CN113923126A - 一种四路配网质量监控装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四路配网质量监控装置及其方法，包括微处理器101、电源、充电电路、锂电池、LCD液晶显示器、键盘输入、5G通信模块、LORA通信模块、RS485排、电流波波放大电路、电流采样、B路电压滤波放大电路、B路电压采样、负载电压滤波放大电路、负载电压采样115、A路电压滤波放大电路、A路电压采样、RS485智能电容接口、线圈继电器、线圈控制器继电器、自锁铁芯磁线圈控制继电器和AD转换电路，本发明采用双锂电池供电，解决停电或电路故障缺相时，使监控装置能正常实用；双路通信，弥补多渠道数据传输出现的丢包现象；多路电压数据实时采样、运算、分析筛选异常数据，实现了采样速率更快，结论更准确。

Description

一种四路配网质量监控装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种监控装置，尤其是涉及一种四路配网质量监控装置及其方法。

背景技术

夏天气温高，但地处偏远山区，普遍比大城市低6～7℃，是避暑胜地，周围山林风光，空气清新，是舒缓精神压力的好地方，因此倍受城市人群的喜爱。近年来，一种新兴的旅游休闲民宿及农家乐的出现，对促进农村旅游、调整产业结构、建设区域经济、加快农业市场化进程产生了良好的经济效益。由于每年夏天是供电网用电负荷最高季节，设备在气温极高环境下满负荷运行，故障率和低电压不可避免，而民宿及农家乐对配网供电可靠率及供电质量要求较高。

网配供电系统是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击等，提供且满足满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。

网配供电系统以双向数字科技创建的输电网络，用来传送电力。它可以侦测电力供应者的电力供应状况，和一般家庭用户的电力使用状况，来调整家电用品的耗电量，以此达到节约能源，降低损耗，增强电网可靠性的目的。网配供电系统雏型是20世纪产生的，由一些中心发电机向大量用户传输电能的电网的简单升级。在传统电网的基础上，电能的传输拓扑网络更加优化以满足更大范围的各种用电状况，如在用电量低的时段给电池充电，然后在高峰时反过来给电网提供电能。

在网配供电系统蓬勃发展的今天，各供电公司都在积极的建设各自的网配供电系统。具体建设的进度、实用化的程度、带来的经济效益对上级主管部门是不可见的。但目前的配网供电系统发展并不完善，存在较多问题，例如，一种在中国专利文献上公开的“一种逐级贯穿的智能配电网运行监控系统”，其公告号CN103545928B，包括工作流程繁琐，工作效率低，监控指标达不到要求会工作流程步骤等问题。

发明内容

为了克服背景技术中网配供电系统工作流程繁琐，工作效率低，监控指标达不到要求会重复工作流程的问题，提供一种四路配网质量监控装置及其方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种四路配网质量监控装置，包括微处理器、供电模块、外设输入输出模块、通信模块、电路采样模块、RS485智能电容接口、线圈继电器模块和AD转换电路，所述电源模块和所述微处理器连接，所述电源模块和所述微处理器连接，所述外设输入输入模块和微处理器连接，所述同心模块和微处理器连接，所述电路采样模块和微处理器连接，所述RS485电容接口和微处理器连接，所述线圈继电器模块和电源模块、微处理器连接，所述AD转换电路安装在所述微处理器上，各个模块之间集成化、智能化，避免以往人工现场测量、制订方案、确定方案、出具工作票、现场作业、再测量、评估等流程，数据达不到要求，重复以上步骤的传统作业方式。

作为优选，供电模块包括风光互补系统、电源、充电电路和锂电池，电源和风光互补系统连接，是通过锂电池进行装置的主要工作电源，电源和充电电路连接，充电电路和锂电池连接，锂电池和微处理器连接，提供电路板工作电源，双路锂电池供电，可更好解决停电或故障缺相时，监控装置无法正常使用的问题；监控装置工作电源与风光互补系统输出连接，然后经充电电路给监控装置内置锂电池充电，监控装置电路板的工作电源由该锂电池供给。

作为优选，外设输入输出模块包括键盘输入和LCD液晶显示器，通信模块包括5G通信模块、LORA通信模块和RS485排，微处理器和LCD液晶显示器连接，建立远程和监测装置之间的通信连接，双路通信，可弥补不同数据传送渠道可能出现丢包的现象，确保数据交互的完整和及时，保证调压完整执行。5G通信模块和LORA通信模块是对安装在分支线的监控装置进行数据交互，提高数据采样的正确率与计算、分析的及时性。

作为优选，电路采样模块包括电流波波放大电路、电流采样、B路电压滤波放大电路、B路电压采样、负载电压滤波放大电路、负载电压采样、A路电压滤波放大电路和A路电压采样，配网供电质量监控装置以A路电压采样、B路电压采样、负载电压采样和电流四个通道采用20毫秒速率进行循环数据采样，筛选异常数据更快、通道更准确。

作为优选，电流采样经电流波波放大电路后再经AD转换电路和微处理器连接，B路电压采样经B路电压滤波放大电路后再经AD转换电路和微处理器连接，负载电压采样经负载电压滤波放大电路后再经AD转换电路同样和微处理器连接，A路电压采样也经A路电压滤波放大电路后再经和微处理器连接，建立完整的监测数据采集通道，RS485通信端口排和RS485智能电容接口可对安装在附近的用电设备的各项数据进行有线数据交互，保证了通信速度与数据完整。

作为优选，线圈继电器模块包括线圈继电器、线圈控制器继电器和自锁铁芯磁线圈控制继电器，线圈继电器、线圈控制器继电器、自锁铁芯磁线圈控制继电器常开主触点和电源连接，控制继电器组的设置，可更好的控制安装于附近用电设备的启动、停运指令，命令传达更快，操作更及时，准确率更高。

一种四路配网质量监控方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1：配网供电质量监控装置以A路电压采样、B路电压采样、负载电压采样、电流四个通道采用20毫秒速率进行循环数据采样；

步骤S2：当监控装置采样数据出现异常时，微处理器将提取各用电设备推送的数据进行综合分析，在排除电子元件出现误差故障时，及时给出初步结论；

步骤S3：进行数据同步，利用5G通信模块和LORA通信模块招测安装于同供电区域内分支线的监控装置数据，再进行分段数据运算、分析，结果和异常数据比较；

步骤S4：当结果相同时，微处理器启动低压线路电压自动调压程序，调压步骤从智能电容投或切、有载调压变压器分接头上调或下调档位、低压线路用户改接顺序进行，智能电容投切则按低压线路未端安装有智能电容的配网供电质量监控柜开始，逐步向上延伸至公变安装点。

多路电压数据实时采样、运算、分析筛选异常数据，实现了采样速率更快，故障点识别更快，结论更准确；A路电压采样、B路电压采样、负载电压采样分路建立，可在20毫秒内完成采样和数据阀值对比等运算，筛选异常数据更快、通道更准确。

因此，本发明具有如下有益效果：

双锂电池供电，解决停电或电路故障缺相时，使监控装置能正常实用；

双路通信，弥补多渠道数据传输出现的丢包现象，保证数据交互的完整性和实时性；

多路电压数据实时采样、运算、分析筛选异常数据，实现了采样速率更快，故障点识别更快，结论更准确。

附图说明

图1是本发明的一种装置结构示意图；

图2是配网供电质量监控装置布点示意图；

图3是风光互补系统的结构示意图；

其中：101.微处理器；102.电源；103充电电路；104.LCD液晶显示器；105.键盘输入；106.锂电池；107.5G通信模块；108.LORA通信模块；109.RS485通信端口排；110.电流滤波放大电路；111.电流采样；112.B路电压滤波放大电路；113.B路电压采样；114.负载电压滤波放大电路；115.负载电压采样；116.A路电压滤波放大电路；117.A路电压采样；118.RS485智能电容接口；119.线圈继电器；120.线圈控制器继电器；121.自锁铁芯磁线圈控制继电器。

具体实施方案

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例一：

如图1中所示，电源102与风光互补系统3相连，是通过锂电池106进行装置的主要工作电源102，电源102与充电电路103连接，充电电路103与锂电池106相连，锂电池106与微处理器101，提供电路板工作电源，双路锂电池供电，可更好解决停电或故障缺相时，监控装置无法正常使用的问题，监控装置工作电源与风光互补系统输出连接，然后经充电电路给监控装置内置锂电池充电，监控装置电路板的工作电源由该锂电池供给。

微处理器101与LCD液晶显示器104相连，键盘输入105与微处理器101连接；5G通信模块107、LORA通信模块108、RS485排109与微处理器101相连，建立远程与监测装置之间的通信连接，通信部分实行双路通信，弥补不同数据传送渠道可能出现丢包的现象，保证调压完整执行，5G通信模块107和LORA通信模块108是对安装在分支线的监控装置进行数据交互，提高数据采样的正确率与计算、分析的及时性。

电流采样111经电流波波放大电路110后再经AD转换电路122与微处理器101连接，B路电压采样113经B路电压滤波放大电路112后再经AD转换电路122与微处理器101连接，负载电压采样115经负载电压滤波放大电路114后再经AD转换电路122同样与微处理器101连接，A路电压采样117也经A路电压滤波放大电路后再经与微处理器101连接，整体电流采样电路包括电流传感器、模拟滤波器、可编程增益放大器、A/D转换电路以及电流增益控制器，所述电流传感器用于与待测设备耦接并感测待测设备的待测电流。其中，可编程增益放大器连接于所述电流传感器与所述模拟滤波器之间，用于以特定的增益值对所述电流传感器感测到的待测电流进行放大。所述模拟滤波器用于对所述放大后的待测电流进行滤波。A/D转换器用于对所述滤波后的待测电流进行采样而得到采样电压。电流增益控制器连接于所述A/D转换器的输出端及所述可编程增益放大器之间，用于判断所述A/D转换器输出的采样电压所处于的电压区间，并根据所述采样电压所处的电压区间控制调节所述可编程增益放大器的增益值，建立完整的监测数据采集通道。

线圈继电器119、线圈控制器继电器120、自锁铁芯磁线圈控制继电器121线圈与微处理器101连接，线圈继电器119、线圈控制器继电器120、自锁铁芯磁线圈控制继电器121常开主触点与电源102相连，控制继电器组的设置，可更好的控制安装于附近用电设备的启动、停运指令。例如集成运放单元的电压采集模块采集A、B两点间的电压，即所述触点间电压UAB，通过设置所述运放单元的输入参数、反馈参数等，使得在例如继电器吸合时输出高电平，未吸合时输出低电平，从而输出判断继电器是否吸合的确认信号。具体地，判断所述触点间电压UAB是否与设定的主回路的额定电压一致。若所述触点间电压与所述主回路的额定电压一致，则输出继电器未吸合的确认信号，例如为低电平；反之，若所述触点间电压与所述主回路的额定电压不一致，则输出继电器吸合的确认信号，例如为高电平。

电路采样模块实行多路电压数据实时采样、运算、分析数据筛选，RS485通信端口排109及RS485智能电容接口119，可对安装在附近的用电设备进行有线数据交互，保证了通信速度与数据完整；控制继电器组的设置，可更好的控制安装于附近用电设备的启动、停运指令，命令传达更快，保证数据筛选操作更及时，正确率更高。A路电压采样117、B路电压采样113、负载电压采样115分路建立，可在20毫秒内完成采样和数据阀值对比等运算，筛选异常数据更快、通道更准确。

配网质量监控装置工作原理：

配网供电质量监控装置以A路电压采样117、B路电压采样113、负载电压采样115、电流采样111四个通道采用20毫秒速率进行循环数据采样，同时按设定时间，分别从有载调压控制器、RS485智能电容118、剩余电流动作断路接收数据，当监控装置采样数据出现异常时，微处理器101将提取各用电设备推送的数据进行综合分析，在排除电子元件出现误差故障时，及时给出初步结论；然后同步，利用5G通信模块107和LORA通信模块108，安装于同供电区域内分支线的监控装置数据，再进行分段数据运算、分析，结果与异常数据比较；当结果相同时，微处理器101启动低压线路电压自动调压程序，调压步骤从RS485智能电容118投或切、有载调压变压器分接头上调或下调档位、低压线路用户改接顺序进行，RS485智能电容投切则按低压线路未端安装有RS485智能电容118的配网供电质量监控柜开始，逐步向上延伸至公变安装点；在整个调压过程中，则充分利用各监控装置5G通信模块107和LORA通信模块108的优越条件，各监控装置之间数据交换达到了首尾呼应，从而避免以往人工现场测量、制订方案、确定方案、出具工作票、现场作业、再测量、评估等流程，如果评估结果未达到要求，重复需以上步骤的传统作业方式。

一种四路配网质量监控方法，包括以下步骤：

步骤S1：配网供电质量监控装置以A路电压采样、B路电压采样、负载电压采样、电流四个通道采用20毫秒速率进行循环数据采样，通过四路电压数据实时采样、运算、分析筛选异常数据；

步骤S2：当监控装置采样数据出现异常时，微处理器将提取各用电设备推送的数据进行综合分析，在排除电子元件出现误差故障时，及时给出初步结论，RS485通信端口排及智能电容接口，可对安装在附近的用电设备进行有线数据交互，保障数据完整性和信息交互的高速通信；

步骤S3：进行数据同步，利用5G通信模块和LORA通信模块招测安装于同供电区域内分支线的监控装置数据，再进行分段数据运算、分析，结果和异常数据比较；

步骤S4：当结果和异常数据相同时，微处理器启动低压线路电压自动调压程序，调压步骤从智能电容投或切、有载调压变压器分接头上调或下调档位、低压线路用户改接顺序进行，智能电容投切则按低压线路未端安装有智能电容的配网供电质量监控柜开始，逐步向上延伸至公变安装点。

如图2中所示，0.4kV线路智能电容布局，如供电半径0.6公里的公变，主杆线电杆基数为13～15基左右，按照去取首基和未基，再减4基，然后剩余基数除以2计算，最终确定智能电容安装基位，即13基主杆线分支杆，安装地点分别为A路公变内，1、5、9、13基位，B路公变内；15基主杆线分支杆安装地点分别为A路公变内，1、5、10、15基位，B路公变内。根据智能电容布点位置，然后再以确定基号加2进行配网供电质量监控装置安装布局（柜内不安装智能电容组），即13基主杆线2、7、11基位安装，15基主杆线分支杆安装地点分别为2、7、12基位安装。

实施例二：

一种四路配网质量监控系统，包括依次连接的基站设备层，通讯管理层，主站监控层以及信号处理层，所述通讯管理层利用四路采样通讯组网技术，通过四路电压数据实时采样、运算、分析筛选异常数据，同时实现基站设备层与主站监控层之间数据的高速传输。

所述基站设备层包括蓄电池管理子系统、风光互补系统以及气象测控装置，风光互补系统包括风机管理子系统和光伏管理子系统，蓄电池管理子系统能够实时采集储能系统的运行状态，检测和记录系统运行故障，通过四路电压数据实时采集系统总电压、电流，荷电状态(SOC)，以及每个电池模组的电压、温度，以及单个电芯的电压。风机管理子系统实时采集风力发电系统的运行状态，检测和记录系统运行故障，实时采集变频器输出电压、电流、功率、频率、当日发电量、总发电量。光伏管理子系统能够实时采集光伏系统的运行状态，检测和记录系统运行故障，显示逆变器输出的交流电压、电流、功率、频率、当日发电量、总发电量。气象测控装置能够采集本地微型气象站的实时数据，包含各时刻的天气状态(晴天、多云、小雨等)、温度、湿度、气压、风向、风速、空气密度等气象数据。

风光互补系统的工作原理：风机通过整流电路以及BOOST升压电路将功率输出到低压直流母线，光伏板通过boost升压电路将功率输出到低压直流母线，根据锂电池充电特性控制低压直流母线输出电压和电流对锂电池充电，市电通过正激开关电源也可对锂电池进行充电，锂电池输出通过推挽升压变换为高压直流，高压直流经过最后的逆变电路输出为220V/50HZ电源输出给负载。

其中，风光互补系统包括太阳能蓄电池、、蓄能电池、风力发电机、负载以及上述设备之间的连接装置、配置电路、比较电路、检测电路、取样电路、驱动电路和开关电路、鉴别电路、开关电路和各个设备以及电路之间相互连接的单片机，所述风光互补系统还包括判断装置、采样装置、取样比较装置、驱动装置、执行装置，系统整体执行包括以下步骤：

步骤S1：通过采样装置对所述电池电压进行数据采样，包括电池的电压、电流、功率、频率、当日发电量、总发电量等各项数据；

步骤S2：将数据传输到取样比较装置，根据所述设置电路中预设的负载输出时间以及所述蓄电池电压计算出实际的负载输出时间，并同时开启驱动装置对负载输出时间进行计时，将负载输出时间输入执行装置；

步骤S3：对输入的负载输出时间进行判断，判断所述蓄电池是否欠压或输出时间已到，若蓄电池没有欠压且输出时间没有到，则返回步骤S2，若电池欠压或输出时间已到则关闭负载。

设置电路包括拨码开关，整体系统装置通过拨码开关设置和调整负载输出状态，采用自带AD采样的单片机采样电池电压和太阳能板电压，当采样的太阳能板电压低于5V时，表示天已黑，已到达可灯亮时间；此时单片机取出拨码开关所预设的值计算出总的负载输出时间，然后同时开启负载并计时；这样就可以使电池工作在一个正常的电压范围内，避免蓄电池因过放电、过载而造成的寿命缩短。

所述主站监控层包括主站服务器，以及监控工作站，监控工作站接收到主站服务器传送的数据后进行数据储存与分析并显示分析结果；所述信号处理层根据监控工作站的分析结果发出报警信号，实现实时监控。

以上实施例只是本发明的一种较佳方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其他的变体及改型。

Claims (8)

1.一种四路配网质量监控装置，其特征是，包括微处理器、供电模块、外设输入输出模块、通信模块、电路采样模块、RS485智能电容接口、线圈继电器模块和AD转换电路，所述电源模块和所述微处理器连接，所述电源模块和所述微处理器连接，所述外设输入输入模块和微处理器连接，所述同心模块和微处理器连接，所述电路采样模块和微处理器连接，所述RS485电容接口和微处理器连接，所述线圈继电器模块和电源模块、微处理器连接，所述AD转换电路安装在所述微处理器上。

2.根据权利要求1所述的一种四路配网质量监控装置，其特征是，所述电路采样模块包括电流波波放大电路、电流采样、B路电压滤波放大电路、B路电压采样、负载电压滤波放大电路、负载电压采样、A路电压滤波放大电路和A路电压采样，配网供电质量监控装置以A路电压采样、B路电压采样、负载电压采样和电流四个通道采用20毫秒速率进行循环数据采样。

3.根据权利要求1所述的一种四路配网质量监控装置，其特征是，所述供电模块包括风光互补系统、电源、充电电路和锂电池，电源和风光互补系统连接，是通过锂电池进行装置的主要工作电源，电源和充电电路连接，充电电路和锂电池连接，锂电池和微处理器连接，提供电路板工作电源。

4.根据权利要求1所述的一种四路配网质量监控装置，其特征是，外设输入输出模块包括键盘输入和LCD液晶显示器。

5.根据权利要求1或3或4所述的一种四路配网质量监控装置，其特征是，通信模块包括5G通信模块、LORA通信模块和RS485排，微处理器和LCD液晶显示器连接，建立远程和监测装置之间的通信连接。

6.根据权利要求1和2所述的一种四路配网质量监控装置，其特征是，电流采样经电流波波放大电路后再经AD转换电路和微处理器连接，B路电压采样经B路电压滤波放大电路后再经AD转换电路和微处理器连接，负载电压采样经负载电压滤波放大电路后再经AD转换电路同样和微处理器连接，A路电压采样也经A路电压滤波放大电路后再经和微处理器连接，建立完整的监测数据采集通道。

7.根据权利要求1所述的一种四路配网质量监控装置，其特征是，线圈继电器模块包括线圈继电器、线圈控制器继电器和自锁铁芯磁线圈控制继电器，线圈继电器、线圈控制器继电器、自锁铁芯磁线圈控制继电器常开主触点和电源连接。

8.一种四路配网质量监控方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1：配网供电质量监控装置以A路电压采样、B路电压采样、负载电压采样、电流四个通道采用20毫秒速率进行循环数据采样；

步骤S2：当监控装置采样数据出现异常时，微处理器将提取各用电设备推送的数据进行综合分析，在排除电子元件出现误差故障时，及时给出初步结论；

步骤S3：进行数据同步，利用5G通信模块和LORA通信模块招测安装于同供电区域内分支线的监控装置数据，再进行分段数据运算、分析，结果和异常数据比较；

步骤S4：当结果和异常数据相同时，微处理器启动低压线路电压自动调压程序，调压步骤从智能电容投或切、有载调压变压器分接头上调或下调档位、低压线路用户改接顺序进行，智能电容投切则按低压线路未端安装有智能电容的配网供电质量监控柜开始，逐步向上延伸至公变安装点。

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