CN113489353A - 一种低压电力台区物理拓扑信息发生电路及发生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种低压电力台区物理拓扑信息发生电路及发生方法，所述发生电路包括电源电路、恒流电路、信号隔离电路，所述电源电路用于对交流进行整流，并产生所述恒流电路的供电电源，所述恒流电路用于产生基于物理拓扑信息的恒流特征信号，所述的信号隔离电路用于将控制信号与交流电路隔离。本发明产生小电流恒流特征信号，其频谱特征信息可根据现场情况进行调整，对供电质量无影响，增强了特征信号的抗干扰能力，提高了拓扑识别的速度。

Description

一种低压电力台区物理拓扑信息发生电路及发生方法
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，尤其是一种低压电力台区物理拓扑信息发生电路及发生方法。
背景技术
台区物理拓扑结构是台区信息化的核心，基于拓扑结构，可进行线损分析、研判窃电信息、故障报警等高级应用，大幅提高用电可靠性。
目前台区物理拓扑的发生及识别方法分为两大类：(1)停电法。通过逐级停电来记录台区物理拓扑结构。此方法虽不新增设备，但用户体验较差，只能在设备大修停电时附带记录，无法感知实时的变化，自动化程度不高；(2)短路特征电流识别法。在关键节点上安装特征电流发生及识别设备。根据低压台区电流流动的特点，只有在同一支路上的设备才能识别到特征电流，其他支路均无法检测到短路特征电流。由于特征电流为短路电流，电压波形畸变严重，引入较多高次谐波，影响供电质量。
发明内容
本发明提供了一种低压电力台区物理拓扑信息发生电路及发生方法，用于解决现有台区物理拓扑的发生方式影响供电质量的问题。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明第一方面提供了一种低压电力台区物理拓扑信息发生电路，所述发生电路包括电源电路和恒流电路，所述电源电路用于对交流进行整流，并产生所述恒流电路的供电电源，所述恒流电路用于产生基于物理拓扑信息的恒流特征信号。
进一步地，所述发生电路还包括信号隔离电路；所述信号隔离电路为所述恒流电路提供产生所述恒流特征信号的控制信号，且隔离所述控制信号与台区的交流信号。
进一步地，所述控制信号包括频率控制信号和幅度控制信号，所述信号隔离电路包括频率控制信号生成电路和幅度控制信号生成电路，分别用于产生频率控制信号和幅度控制信号。
进一步地，所述频率控制信号生成电路包括光耦O1，所述光耦O1的1管脚通过电阻R13连接电源，2管脚连接频率驱动信号，3管脚接参考地，4管脚输出频率控制信号。
进一步地，所述幅度控制信号生成电路包括光耦O2，所述光耦O2的1管脚通过电阻R14连接电源，2管脚连接幅度驱动信号，3管脚接参考地，4管脚输出幅度控制信号。
进一步地，所述电源电路包括整流桥D2，单相交流电的相线经限流电阻R1、保险丝F1连接所述整流桥D2的其一输入端，整流桥D2的另一输入端经线路电阻R2连接单相交流电的中性线，所述整流桥的直流负极接参考地，整流桥的直流正极分别连接电阻R3的一端和电阻R4的一端，所述电阻R3的另一端连接MOS管Q1的漏极，电阻R4的另一端分别连接稳压二极管D1的负极、电容C2的一端和MOS管Q1的栅极，所述稳压二极管D1的正极接参考地，所述电容C2的另一端接参考地，所述MOS管的源极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接电容C1的一端和稳压器U1的输入端，所述电容C1的另一端接参考地，稳压器U1的输出端输出电压VCC。
进一步地，所述恒流电路包括电阻R8，所述电阻R8的一端连接幅度控制信号，另一端分别连接电容C7的一端和运算放大器U2的同相端，所述电容C7的另一端接参考地，所述运算放大器U2的输出端连接三极管Q4的发射极，三极管Q4的基极通过电阻R9接入频率控制信号，所述三极管Q4的集电极连接电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端分别连接电阻R10的一端、电容C6的一端和MOS管Q2的栅极，所述电阻R10的另一端连接MOS管Q3的漏极，MOS管Q3的源极接参考地，栅极接入频率控制信号，所述电容C6的另一端分别连接运算放大器U2的反相端、电阻R6的一端和MOS管Q2的源极，电阻R6的另一端接参考地，MOS管Q2的漏极连接整流桥D2的直流正极。
本发明第二方面提供了一种低压电力台区物理拓扑信息发生方法，所述方法包括以下步骤：
对台区的单相交流电进行整流，并生成恒流电路所需的电源；
向所述恒流电路接入基于物理拓扑信息的控制信号，恒流电路基于所述控制信号生成基于物理拓扑信息的恒流特征信号。
进一步地，所述控制信号包括频率控制信号和幅度控制信号；通过信号隔离电路分别产生所述频率控制信号和幅度控制信号，并隔离台区的交流信号。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
本发明通过电源电路将双向脉动的正弦电压波形变成单向脉动的电压波形，将交流电源转换为电路需要的直流电源。当不发生特征电流时，整个电路消耗的电流不超过50ua；通过信号隔离电路向恒流电路发送控制信号，控制信号决定恒流源的电流大小及频谱特征信息。本发明产生小电流恒流特征信号，其频谱特征信息可根据现场情况进行调整，对供电质量无影响，增强了特征信号的抗干扰能力，提高了拓扑识别的速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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附图。
图1是本发明所述电路的结构示意图；
图2是本发明所述电源电路的电路原理图；
图3是所述恒流电路的电路原理图；
图4是本发明所述信号隔离电路的电路原理图。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
如图1所示，本发明的一种低压电力台区物理拓扑信息发生电路，所述发生电路包括电源电路、恒流电路和信号隔离电路。
所述电源电路用于对交流进行整流，并产生所述恒流电路的供电电源，所述恒流电路用于产生基于物理拓扑信息的恒流特征信号。所述信号隔离电路为所述恒流电路提供产生所述恒流特征信号的控制信号，且隔离所述控制信号与台区的交流信号。所述控制信号包括频率控制信号和幅度控制信号，所述信号隔离电路包括频率控制信号生成电路和幅度控制信号生成电路，分别用于产生频率控制信号和幅度控制信号。
如图2-4所示，所述电源电路包括整流桥D2，单相交流电的相线经限流电阻R1、保险丝F1连接所述整流桥D2的其一输入端，整流桥D2的另一输入端经线路电阻R2连接单相交流电的相线，所述整流桥的直流负极接参考地，整流桥的直流正极分别连接电阻R3的一端和电阻R4的一端，所述电阻R3的另一端连接MOS管Q1的漏极，电阻R4的另一端分别连接稳压二极管D1的负极、电容C2的一端和MOS管Q1的栅极，所述稳压二极管D1的正极接参考地，所述电容C2的另一端接参考地，所述MOS管的源极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接电容C1的一端和稳压器U1的输入端，所述电容C1的另一端接参考地，稳压器U1的输出端输出电压VCC。
电源电路中，MOS管Q1的源极电压如(1):
Vs＝VT-Vgsth (1)
其中VT为稳压二极管的稳定电压值，Vgsth为Q1的开启电压门限值，可选择相关参数使Vs＝18V。由于电路需要的电流较小，R5的压降较小，可以忽略，U1的输入近似为Vs。U1为低功耗稳压器LDO，自身消耗的电流小于0.1uA，输出为稳定的5V，输出端接有滤波电容C3。
所述恒流电路包括电阻R8，所述电阻R8的一端连接幅度控制信号，另一端分别连接电容C7的一端和运算放大器U2的同相端，所述电容C7的另一端接参考地，所述运算放大器U2的输出端连接三极管Q4的发射极，三极管Q4的基极通过电阻R9接入频率控制信号，所述三极管Q4的集电极连接电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端分别连接电阻R10的一端、电容C6的一端和MOS管Q2的栅极，所述电阻R10的另一端连接MOS管Q3的漏极，MOS管Q3的源极接参考地，栅极接入频率控制信号，所述电容C6的另一端分别连接运算放大器U2的反相端、电阻R6的一端和MOS管Q2的源极，电阻R6的另一端接参考地，MOS管Q2的漏极连接整流桥D2的直流正极。
恒流电路中，幅度控制信号Pwm_con为频率固定，脉宽可调的脉冲信号。电容C7的电压如式(2)：
Vc7＝Vh*S％ (2)
其中Vh为Pwm_con信号的高电平，S％为Pwm_con信号的占空比。因此可通过控制系统侧的Pwm_con_s1的占空比来实现对Vc7的控制。
当不发生特征电流信号时，频率控制信号Fre_con为高电平逻辑“1”，Q4关断，Q3导通，Q2的栅-源极间电压为0，Q2关断，整个电路消耗的电流如式(3)：
Figure BDA0003217114300000051
其中V220为L、N交流电压，额定值为220V，Iqu1为U1的静态电流消耗，Iqu2为U2的静态电流消耗，U1、U2均为低功耗芯片，可认为(Iqu1+Iqu2)＜2uA，R4可选择5MΩ，因此当不发生特征地电流信号时电路电流消耗小于50ua。
当发生特征电流信号时，频率控制信号Fre_con按照指定的频率发送逻辑电平“0”、“1”，当发送逻辑高电平“1”时，Q4关断，Q3导通，使Q2的栅极迅速下拉到参考地，加快Q2关断；当发送逻辑低电平“0”时，Q4导通，Q3关闭，运放U2、R7、Q2、R6形成负反馈回路，Q2处于可变电阻区，随着整流桥直流正极V_HV变化调整电阻大小，使R6的电压保持稳定，因此流经Q2的电流如式(4)：
Figure BDA0003217114300000061
即L、N消耗的电流也为IT。
所述频率控制信号生成电路包括光耦O1，所述光耦O1的1管脚通过电阻R13连接电源，2管脚连接频率驱动信号，3管脚接参考地，4管脚输出频率控制信号。频率驱动信号Fre_con_s1驱动光耦O1后形成频率控制信号Fre_con，控特征电流的频谱信息，当Fre_con_s1为逻辑“1”高电平时，Fre_con为逻辑“1”高电平；当Fre_con_s1为逻辑“0”低电平时，Fre_con为逻辑“0”低电平。
所述幅度控制信号生成电路包括光耦O2，所述光耦O2的1管脚通过电阻R14连接电源，2管脚连接幅度驱动信号，3管脚接参考地，4管脚输出幅度控制信号。幅度驱动信号Pwm_con_s1驱动光耦O2后形成信号Pwm_con，控特征电流的幅度大小。当Pwm_con_s1为逻辑“1”高电平时，Pwm_con为逻辑“1”高电平；当Pwm_con_s1为逻辑“0”低电平时，Pwm_con为逻辑“0”低电平。
本发明的恒流电路可发生恒流特征小电流信号，对电网供电质量无影响。恒流特征电流的频谱特征信号、电流幅度大小均可根据实际情况，通过信号隔离电路进行配置，增强了特征信号的抗干扰能力，提高了拓扑识别的成功率。
本发明该提供了一种低压电力台区物理拓扑信息发生方法，所述方法包括以下步骤：
对台区的单相交流电进行整流，并生成恒流电路所需的电源；
向所述恒流电路接入基于物理拓扑信息的控制信号，恒流电路基于所述控制信号生成基于物理拓扑信息的恒流特征信号。
所述控制信号包括频率控制信号和幅度控制信号；通过信号隔离电路分别产生所述频率控制信号和幅度控制信号，并隔离台区的交流信号。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种低压电力台区物理拓扑信息发生电路，其特征是，所述发生电路包括电源电路和恒流电路，所述电源电路用于对交流进行整流，并产生所述恒流电路的供电电源，所述恒流电路用于产生基于物理拓扑信息的恒流特征信号。
2.根据权利要求1所述低压电力台区物理拓扑信息发生电路，其特征是，所述发生电路还包括信号隔离电路；所述信号隔离电路为所述恒流电路提供产生所述恒流特征信号的控制信号，且隔离所述控制信号与台区的交流信号。
3.根据权利要求2所述低压电力台区物理拓扑信息发生电路，其特征是，所述控制信号包括频率控制信号和幅度控制信号，所述信号隔离电路包括频率控制信号生成电路和幅度控制信号生成电路，分别用于产生频率控制信号和幅度控制信号。
4.根据权利要求3所述低压电力台区物理拓扑信息发生电路，其特征是，所述频率控制信号生成电路包括光耦O1，所述光耦O1的1管脚通过电阻R13连接电源，2管脚连接频率驱动信号，3管脚接参考地，4管脚输出频率控制信号。
5.根据权利要求3所述低压电力台区物理拓扑信息发生电路，其特征是，所述幅度控制信号生成电路包括光耦O2，所述光耦O2的1管脚通过电阻R14连接电源，2管脚连接幅度驱动信号，3管脚接参考地，4管脚输出幅度控制信号。
6.根据权利要求1或2所述低压电力台区物理拓扑信息发生电路，其特征是，所述电源电路包括整流桥D2，单相交流电的相线经限流电阻R1、保险丝F1连接所述整流桥D2的其一输入端，整流桥D2的另一输入端经线路电阻R2连接单相交流电的中性线，所述整流桥的直流负极接地，整流桥的直流正极分别连接电阻R3的一端和电阻R4的一端，所述电阻R3的另一端连接MOS管Q1的漏极，电阻R4的另一端分别连接稳压二极管D1的负极、电容C2的一端和MOS管Q1的栅极，所述稳压二极管D1的正极接地，所述电容C2的另一端接地，所述MOS管的源极连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接电容C1的一端和稳压器U1的输入端，所述电容C1的另一端接地，稳压器U1的输出端输出电压VCC。
7.根据权利要求6所述低压电力台区物理拓扑信息发生电路，其特征是，所述恒流电路包括电阻R8，所述电阻R8的一端连接幅度控制信号，另一端分别连接电容C7的一端和运算放大器U2的同相端，所述电容C7的另一端接地，所述运算放大器U2的输出端连接三极管Q4的发射极，三极管Q4的基极通过电阻R9接入频率控制信号，所述三极管Q4的集电极连接电阻R7的一端，所述电阻R7的另一端分别连接电阻R10的一端、电容C6的一端和MOS管Q2的栅极，所述电阻R10的另一端连接MOS管Q3的漏极，MOS管Q3的源极接地，栅极接入频率控制信号，所述电容C6的另一端分别连接运算放大器U2的反相端、电阻R6的一端和MOS管Q2的源极，电阻R6的另一端接地，MOS管Q2的漏极连接整流桥D2的直流正极。
8.一种低压电力台区物理拓扑信息发生方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：
对台区的单相交流电进行整流，并生成恒流电路所需的电源；
向所述恒流电路接入基于物理拓扑信息的控制信号，恒流电路基于所述控制信号生成基于物理拓扑信息的恒流特征信号。
9.根据权利要求8所述低压电力台区物理拓扑信息发生方法，其特征是，所述控制信号包括频率控制信号和幅度控制信号；通过信号隔离电路分别产生所述频率控制信号和幅度控制信号，并隔离台区的交流信号。
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