CN114614564A - 基于hplc通信的多通道低压分路监测装置及拓扑识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了基于HPLC通信的多通道低压分路监测装置及拓扑识别方法。装置包括MCU、电流采集电路、电压采集电路、电压比较电路、RS485接口以及HPLC模块，装置的MCU通过HPLC模块接收到投切指令，并按照投切指令控制负载电容进行投切；负载电容投切时产生负载投切特征信并传输到电力线上，以使得上级的特征信号检测电路从电力线上检测到该特征信号，从而获取整个拓扑的上下级关系。本发明能够实现存量低压配电线路的数字化改造，实现低压线路拓扑动态识别，提升低压线路的监测水平。

Description

基于HPLC通信的多通道低压分路监测装置及拓扑识别方法
技术领域
本发明涉及一种基于HPLC通信的多通道低压分路监测装置及拓扑识别方法，属于低压台区监测技术领域。
背景技术
目前多数低压台区不具备线路运行状态的实时采集功能，在某些低压台区仅配电室总出线及第一级分支配备就地式或远传式计量表，在二级以上的分支处使用不具备通信功能的普通塑壳断路器进行过流保护，低压线路的运行状态不能做到全拓扑的实时采集。另外，由于台区低压配电线路末端用户较多，随着社会发展，低压线路的拓扑关系也在发生变化，从而导致低压台区拓扑关系与台账记录有偏差，而通过人工方式校验拓扑关系的工作量较大且不具备可行性。
随着低压配电物联网的发展，迫切需要将低压线路的运行状态和拓扑状态进行实时采集以便支撑高效运维和检修工作。
发明内容
本发明首先针对目前低压线路的运行状态以及拓扑关系不能做到实时采集，提供基于HPLC通信的多通道低压分路监测装置及拓扑识别方法。
第一方面，本发明提供中基于HPLC通信的多通道低压分路监测装置，包括：MCU、电流采集电路、电压采集电路、电压比较电路以及HPLC模块；
所述电流采集电路、电压采集电路、电压比较电路以及HPLC模块均与MCU连接；所述电流采集电路用于将电流互感器采集的电流信号转换为MCU能够采集的电压信号，并将该电压信号输入到MCU；
所述电压采集电路，用于将220V电压经过隔离和变换后转换为MCU能够采集的电压信号，并将该电压信号输入到MCU；所述电压比较电路，用于将选定线路的电压信号通过交流光耦变换为电平信号并将该电平信号输入到MCU从而通过MCU确定选定线路是否选定带电；所述HPLC模块，用于基于电力线实现通信；
所述装置还包括负载投切电路和负载电容，所述负载电容连接负载投切电路，所述负载投切电路连接MCU，所述负载投切电路用于接收MCU输出的信号控制负载电容的投切，所述负载电容用于产生负载投切特征信号并传输到电力线上；
所述特征信号检测电路用于检测电力线上的负载投切特征信号，并将所述特征信号输入到MCU。
进一步地，所述RS485接口，用于通过有线方式实现通信。
进一步地，所述装置还包括超级电容和超级电容控制电路，所述超级电容用于为所述装置提供备用电源，所述超级电容控制电路用于控制超级电容的充放电。
进一步地， 所述装置还包括蓝牙调试串口，所述蓝牙调试串口用于实现调试功能。
进一步地，所述装置还包括FLASH和EEPROM中的至少一种。
第二方面，本发明还提供了基于HPLC通信的多通道低压分路监测装置的拓扑识别方法，所述装置采用如以上技术方案任意一种实施例提供的基于HPLC通信的多通道低压分路监测装置，在低压台区的每级拓扑支路上分别连接所述装置；所述拓扑识别方法包括：
所述拓扑识别方法包括：
所述装置的MCU通过HPLC模块接收到投切指令，并按照投切指令控制负载电容进行投切；
负载电容投切时产生负载投切特征信并传输到电力线上，以使得上级的特征信号检测电路从电力线上检测到该特征信号，从而获取整个拓扑的上下级关系。
进一步地，所述方法具体包括：
获取低压台区所有所述装置的信息，将各个装置的信息存入队列，所述装置的信息包括装置地址；从队列中依次取出各个装置的信息，根据装置地址与对应的装置进行通信，通过HPLC模块向各装置的MCU发送投切指令，以使得各装置的MCU按照投切指令控制负载电容进行投切；
负载电容投切时产生负载投切特征信并传输到电力线上；
读取所有装置对从电力线上检测到特征信号的状态并存储；；重复该步骤直至所有的装置都遍历，根据所获得的全部监测状态获得整个供电网络低压台区的拓扑结构。
本发明的有益效果：本发明能够实现存量低压配电线路的数字化改造，实现低压线路拓扑动态识别，提升低压线路的监测水平，提高配电台区精益化管理水平和供电可靠性。在停电情况下仍然可以维持正常工作将停电状态进行判别和上报。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图1为本发明具体实施例的结构图；
附图2为本发明具体实施例的应用场景；
附图3为本发明具体实施例所涉及的动态拓扑识别原理；
附图4为本发明具体实施例所涉及的动态拓扑识别算法。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明专利的描述中，需要说明的是，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，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
实施例：如图1所示，基于HPLC通信的多通道低压分路监测装置，包括MCU、电流采集电路、电压采集电路、电压比较电路、RS485接口以及HPLC模块等。
MCU采用Cortex-M3内核具备多通道模数转换功能。
电流采集电路负责将外部CT采集的电流信号转换为MCU可采集的小电压信号。具体实施例中，通过使用开口CT的方式实现不停电安装，在进行设备安装和设备维修过程中不对用户的供电造成影响。
电压采集电路将第一条线路的220V电压经过隔离和变换后转换为MCU可采集的小电压信号。
电压比较电路将另外3条线路的电压信号通过交流光耦变换为电平信号从而可通过MCU采集线路是否带电。本实施例提供的装置能够实现多路低压供电线路状态实时监测。本发明通过多通道模数转换采集多个模拟量通道的数据，可对多达4条线路的运行状态进行实时监测。
可选地，所述装置包括FLASH和EEPROM，FLASH用于存储事件和曲线数据。EEPROM用于存储参数。
可选地，还包括看门狗和时钟，所述看门狗用于监控MCU的工作状态并在MCU死循环后将其复位，实时时钟用于提供可掉电保持的系统时钟。
可选地，还包括超电容控制电路用于控制超级电容的充放电，超级电容用于为系统提供备用电源。停电后设备可短时继续运行并上报停电信息。通过使用大容量超级电容作为后备电源，可实现在停电后长达3分钟的正常运行，可保证停电信息可靠上送。
如图1所示，本实施例中包括负载投切电路用于控制负载电容的平滑无扰投切，负载电容用于产生负载投切信号。特征信号检测电路用于检测负载电容投切所产生的特征信号。本发明通过负荷投切方式产生特征信号，基于特征信号只向拓扑上游传递的特征，通过检测特征信号实现动态拓扑识别。
可选地，包括蓝牙调试串口和RS485接口。蓝牙调试串口用于实现就地便捷调试功能。RS485接口用于有线方式的上行通信。
本实施例中 HPLC模块用于基于电力线的上行通信。使用电力线作为通信介质，不需要单独布通信电缆。
本发明所涉及的装置应用场景如图2所示，包括本发明所涉及的装置、台区智能融合终端、10kV变压器、低压配电柜、低压分支箱、电表箱。本发明所涉及的装置可安装在低压配电柜、低压分支箱或者点表箱中，对所处位置的供电线路状态进行实时监测，采用HPLC通信方式以电力线为介质与台区智能融合终端进行通信。
台区智能融合终端可通过一定的拓扑识别策略控制本发明所涉及的装置实现动态拓扑识别。
本发明所涉及的装置采用的动态拓扑识别方法如图3所示，图示为一个典型的低压台区供电拓扑结构，变压器通过多个分支向负载供电，图中空心圆点和实心圆点表示本发明所涉及的装置。当装置4-1通过电容的投切产生一个特征信号后，该信号会沿着拓扑结构向供电方向（即拓扑上游）传递，即装置4-0、2-1、2-0、1-1、1-0处（即图中实心圆点处）均可以检测到该特征信号，而其他装置（即图中空心圆点）均不能检测到该特征信号，由此可判断实心圆点处位于4-1的拓扑上游。通过依次控制每个装置发出特征信号并收集所有装置对特征信号的检测状态可获取整个拓扑的上下级关系，从而实现动态拓扑识别，具体方法如图4所示，首先获取装置的信息并放入队列，然后从队列中依次取出各个装置的信息，根据装置地址与对应的装置进行通信，控制其发出电容投切特征信号，然后读取所有装置对该特征信号的检测状态并存储，之后取出下一个装置重复上述过程直至所有的装置都处理完毕，此时根据所获得的信息可分析出各个装置的上下游关系，并据此获得整个供电网络的拓扑结构。
本发明提供的基于HPLC通信的多通道低压分路监测装置及拓扑识别方法，可进行电气量实时采集和动态拓扑识别的智能检测设备，可以对台区辐射位置的配电柜、配电箱、终端电表的电气参数进行监测，可实现台区拓扑自动识别，实现低压线路停电、欠压过压、过流、窃电、漏电、负荷波动等运行状态监测，实现低压线路运行状态监测、电气量监测等功能，提升低压线路的监测水平，提高配电台区精益化管理水平和供电可靠性。
本分明使用超级电容作为后备电源，在供电电源失电后可通过后备电源继续工作3分钟以上保证信息可靠上报，可不停电进行安装和拆卸，通过HPLC与上级的装置进行通信，使用电力线作为通信媒介，不需要单独布通信电缆。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法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。
本申请是参照根据本申请实施例的方法的流程图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和中的每一流程。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。
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。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于HPLC通信的多通道低压分路监测装置，其特征在于，包括：
MCU、电流采集电路、电压采集电路、电压比较电路、HPLC模块、负载投切电路和负载电容；
所述电流采集电路、电压采集电路、电压比较电路以及HPLC模块均与MCU连接；所述电流采集电路用于将电流互感器采集的电流信号转换为MCU能够采集的电压信号，并将该电压信号输入到MCU；
所述电压采集电路，用于将220V电压经过隔离和变换后转换为MCU能够采集的电压信号，并将该电压信号输入到MCU；所述电压比较电路，用于将选定线路的电压信号通过交流光耦变换为电平信号并将该电平信号输入到MCU从而通过MCU确定选定线路是否选定带电；所述HPLC模块，用于基于电力线实现通信；
所述负载电容连接负载投切电路，所述负载投切电路连接MCU，所述负载投切电路用于接收MCU输出的信号控制负载电容的投切，所述负载电容用于产生负载投切特征信号并传输到电力线上；
所述特征信号检测电路用于检测电力线上的负载投切特征信号，并将所述特征信号输入到MCU。
2.根据权利要求1所述的基于HPLC通信的多通道低压分路监测装置，其特征在于，还包括RS485接口，所述RS485接口与MCU连接，用于提供有线方式实现通信。
3.根据权利要求1所述的基于HPLC通信的多通道低压分路监测装置，其特征在于， 所述装置还包括超级电容和超级电容控制电路，所述超级电容用于为所述装置提供备用电源，所述超级电容控制电路用于控制超级电容的充放电。
4.根据权利要求1所述的基于HPLC通信的多通道低压分路监测装置，其特征在于， 所述装置还包括蓝牙调试串口，所述蓝牙调试串口用于实现调试功能。
5.根据权利要求1所述的基于HPLC通信的多通道低压分路监测装置，其特征在于，所述装置还包括FLASH和EEPROM中的至少一种。
6.如权利要求1~5任意一项所述基于HPLC通信的多通道低压分路监测装置的拓扑识别方法，其特征在于，在低压台区的每级拓扑支路上分别连接所述装置；所述拓扑识别方法包括：
所述装置的MCU通过HPLC模块接收到投切指令，并按照投切指令控制负载电容进行投切；
负载电容投切时产生负载投切特征信并传输到电力线上，以使得上级的特征信号检测电路从电力线上检测到该特征信号，从而获取整个拓扑的上下级关系。
7.根据权利要求6所述的基于HPLC通信的多通道低压分路监测装置的拓扑识别方法，其特征在于，所述方法具体包括：
获取低压台区所有所述装置的信息，将各个装置的信息存入队列，所述装置的信息包括装置地址；从队列中依次取出各个装置的信息，根据装置地址与对应的装置进行通信，通过HPLC模块向各装置的MCU发送投切指令，以使得各装置的MCU按照投切指令控制负载电容进行投切；
负载电容投切时产生负载投切特征信并传输到电力线上；
读取所有装置对从电力线上检测到特征信号的状态并存储；重复该步骤直至所有的装置都遍历，根据所获得的全部监测状态获得整个供电网络低压台区的拓扑结构。
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