ⅱ包括电阻和电容，如电阻R31和电容C1、电阻R33和电容C2以及电阻R35和电容C3，下面以电阻R31和电容C1来进行说明，抗混叠滤波器Ⅱ的电阻R31一端与火线连接，电阻R31另一端与电容C1一端连接，电容C1另一端与零线连接，电容C1和电阻R31的公共连接端为抗混叠滤波器Ⅱ的输出端。所述分压电阻包括多个串联的电阻，如图3所示，A相电的分压电阻包括电阻R1-电阻R10、B相电的分压电阻包括电阻R11-电阻R20和C相电的分压电阻包括电阻R21-电阻R30经串联电阻分压后，降低电压互感器一次线圈回路的电压。

如图3所示，由于分压电阻随温度的变化直接影响到电流的采样精度，为了减小分压电阻随温度变化对计量的影响，本专利选择10个大小22KΩ的25PPM/℃低温漂电阻；一侧回路中的三相电压信号VA、VB、VC分别经过终端内部的10个22KΩ的分压电阻和变比为1：1的电压互感器隔离之后，输出的小电压信号进入Σ-△型电压采样电路，首先VA、VB、VC分别连接一个击穿电压在6V左右的瞬态抑制双向二极管和一个与二极管并联的1KΩ采样电阻到AGND，接着小电压信号经过由1KΩ的电阻和15nF的电容组成的抗混叠滤波器之后，直接输入到交采芯片管脚，最后通过AD采样算法计算得到数字电压信号

在本实施例中，所述第二采集单元的通信方式采用RS-485串口通信。如图4所示，图4是带光耦加速的三端驱动模式RS-485电路模块。485芯片选择TC485H芯片；485芯片选择MSO-8的封装，因为MSO-8封装的连续耗散功耗比较低；热敏电阻选择SPMZB-10 30-60Ω，PTC零功率阻值30～60Ω，不动作电流为20mA，动作电流为150mA。能够在485口误接AC220V或者AC380V时动作，承受大部分的交流电压，保护485芯片。且在静电实验中，能减弱静电脉冲对485芯片的冲击。二极管选择P6SMB6.8A-有方向瞬态抑制二极管，它的击穿电压在6.45～7.14V，可以保护485芯片，且在485口误接交流电后，为交流电提供交流通路，保护485芯片；串联电阻R34主要作用为在误接交流电后保护485芯片，防止交流电流经485芯片，同时在静电实验时减弱静电脉冲对485芯片的冲击；限流电阻R75、R78及R79、R73的阻值选择1.5KΩ，这里需要满足光耦的传输比；光耦选择绝缘等级为5000Vrms大小的隔离电压；带光耦加速的三端驱动模式的RS-485电路的创新点在于增加两个三极管电路，大幅提高了485的通信速率，稳定时的通信速率高达115200bps，每个三极管电路由1个电阻和1个NPN三极管组成，该处三极管需要的功耗较小，且对开关速度要求不是特别高，所以选择普通三极管即可，电阻的阻值选取需要根据三极管B-E结的管压降进行选择，普通三极管的B-E管压降在0.7V左右，钳位电阻两端电压。常态时U1_485E1输出高电平，光耦O3关断，D/R脚拉低，485芯片接收器使能、驱动器关闭，485芯片处于接收态。由于A口上拉、B口下拉，RO管脚输出高电平，光耦O2及三极管VT22关断，U1_RX485_1输出高电平。通信时，当485总线的A口为高电平、B口为低电平时，U1_RX485_1同样输出高电平；当485总线的A口为低电平、B口为高电平时，RO管脚输出低电平，光耦O2及三极管VT22导通，U1_RX485_1输出低电平。当485芯片需要发送时，首先将U1_485E1置高，延时200uS后，485芯片驱动器使能后再开始发送485通信报文。U1_TX485_1常态高电平，光耦O1及三极管VT1处于关断状态，DI管脚为高电平，在使能发送后，485芯片输出A为高电平，B为低电平；当U1_TX485_1变为低电平时，光耦O1及三极管VT1导通，DI管脚变为低电平，485芯片输出A为低电平，B为高电平。低压物联感知终端与表箱中电表的RS-485的通信端子相互连接，抄读表箱内各电表的电量，并计算得到表箱内的总用电量

相应地，本申请还提供一种用于线损分析的低压物联感知终端的线损确定方法，其特征在于：所述方法适用于权利要求1-6任一所述的用于线损分析的低压物联感知终端装置，所述方法包括如下步骤：

S1：采集台区分支电路的电压和电流，根据电压和电流确定供电量；采用现有的计算交流供电量的方法计算，在此不再赘述；

S2：采集台区下辖分箱内电表的用电量，并确定分箱内的电表的电量总和；即将采集到的分箱线内的每个电表的电量求和得到分箱内的电表的电量总和。

S3：确定分箱线损，所述分箱线损等于台区分支线路的供电量与表箱内的总电量之差。如图5所示，图5是分箱线损计算示意图，低压物联感知终端计量单元采集到台区分支的电能量，且自动抄表单元得到表箱内的总电量之后，利用本地主程序计算出分箱线损，即台区分支线路的电能量与表箱内的总电量之间的差值。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种用于线损分析的低压物联感知终端装置，其特征在于：包括：设置于台区分支和表箱之间的低压物联感知终端，所述低压物联感知终端包括用于采集台区分支供电量的第一采样单元和用于采集表箱内的电表用电量的第二采样单元；

所述第一采样单元包括Σ-△型电流采样电路、Σ-△型电压采样电路和交采芯片，其中，Σ-△型电流采样电路一侧回路用于采集台区分支的三相电的电流并将大电流转换为小电流后通过另一侧回路将小电流传输至交采芯片，Σ-△型电压采样电路一侧回路用于采集台区分支的三相电的电压并经Σ-△型电压采样电路转换为小电压并通过另一侧回路将小电压传输至交采芯片；

所述第二采集单元包括低压物联感知终端通过通信的方式表箱内各电表的电量。

2.根据权利要求1所述用于线损分析的低压物联感知终端装置，其特征在于：所述Σ-△型电流采样电路包括电流互感器、瞬态抑制双向二极管Ⅰ、采样电阻Ⅰ和抗混叠滤波器Ⅰ，其中,电流互感器的一次侧与台区分支的三相电的任一一相电连接，电流互感器的二次侧回路的火线和零线之间设置有瞬态抑制双向二极管Ⅰ，采样电阻Ⅰ与瞬态抑制双向二极管Ⅰ并联，抗混叠滤波器Ⅰ与采样电阻Ⅰ并联，且抗混叠滤波器Ⅰ的输出端与交采芯片的引脚连接。

3.根据权利要求2所述用于线损分析的低压物联感知终端装置，其特征在于：所述采样电阻Ⅰ包括两个并联的电阻，抗混叠滤波器Ⅰ包括电阻和电容，电阻一端与火线连接，电阻另一端与电容一端连接，电容另一端与零线连接，电容和电阻的公共连接端为抗混叠滤波器Ⅰ的输出端。

4.根据权利要求1所述用于线损分析的低压物联感知终端装置，其特征在于：所述Σ-△型电压采样电路包括分压电阻、电压互感器、瞬态抑制双向二极管Ⅱ、采样电阻Ⅱ和抗混叠滤波器Ⅱ，其中，分压电阻的一端与台区分支的三相电的任一一相电连接，电压互感器的一次线圈一端与分压电阻的另一端连接，电压互感器的一次线圈另一端与N相连接，电压互感器的二次线圈的火线和零线之间设置有瞬态抑制双向二极管Ⅱ，采样电阻Ⅱ与瞬态抑制双向二极管Ⅱ并联，抗混叠滤波器Ⅱ与采样电阻Ⅱ并联，且抗混叠滤波器Ⅱ的输出端与交采芯片的引脚连接。

5.根据权利要求1所述用于线损分析的低压物联感知终端装置，其特征在于：所述采样电阻Ⅱ包括一个电阻，抗混叠滤波器Ⅱ包括电阻和电容，电阻一端与火线连接，电阻另一端与电容一端连接，电容另一端与零线连接，电容和电阻的公共连接端为抗混叠滤波器Ⅱ的输出端。

6.根据权利要求5所述用于线损分析的低压物联感知终端装置，其特征在于：所述分压电阻包括多个串联的电阻，经串联电阻分压后，降低电压互感器一次线圈回路的电压。

7.根据权利要求1所述用于线损分析的低压物联感知终端装置，其特征在于：所述第二采集单元的通信方式采用RS-485串口通信。

8.一种用于线损分析的低压物联感知终端的线损确定方法，其特征在于：所述方法适用于权利要求1-6任一所述的用于线损分析的低压物联感知终端装置，所述方法包括如下步骤：

S1：采集台区分支电路的电压和电流，根据电压和电流确定供电量；

S2：采集台区下辖分箱内电表的用电量，并确定分箱内的电表的电量总和；

S3：确定分箱线损，所述分箱线损等于台区分支线路的供电量与表箱内的总电量之差。

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