CN116667266B - 一种高可靠性专变采集终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高可靠性专变采集终端，属于测量电变量领域。所述终端的控制模块包括继电器控制电路和断线检测电路，断线检测电路包括整流电、限流电路、储能电路和充电控制及信号检测电路；限流电路与整流电路的输入端相连接；整流电路的输出端与储能电路相连接；充电控制及信号检测电路包括PWM信号输入端、检测导通控制部分和光耦E1。本发明可以减少控制回路断线检测电路的抽取电流，防止断路器误跳闸，同时还能扩宽控制回路可接入电压的范围，并避免启动过程IO口在不可控状态下输出高电平而导致继电器误动作。

Description

一种高可靠性专变采集终端
技术领域
本发明涉及测量电变量领域，具体涉及一种专变采集终端。
背景技术
随着经济社会发展，电力供应特别在用电高峰日趋紧张，实施有序用电以及需求侧响应势在必行。有序用电是指根据电网运行状况和用户用电需求，通过合理调度和控制用户负荷，实现电力供需平衡和优化资源配置的一种方式。需求侧响应是指在电网运行异常或紧急情况下，通过激励或约束用户减少或增加负荷，以改善或恢复电网安全稳定运行的一种措施。
为了实现有序用电和需求侧响应，需要对用户负荷进行远程控制，即通过专变采集终端控制模块的向用户负荷开关发送拉合闸指令。控制模块包括继电器控制电路和断线检测电路。其中，继电器控制电路用于根据控制信号开启和关闭控制电源，达到控制继电器动作的目的。控制电源通过终端的控制端子及继电器控制回路与用户负荷开关的控制触点相连接。断线检测电路则用于在执行拉合闸指令之前，获取当前继电器控制回路的状态，判断用户负荷开关是否正常接入。
但现有技术中的断线检测电路和继电器控制电路各自都存在缺陷，无法保证供电系统的正常运转：
一、目前广泛采用的断线检测电路如图3所示：由限流电阻R15、整流管V7、光耦E3与电阻R17组成，控制回路正常时，光耦E3导通，检测信号为高电平输出给主控系统。此方案由于需保证光耦可靠导通才能正确判别，所以存在两个问题：一是断线检测电路从控制回路线抽取电流达到mA级别，二是当控制回路接入电压等级较低时不能正确判别。对于部分新型分励式脱扣器，其所需驱动电流比传统脱扣器驱动电流小，当终端内置断线检测电路后，该电路产生的漏电流可能会造成这类脱扣器脱扣风险，导致断路器产生误跳。所以，该方案难以满足现场实际高可靠性需求。
二、常规的继电器控制电路如图4所示：此方案采用单IO控制逻辑，然而在系统启动过程中，IO口CTR_EN1可能处于不可控状态，一旦主控系统IO口CTR_EN1输出高电平，将使V31意外导通，触发控制电源打开，导致继电器误动作。
发明内容
本发明提出了一种高可靠性专变采集终端，其解决的技术问题是：（1）断线检测电路从控制回路线抽取电流过大，容易出现断路器误跳闸的问题；（2）控制回路可接入电压的范围小，当接入电压较低时无法正确判别的问题；（3）启动过程中IO口在不可控状态下输出高电平，导致继电器误动作的问题。
本发明技术方案如下：
一种高可靠性专变采集终端，包括控制模块，所述控制模块包括继电器控制电路和断线检测电路，所述断线检测电路包括整流电路，所述断线检测电路还包括限流电路、储能电路和充电控制及信号检测电路；
所述限流电路与整流电路的输入端相连接；
所述整流电路的输出端与储能电路相连接；
所述充电控制及信号检测电路包括PWM信号输入端、检测导通控制部分和光耦E1；储能电路的输出端与光耦E1的输入端相连接于放电检测回路中，光耦E1用于根据储能电路的储能电压发出检测信号；所述检测导通控制部分用于根据PWM信号控制放电检测回路的通断。
作为所述高可靠性专变采集终端的进一步改进：所述储能电路包括稳压二极管V2和储能电容C1，所述整流电路的正输出端与稳压二极管V2的负极以及储能电容C1的一端分别相连接，所述整流电路的负输出端与稳压二极管V2的正极以及储能电容C1的另一端分别相连接，储能电容C1的另一端接地。
作为所述高可靠性专变采集终端的进一步改进：储能电容C1的一端作为储能电容的输出端与光耦E1的输入端正极相连接；
光耦E1的输出端正极与电源正极相连接，光耦E1的输出端负极作为断线检测电路的信号输出端并通过电阻R5接地。
作为所述高可靠性专变采集终端的进一步改进：所述检测导通控制部分包括光耦E2和三极管V5；
所述光耦E1的输入端负极通过电阻R7与所述光耦E2的输出端正极相连接，所述光耦E2的输出端负极接地；所述三极管V5用于根据PWM信号控制光耦E2的输出端通断。
作为所述高可靠性专变采集终端的进一步改进：所述PWM信号输入端通过电阻R13与三极管V5的基极相连接；三极管V5的发射极接地且通过电阻R14与基极相连接；三极管V5的集电极通过电阻R6与电源正极相连接，集电极还通过电阻R11与光耦E2的输入端负极相连接；光耦E2的输入端正极与电源正极连接。
作为所述高可靠性专变采集终端的进一步改进：所述限流电路包括2个以上串联的电阻。
作为所述高可靠性专变采集终端的进一步改进：所述继电器控制电路包括双IO控制电路和缓启电路。
作为所述高可靠性专变采集终端的进一步改进：所述双IO控制电路包括第一IO输入端、第二IO输入端和三极管V32，第一IO输入端和第二IO输入端与主控系统的两个同属性IO口分别相连接，用于控制三极管V32通断；
所述缓启电路包括MOS管V8和用于控制MOS管V8通断的电容C19；
所述三极管V32用于控制电容C19所在的充电线路的通断。
作为所述高可靠性专变采集终端的进一步改进：所述第一IO输入端通过电阻R24接地、还通过电阻R29与三极管V32的基极相连接；
所述第二IO输入端通过电阻R33连接电源正极，并且通过电阻R34与三极管V32的基极相连接，并且还与三极管V32的发射极相连接。
作为所述高可靠性专变采集终端的进一步改进：缓启电路还包括电阻R19和电阻R28；
所述电容C19的一端与MOS管V8的S极相连接、另一端与MOS管V8的G极相连接，电容C19的一端还与电源正极相连接，电容C19的另一端还通过电阻R28与三极管V32的集电极相连接；三极管V32的集电极还通过电阻R19与电容C19的一端相连接；
所述MOS管V8的D极为缓启电路的输出端。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明通过加入限流电路，可以减少断线检测电路受控线路的抽取电流（在控制线常开触点之间接入220V交流电的情况下，从受控回路抽取电流小于100uA），从而防止断路器误跳闸，从源头保证了断线检测电路的高可靠性。
（2）本发明中的断线检测电路中还设有储能电路和充电控制及信号检测电路，断线的检测是在PWM的信号的控制下进行的，当PWM信号为低电平时，储能电路处于充电状态，不检测其输出信号，当其电压升高后，PWM信号置为高电平，此时储能电路、光耦E1和光耦E2所在线路导通，储能电路处于放电状态，通过光耦E1发出检测信号。通过控制PWM信号的占空比，可以改变充电和放电的时间比，如果接入电压较低，可以适当延长充电时间，从而确保每次检测时储能电路的输出电压足以驱动光耦E1发出正确的检测信号，扩宽了可接入电压的范围。
（3）继电器控制电路采用双逻辑控制方式，将主控系统的两个IO口配置为处理器同属性IO口，只有当主控系统正常启动且程序主动配置一IO口为高电平、另一IO口为低电平时才可打开V32，从而避免了系统启动过程中的IO口不可控状态所造成的继电器误动。
附图说明
图1为本发明断线检测电路的电路图；
图2为本发明继电器控制电路的电路图；
图3为传统的断线检测电路的电路图；
图4为传统的继电器控制电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的技术方案：
一种高可靠性专变采集终端，包括控制模块，所述控制模块包括继电器控制电路和断线检测电路。
如图1，所述断线检测电路包括限流电路1、整流电路2、储能电路3和充电控制及信号检测电路4。
所述限流电路1与整流电路2的输入端相连接。所述限流电路1包括2个以上串联的电阻，可以减小整流电路2的抽取电流，防止断路器误跳闸。本实施例中，其包括R8、R1、R2、R3、R4、R9。
所述整流电路2将常开回路输入的交流信号整流为直流信号，可以实现检测信号交直流自适应，其输出端与储能电路3相连接。
具体的，所述储能电路3包括稳压二极管V2和储能电容C1。所述整流电路2的正输出端与稳压二极管V2的负极以及储能电容C1的一端分别相连接，所述整流电路2的负输出端与稳压二极管V2的正极以及储能电容C1的另一端分别相连接，储能电容C1的另一端接地。
所述充电控制及信号检测电路4包括PWM信号输入端、检测导通控制部分和光耦E1。所述检测导通控制部分包括光耦E2和三极管V5。
PWM信号输入端与主控系统相连接。
储能电路3的输出端与光耦E1的输入端相连接于放电检测回路中，光耦E1用于根据储能电路3的储能电压发出检测信号。所述检测导通控制部分用于根据PWM信号控制放电检测回路的通断。
具体的，储能电容C1的一端作为储能电容的输出端与光耦E1的输入端正极相连接。
光耦E1的输出端正极与电源正极VDD相连接，光耦E1的输出端负极作为断线检测电路的信号输出端YK_TE1并通过电阻R5接地。信号输出端YK_TE1连接至主控系统，向主控系统发送检测信号。
所述光耦E1的输入端负极通过电阻R7与所述光耦E2的输出端正极相连接，所述光耦E2的输出端负极接地，构成所述放电检测回路。
所述三极管V5用于根据PWM信号控制光耦E2的输出端通断：所述PWM信号输入端通过电阻R13与三极管V5的基极相连接；三极管V5的发射极接地且通过电阻R14与基极相连接；三极管V5的集电极通过电阻R6与3.3V电源正极相连接，集电极还通过电阻R11与光耦E2的输入端负极相连接；光耦E2的输入端正极与电源正极连接。
断线检测时，主控系统发出PWM信号，通过三极管V5和光耦E2控制储能电路3不断进行充电和放电。主控系统将PWM信号置为低电平时，三极管V5关闭，光耦E2截止，放电检测回路断开，电容C1进入充电储能阶段，此时主控系统不进行信号判别。当充电至保护电压附近时，PWM信号置为高电平，此时三极管V5打开，光耦E2导通，进一步的R7、光耦E1和C1构成的放电检测回路导通，电容C1处于放电状态，此时通过光耦E1可以发出检测信号，同时主控系统通过YK_TE1的信号来进行断线判别。
该电路的巧妙之处在于：电容C1不断进行充放电循环，且充放电的时间可以通过PWM信号的占空比进行调整，确保放电时如果应当发出断线信号则电容C1的电压足以达到一定的范围以驱动光耦E1，从而扩宽了控制回路可接入电压的范围。
如图2，所述继电器控制电路包括双IO控制电路5和缓启电路6。
所述双IO控制电路5包括第一IO输入端、第二IO输入端和三极管V32，第一IO输入端和第二IO输入端与主控系统的两个同属性IO口CTR_EN1和CTR_EN2分别相连接，用于控制三极管V32通断。
具体的，所述第一IO输入端通过电阻R24接地、还通过电阻R29与三极管V32的基极相连接。所述第二IO输入端通过电阻R33连接电源正极，并且通过电阻R34与三极管V32的基极相连接，并且还与三极管V32的发射极相连接。
进一步的，所述缓启电路6包括MOS管V8和用于控制MOS管V8通断的电容C19，还包括电阻R19和电阻R28。所述三极管V32用于控制电容C19所在的充电线路的通断：所述电容C19的一端与MOS管V8的S极相连接、另一端与MOS管V8的G极相连接，电容C19的一端还与5V电源正极相连接，电容C19的另一端还通过电阻R28与三极管V32的集电极相连接；三极管V32的集电极还通过电阻R19与电容C19的一端相连接。
所述MOS管V8的D极为缓启电路6的输出端，输出控制电源信号。
主控系统的IO口CTR_EN1与CTR_EN2配置为处理器同属性IO口PB3、PB4。CTR_EN1配置下拉电阻R24，默认为低电平；CTR_EN2配置上拉电阻R33,默认为高电平。三极管V32处于反偏状态时不打开，MOS管V8截止，控制电源不开启。只有当主控系统正常启动、主动配置CTR_EN1为高电平、CTR_EN2为低电平时才可打开三极管V32，此时电容C19开始充电，直至电压可以使MOS管V8导通，控制电源开启，MOS管V8的D极输出5V电压，既避免了IO口状态不确定导致的误触发，也实现了延迟开启，使控制电源开启时不会导致跌落，影响继电器动作。

Claims (8)

1.一种高可靠性专变采集终端，包括控制模块，所述控制模块包括继电器控制电路和断线检测电路，所述断线检测电路包括整流电路（2），其特征在于：所述断线检测电路还包括限流电路（1）、储能电路（3）和充电控制及信号检测电路（4）；
所述限流电路（1）与整流电路（2）的输入端相连接；
所述整流电路（2）的输出端与储能电路（3）相连接；
所述充电控制及信号检测电路（4）包括PWM信号输入端、检测导通控制部分和光耦E1；储能电路（3）的输出端与光耦E1的输入端相连接于放电检测回路中，光耦E1用于根据储能电路（3）的储能电压发出检测信号；所述检测导通控制部分用于根据PWM信号控制放电检测回路的通断；
所述继电器控制电路包括双IO控制电路（5）和缓启电路（6）；
所述双IO控制电路（5）包括第一IO输入端、第二IO输入端和三极管V32，第一IO输入端和第二IO输入端与主控系统的两个同属性IO口分别相连接，用于控制三极管V32通断；
所述缓启电路（6）包括MOS管V8和用于控制MOS管V8通断的电容C19；
所述三极管V32用于控制电容C19所在的充电线路的通断。
2.如权利要求1所述的高可靠性专变采集终端，其特征在于：所述储能电路（3）包括稳压二极管V2和储能电容C1，所述整流电路（2）的正输出端与稳压二极管V2的负极以及储能电容C1的一端分别相连接，所述整流电路（2）的负输出端与稳压二极管V2的正极以及储能电容C1的另一端分别相连接，储能电容C1的另一端接地。
3.如权利要求2所述的高可靠性专变采集终端，其特征在于：储能电容C1的一端作为储能电容的输出端与光耦E1的输入端正极相连接；
光耦E1的输出端正极与电源正极相连接，光耦E1的输出端负极作为断线检测电路的信号输出端并通过电阻R5接地。
4.如权利要求3所述的高可靠性专变采集终端，其特征在于：所述检测导通控制部分包括光耦E2和三极管V5；
所述光耦E1的输入端负极通过电阻R7与所述光耦E2的输出端正极相连接，所述光耦E2的输出端负极接地；所述三极管V5用于根据PWM信号控制光耦E2的输出端通断。
5.如权利要求4所述的高可靠性专变采集终端，其特征在于：所述PWM信号输入端通过电阻R13与三极管V5的基极相连接；三极管V5的发射极接地且通过电阻R14与基极相连接；三极管V5的集电极通过电阻R6与电源正极相连接，集电极还通过电阻R11与光耦E2的输入端负极相连接；光耦E2的输入端正极与电源正极连接。
6.如权利要求1所述的高可靠性专变采集终端，其特征在于：所述限流电路（1）包括2个以上串联的电阻。
7.如权利要求1所述的高可靠性专变采集终端，其特征在于：所述第一IO输入端通过电阻R24接地、还通过电阻R29与三极管V32的基极相连接；
所述第二IO输入端通过电阻R33连接电源正极，并且通过电阻R34与三极管V32的基极相连接，并且还与三极管V32的发射极相连接。
8.如权利要求7所述的高可靠性专变采集终端，其特征在于：缓启电路（6）还包括电阻R19和电阻R28；
所述电容C19的一端与MOS管V8的S极相连接、另一端与MOS管V8的G极相连接，电容C19的一端还与电源正极相连接，电容C19的另一端还通过电阻R28与三极管V32的集电极相连接；三极管V32的集电极还通过电阻R19与电容C19的一端相连接；
所述MOS管V8的D极为缓启电路（6）的输出端。
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