CN202737576U - 一种用于低压配电网的智能测控装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于低压配电网的智能测控装置，所述智能测控装置包括供电单元、信号采集单元、远程测控单元、数据分析处理单元、人机交互单元和通讯管理单元，其中，数据分析处理单元分别与信号采集单元、远程测控单元、人机交互单元和通讯管理单元连接。所述装置对低压配电网的参数进行检测，通过数据分析处理单元进行处理分析，了解配网的实时运行状态并将处理结果上传给上位机，实现低压配电网的智能化控制。本实用新型的技术方案提高了劳动生产率，减少了配电网设备的维护成本，实现了与现代化自动配电网络兼容，提高了低压配电网的供电质量及稳定性。
Description
技术领域
本实用新型属于电力自动化技术领域，涉及一种配电网络控制系统，尤其涉及一种用于低压配电网的智能测控装置。
背景技术
随着输变电网络自动化的日趋完善，配电自动化成为电力部门工作的重点。冰箱、空调、电脑、电动车等大量的非线性和冲击性负荷广泛应用，对电网的安全、可靠、稳定运行带来了一定的负面影响。这些电力电子设备、非线性负荷等元件的广泛应用以及新出现的分布式电源，导致一些因分布式电源自身特殊性而引发的电能质量问题日益突出，再加上农村电力用户对供电可靠性和供电质量提出了更高、更新的要求，对电能质量进行有效监测和分析尤为重要。
与现代化的自动高压配电所相比，有些低压配电网络仍然采用人工管理，尤其在农村这种供电、配电管理方式造成供、用电之间的矛盾逐渐显示出来。主要问题有几方面：1）线路复杂导致经常跳闸，电工维护强度大，工作效率低；2）当线路出现故障时，无法跟踪定位，查找故障难度大，耗时长；3）人为因素较多，管理措施不完善，容易出现安全隐患；4）采用人工上门抄表，既浪费人力又容易出错。难以与现代化的自动配电网络兼容。加上配电网本身存在的问题如：1）三相电压不平衡检测；2）频率偏差、负载率、电压合格率、谐波含有率、谐波总畸变率检测；3）无功功率检测和动态补偿问题；4）配变台区剩余电流值和剩余电流动作保护运行工况；5）配变台区出线线路保护问题；6）防窃电、防盗、信息安全；7）智能电能表数据采集、工况检测、供电电能质量检测、智能电能表异常运行状况分析、判断、告警、传输；8）配网中四遥问题等。针对这些不利影响，需要一种智能化程度更高的设备或装置进行实时监测,了解配网运行状态，根据实际情况实时解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于低压配电网的智能测控装置，通过对低压配电网进行智能控制并将配电网的运行情况传输到上位机，实现低压配电网的智能化控制。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种用于低压配电网的智能测控装置，所述智能测控装置包括供电单元、信号采集单元、远程测控单元、数据分析处理单元、人机交互单元和通讯管理单元，其中，数据分析处理单元分别与信号采集单元、远程测控单元、人机交互单元和通讯管理单元连接，
所述供电单元用于为整个控制装置提供电源；
所述信号采集单元用于对配电网的模拟量信号进行采样并发送到数据分析处理单元进行处理；
所述远程测控单元用于将从远端采集的配电网的开关量信号发送到数据分析处理单元进行处理并对从数据分析处理单元发送来的控制指令进行响应；
所述数据分析处理单元用于对从相关联单元（信号采集单元和远程测控单元）发送来的信号进行处理并将处理结果发送到与通讯管理单元连接的上位机及配电网；
所述人机交互单元用于显示从数据分析处理单元发送来的配电网的参数信息并对配电网的参数信息进行设置；
所述通讯管理单元用于实现数据分析处理单元与上位机及配电网的数据传输。
所述信号采集单元包括电压互感器和电流互感器，所述电压互感器和电流互感器分别用于对配电网线路的电压信号和电流信号进行采集，所述电压、电流信号经数据分析处理单元处理后作为装置的保护判据。
所述人机交互单元包括显示模块和设置模块，所述显示模块用于显示从数据分析处理单元发送来的配电网的参数信息及经设置模块设置后的配电网参数信息，所述设置模块用于对配电网的参数信息进行设置。
所述数据分析处理单元与通讯管理单元通过CAN总线进行连接。
所述通讯管理单元包括两个串行口，其中一个串行口与上位机进行通讯，另外一个串行口通过串口扩展芯片扩展成至少两个串行口与配电网设备进行通讯。
所述通讯管理单元包括两个RS-232串行口，其中一个RS-232串行口通过GPRS无线传输模块与上位机进行双向通讯；另一个RS-232串行口通过串口扩展芯片扩展成4个RS-485串行口分别与剩余电流动作保护器、无功补偿控制器、三相智能电能表以及集中器等进行双向通讯。
所述通讯管理单元包括USB接口和光纤接口。
所述控制装置还包括存储单元，所述存储单元用于存储数据处理单元接收的从与其相关联单元发送来的设置后的配电网参数信息。
所述存储单元包括非易失性存储器。
所述供电单元采用三相交流供电，三相电源互为备份。
采用本实用新型的技术方案，对低压配电网的参数进行检测，通过数据分析处理单元进行处理分析，了解配网的实时运行状态并将处理结果上传给上位机，实现低压配电网的智能化控制。本实用新型的技术方案提高了劳动生产率，减少了配电网设备的维护成本，实现了与现代化自动配电网络兼容，提高了低压配电网的供电质量及稳定性。
附图说明
图1为本实用新型具体实施例的低压配电网智能测控装置的结构框图；
图2为本实用新型具体实施例的通讯管理单元经串口扩展芯片扩展后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
图1为本实用新型具体实施例的低压配电网智能测控装置的结构框图。如图1所示，所述智能测控装置包括供电单元101、数据分析处理单元102、信号采集单元103、远程测控单元104、人机交互单元105、存储单元106和通讯管理单元109，其中，所述数据分析处理单元102分别与信号采集单元103、远程测控单元104、人机交互单元105、存储单元106和通讯管理单元109连接。
所述供电单元101为整个智能测控装置提供电源，所述供电单元采用三相交流电供电，通过电压变换得到不同幅值的直流电压为整个控制装置供电（如12V、5V、3.3V等）。所述供电单元101具有失电保护功能，三相交流电压互为备份，当其中一相电压失电时，其他两相电压在有电压存在的情况下可用作备份电源。
所述信号采集单元103对配电网的模拟量信号进行采样并发送到数据分析处理单元102进行处理。所述信号采集单元103包括电压互感器和电流互感器，配电网线路中的大电流、高电压（380V/220V）分别经电流互感器和电压互感器变换成小电流、低电压，所述低电压、小电流信号经数据分析处理单元102处理后作为装置的保护判据。
所述远程测控单元104将从远端采样得到的配电网的开关量信号发送到数据分析处理单元102进行处理并对从数据分析处理单元102发送来的控制指令进行响应。所述远程测控单元104采集的开关量信号主要包括断路器辅助接点分合信号、配电变压器综合配电柜(JP柜)柜门分合信息等，并将所述信息发送给数据分析处理单元，数据分析处理单元作相应处理后通过SCI(SerialCommunication Interface,串行通信接口)，发送给人机交互单元进行显示；所述远程测控单元104接收数据分析处理单元保护动作出口跳闸命令，以及根据数据分析处理单元发出的控制指令进行断路器的就地和远方传动试验。所述开关量信号由各种辅助接点通过“开/合”转换提供，只有两种状态，以区别于通过网络通信接口传输的信号。开关量的信号源一般在距离数据信号处理单元较远的地方，为了减少电信号在传输过程中的损失，通常采用强电系统进行传输。
所述数据分析处理单元102用于对从相关联单元（信号采集单元和远程测控单元）发送来的信号进行处理并将处理结果发送到与通讯管理单元109连接的上位机及配电网。数据分析处理单元102根据信号采集单元103的电压、电流互感器在配变与开关之间实时采集电压、电流等参数，作为保护判据，实现对变压器低压侧总线路的过流、过负荷、过压及欠压等保护。当配电网线路有故障发生时，相应保护动作信息(动作类型、动作时间等)一方面通过SCI通讯发送到人机交互单元显示并存储到存储单元106；另一方面通过CAN总线发送给通讯管理单元109，通讯管理单元109通过GPRS无线数据传输模块无线上传给上位机；数据分析处理单元102还用于接收人机交互单元设置和上位机远程设置的总线路保护定值、无功补偿控制器参数和剩余电流动作保护器参数，并将设置后的定值和参数保存到非易失性存储器中（如铁电存储器等），做到掉电不丢失。
所述人机交互单元105用于显示从数据分析处理单元102发送来的配电网的参数信息并对配电网的参数信息进行设置。所述人机交互单元105包括显示模块和设置模块，所述显示模块用于显示从数据分析处理单元发送来的配电网的参数信息及经设置模块设置后的配电网参数信息，所述设置模块用于对配电网的参数信息进行设置。具体的，人机交互单元105一方面从数据分析处理单元索要线路首、末端参数(电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率等)及无功补偿控制器参数进行实时显示；一方面接受数据分析处理单元102发送的保护动作信息、断路器、配电变压器综合配电柜(JP柜)柜门开合、剩余电流动作保护器状态、电容器投切状态等信息并进行实时显示；所述人机交互单元还接收设置模块通过按键实时输入来修改保护定值、剩余电流动作保护器定值、电容器投切定值等信息，并实时显示设置后的信息并且发送给数据分析处理单元、剩余电流动作保护器、无功补偿控制单元等。
图2为本实用新型具体实施例的通讯管理单元经串口扩展芯片扩展后的结构示意图。如图2所示，本实施例以三条配电线路为例进行说明。其中，供电单元101为整个装置供电；数据分析处理单元包括第一数据分析处理单元1021和第二数据分析处理单元1022，所述第一数据分析处理单元1021用于对从相关联单元发送来的总线路配电网参数信息进行处理，所述第二数据分析处理单元1022用于对各配电支路参数信息进行处理；信号采集单元包括第一信号采集单元1031和第二信号采集单元1032，所述第一信号采集单元1031用于对总线路配电网的电压、电流信号进行采样并将采样后的信号发送到第一数据分析处理单元，所述第二信号采集单元1032用于对各配电支路的电压、电流信号进行采样并将采样后的信号发送到第二数据分析处理单元；远程测控单元104用于对远端断路器分合记录状态、JP柜门开合记录及状态、电容器投切状态、剩余电流动作保护器状态等采样及远程控制断路器就地和远程分合闸等响应动作。所述通讯管理单元109用于实现第一数据分析处理单元1021和第二数据分析处理单元1022与上位机及配电网的数据传输。所述通讯管理单元包括两个串行口，其中一个串行口与上位机进行通讯，另外一个串行口通过串口扩展芯片扩展成至少两个串行口与配电网设备进行通讯。
本实施例中，所述通讯管理单元109包括两个RS-232串行口，其中一个RS-232串行口与GPRS无线数据传输模块111进行双向通讯，所述GPRS无线数据传输模块111通过无线传输方式与上位机进行双向通讯，当然，所述通讯管理单元还可以经RS-232串行口通过高压载波模块与上位机进行有线双向通讯；另一个RS-232串行口通过串口扩展芯片扩展成4个RS-485串行口分别与剩余电流动作保护器(112、113、114)、无功补偿控制器115、三相总表116、集中器117等进行双向通讯。
通讯管理单元109自带的RS-232串行口与GRPS无线数据传输模或高压载波模块进行双向通讯，接受上位机或向上位机发送相关信息。所述信息包括：上位机远程修改的线路保护定值、线路首、末端无功补偿控制器115定值、剩余电流动作保护器(112、113、114)定值、三相总表116参数、集中器117以及各个用户电能表定值等信息；上位机下发的远程分合断路器等命令；向上位机上传线路首末端电压、电流等参数、配电变压器综合配电柜(JP柜)柜门和断路器分合等信息、剩余电流动作保护器状态等信息、线路首末端电容器投切等信息、各个用户电能表用电等信息。
通过串口扩展芯片将另一个RS-232串行口扩展成4个RS-485串行口，其中，
第一个RS-485串行口与剩余电流动作保护器（112、113、114）进行双向通讯：一方面接收剩余电流动作保护器（112、113、114）的状态信息；另一方面对剩余电流动作保护器（112、113、114）进行参数设置。
第二个RS-485串行口与无功补偿控制器115进行双向通讯信：一方面定时/不定时索要无功补偿控制采集的线路首、末端参数(电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率等)；另一方面接收上位机远程设置的无功补偿控制器115保护的相关参数。
第三个RS-485与三相总表116进行通讯：一方面接收三相总表信息，另一方面接收上位机远程设置的三相总表的相关参数。
第四个RS-485与集中器117进行通讯：一方面接收集中器采集的各个用户电能表信息，另一方面通过集中器设置各个用户电能表参数。
所述通讯管理单元包括USB接口和光纤接口，所述USB接口和光纤接口作为备用接口用于通讯管理单元与上位机、配电网及其他单元进行通讯。
所述数据分析处理单元（第一数据分析处理单元1021和第二数据分析处理单元1022）与通讯管理单元109通过CAN总线进行连接。CAN属于现场总线的范畴，它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。一方面通讯管理单元通过CAN总线接口给数据分析处理单元下发从上位机发送来的保护定值和遥控分合闸命令；一方面数据分析处理单元通过CAN总线接口给通讯管理单元发送实时修改的保护定值，并由通讯管理单元的串行口通过GPRS/载波上传给上位机；此外，数据分析处理单元通过CAN总线接口给通讯管理单元发送保护动作信息、断路器和配电变压器综合配电柜(JP柜)柜分合等信息等。
所述存储单元106用于存储数据处理单元接收的从与其相关联单元（上位机、人机交互单元等）发送来的设置后的配电网参数信息。所述存储单元106采用非易失性的存储器（如铁电存储器等）。存储单元与数据分析处理单元通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)总线系统进行数据传输。SPI总线系统是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。
采用本实用新型的技术方案，通过对低压配电网的参数进行检测，通过数据分析处理单元进行处理分析，了解配网的实时运行状态并将处理结果上传给上位机，实现低压配电网的智能化控制。本实用新型的技术方案提高了劳动生产率，减少了配电网设备的维护成本，实现了与现代化自动配电网络兼容，提高了低压配电网的供电质量及稳定性。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种用于低压配电网的智能测控装置，其特征在于，所述智能测控装置包括供电单元、信号采集单元、远程测控单元、数据分析处理单元、人机交互单元和通讯管理单元，其中，数据分析处理单元分别与信号采集单元、远程测控单元、人机交互单元和通讯管理单元连接，
所述供电单元用于为整个控制装置提供电源；
所述信号采集单元用于对配电网的模拟量信号进行采样并发送到数据分析处理单元进行处理；
所述远程测控单元用于将从远端采集的配电网的开关量信号发送到数据分析处理单元进行处理并对从数据分析处理单元发送来的控制指令进行响应；
所述数据分析处理单元用于对从信号采集单元和远程测控单元发送来的信号进行处理并将处理结果发送到与通讯管理单元连接的上位机及配电网；
所述人机交互单元用于显示从数据分析处理单元发送来的配电网的参数信息并对配电网的参数信息进行设置；
所述通讯管理单元用于实现数据分析处理单元与上位机及配电网的数据传输。
2.根据权利要求1所述的用于低压配电网的智能测控装置，其特征在于，所述信号采集单元包括电压互感器和电流互感器，所述电压互感器和电流互感器分别用于对配电网线路的电压信号和电流信号进行采集，所述电压、电流信号经数据分析处理单元处理后作为装置的保护判据。
3.根据权利要求1所述的用于低压配电网的智能测控装置，其特征在于，所述人机交互单元包括显示模块和设置模块，所述显示模块用于显示从数据分析处理单元发送来的配电网的参数信息及经设置模块设置后的配电网参数信息，所述设置模块用于对配电网的参数信息进行设置。
4.根据权利要求1所述的用于低压配电网的智能测控装置，其特征在于，所述数据分析处理单元与通讯管理单元通过CAN总线进行连接。
5.根据权利要求1所述的用于低压配电网的智能测控装置，其特征在于，所述通讯管理单元包括两个串行口，其中一个串行口与上位机进行通讯，另外一个串行口通过串口扩展芯片扩展成至少两个串行口与配电网设备进行通讯。
6.根据权利要求5所述的用于低压配电网的智能测控装置，其特征在于，所述通讯管理单元包括两个RS-232串行口，其中一个RS-232串行口通过GPRS无线传输模块与上位机进行双向通讯；另一个RS-232串行口通过串口扩展芯片扩展成4个RS-485串行口分别与剩余电流动作保护器、无功补偿控制器、三相智能电能表以及集中器进行双向通讯。
7.根据权利要求1或5所述的用于低压配电网的智能测控装置，其特征在于，所述通讯管理单元包括USB接口和光纤接口。
8.根据权利要求1所述的用于低压配电网的智能测控装置，其特征在于，所述控制装置还包括存储单元，所述存储单元用于存储数据处理单元接收的从与其相关联单元发送来的设置后的配电网参数信息。
9.根据权利要求8所述的用于低压配电网的智能测控装置，其特征在于，所述存储单元包括非易失性存储器。
10.根据权利要求1所述的用于低压配电网的智能测控装置，其特征在于，所述供电单元采用三相交流供电，三相电源互为备份。
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