CN204203382U - 三相负载不平衡远程监测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种三相负载不平衡远程监测电路，其特征在于：设置有ADE7880计量模块，该计量模块的输入端分别连接有三路电流采集电路和三路电压采集电路，三路电流采集电路和三路电压采集电路分别对应采集三相电源每一相线上的电流值和电压值，该计量模块的数据输出端与LPC2378微控制器相连，微控制器还连接有复位电路、铁电存储器、LCD触摸屏电路以及基于SIM5320的WCDMA通信模块，计量模块所监测的数据可通过WCDMA通信模块上传至远程管理中心；其显著效果是：电路原理简单，设计方便，可以在信号采集过程中屏蔽干扰，可以保证数据的计量精度，同时满足历史数据的查询和分析，实现数据的远程共享。
Description
技术领域
本实用新型涉及到电力监测技术，具体地说，是一种三相负载不平衡远程监测电路。
背景技术
随着电力系统的发展，电力用户的增多，配电网络的规模日益增大，对配电网电力参数的监测和管理水平提出了更高的要求。由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成危害也日趋严重。另外，电力用户的变化往往会改变配电网电力负载的结构，造成用户侧三相负载不平衡，使电网中产生负序电流和零序电流，随着中小用户包括居民用电比例逐年上升，这势必会增大配电系统的输电线及配电变压器损耗。而且由于配电系统的电压等级比较低，输电距离之和较长，配电系统的网络损耗相对于整个电力系统来说所占的比重较大。因此，精确监测配电用户侧的三相负载不平衡运行情况，以及谐波、电流电压的总谐波失真(THD)、基波及谐波的有功/无功等电力参数，对配电系统的经济安全运行，有着非常重要的意义。
现有技术中的三相负载不平衡监测大多是在变电站用于本地监测和控制，监测的数据往往也仅限于本辖区内，难以实现全网共享和历史数据分析，而且监测电路的精度不高。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型提供一种三相负载不平衡远程监测电路，能够实现远程监测和数据共享，实现历史数据查询和分析，同时提高监测电路的精度，满足配电系统经济安全运行的需求。
为达到上述目的，本实用新型所采用的具体技术方案如下：
一种三相负载不平衡远程监测电路，其关键在于：设置有ADE7880计量模块，该计量模块的输入端分别连接有三路电流采集电路和三路电压采集电路，所述三路电流采集电路和三路电压采集电路分别对应采集三相电源每一相线上的电流值和电压值，该计量模块的数据输出端与LPC2378微控制器相连，所述微控制器还连接有复位电路、铁电存储器、LCD触摸屏电路以及基于SIM5320的WCDMA通信模块，所述计量模块所监测的数据可通过WCDMA通信模块上传至远程管理中心；
所述电流采集电路包括电流互感器T1，该电流互感器T1的原边线圈串接在待测相线中，该电流互感器T1的副边线圈两端分别连接有磁珠L1和磁珠L2，磁珠L1的输出端经负载电阻R1接地，同时经电阻R3接ADE7880计量模块的电流采集通道的一个输入端；磁珠L2的输出端经负载电阻R2接地，同时经电阻R4接对应电流采集通道的另一输入端，所述电流采集通道的两个输入端还分别经电容C1和电容C2接地，在所述磁珠L1和磁珠L2的两个输出端之间还连接有双向瞬态抑制二极管ZV1；
所述电压采集电路包括电流型电压互感器T2，该电流型电压互感器T2原边线圈的两端分别连接有限流电阻RV1和限流电阻RV2，该电流型电压互感器T2副边线圈的两端分别连接有磁珠L3和磁珠L4，磁珠L3的输出端经负载电阻R5接地，同时经电阻R7接ADE7880计量模块的电压采集通道的一个输入端；磁珠L4的输出端经电阻R8接对应电压采集通道的另一输入端，所述电压采集通道的两个输入端还分别经电容C3和电容C4接地，在所述磁珠L3和接地端之间还连接有双向瞬态抑制二极管ZV2。
基于上述电路设计，利用ADE7880计量模块的高精度性能，可以提高监测电路的监测精度；采用SIM5320的WCDMA通信模块，可以接入3G网络，便于数据共享；配置铁电存储器，可以实现长时间的数据存储，便于历史数据查询和分析；搭建专用的电压检测电路和电流检测电路，可以实现抗混跌滤波和瞬态电流抑制，降低信号干扰。
作为进一步描述，所述电流采集电路中的负载电阻R1与负载电阻R2采用17.4Ω的精密电阻，电阻R3与电阻R4的阻值为1kΩ，电容C1与电容C2的电容值为10nF。
再进一步描述，所述电压采集电路中的限流电阻RV1和限流电阻RV2采用22kΩ/3W的金属膜电阻，负载电阻R5采用29.4Ω的精密电阻，电阻R7与电阻R8的阻值为1kΩ，电容C3与电容C4的电容值为10nF。
为了满足大数据永久性存储的需求，所述铁电存储器采用型号为FM28V020，从而实现历史数据的查询和分析。
在满足远程通信的基础上，为了实现系统节能，所述WCDMA通信模块中SIM5320的上电控制引脚连接在三极管Q1的集电极上，该三极管Q1的基极经电阻R9接LPC2378微控制器的一个控制输出端，该三极管Q1的发射极接地，在三极管Q1的基极与发射极之间连接有电阻R10，在三极管Q1的集电极与发射极之间连接有电容C5。可以通过LPC2378微控制器来控制WCDMA通信模块的上电情况，从而实现WCDMA通信模块的节能控制。
本实用新型的显著效果是：电路原理简单，设计方便，通过对电压采集电路和电流采集电路的改进，可以在信号采集过程中屏蔽干扰；配置高精度的计量模块，一方面可以满足三相电源的多通道的数据采集，另一方面可以保证数据的计量精度；同时设置铁电存储器和WCDMA通信模块，一方面可以满足历史数据的查询和分析，另一方面可以实现数据的远程共享，便于全网监测，从而满足配电系统经济安全运行的需求。
附图说明
图1是本实用新型的电路原理框图；
图2是图1中电流检测电路的电路原理图；
图3是图1中电压检测电路的电路原理图；
图4是图1中LPC2378微控制器与ADE7880计量模块之间的连接关系图；
图5是图1中LPC2378微控制器与SIM5320通信模块之间的连接关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
如图1-图3所示，一种三相负载不平衡远程监测电路，设置有ADE7880计量模块，该计量模块的输入端分别连接有三路电流采集电路和三路电压采集电路，所述三路电流采集电路和三路电压采集电路分别对应采集三相电源每一相线上的电流值和电压值，该计量模块的数据输出端与LPC2378微控制器相连，所述微控制器还连接有复位电路、铁电存储器、LCD触摸屏电路以及基于SIM5320的WCDMA通信模块，所述计量模块所监测的数据可通过WCDMA通信模块上传至远程管理中心；
所述电流采集电路包括电流互感器T1，该电流互感器T1的原边线圈串接在待测相线中，该电流互感器T1的副边线圈两端分别连接有磁珠L1和磁珠L2，磁珠L1的输出端经负载电阻R1接地，同时经电阻R3接ADE7880计量模块的电流采集通道的一个输入端；磁珠L2的输出端经负载电阻R2接地，同时经电阻R4接对应电流采集通道的另一输入端，所述电流采集通道的两个输入端还分别经电容C1和电容C2接地，在所述磁珠L1和磁珠L2的两个输出端之间还连接有双向瞬态抑制二极管ZV1；
所述电压采集电路包括电流型电压互感器T2，该电流型电压互感器T2原边线圈的两端分别连接有限流电阻RV1和限流电阻RV2，该电流型电压互感器T2副边线圈的两端分别连接有磁珠L3和磁珠L4，磁珠L3的输出端经负载电阻R5接地，同时经电阻R7接ADE7880计量模块的电压采集通道的一个输入端；磁珠L4的输出端经电阻R8接对应电压采集通道的另一输入端，所述电压采集通道的两个输入端还分别经电容C3和电容C4接地，在所述磁珠L3和接地端之间还连接有双向瞬态抑制二极管ZV2。
从图2可以看出，所述电流采集电路中的负载电阻R1与负载电阻R2采用17.4Ω的精密电阻，电阻R3与电阻R4的阻值为1kΩ，电容C1与电容C2的电容值为10nF。
从图3可以看出，所述电压采集电路中的限流电阻RV1和限流电阻RV2采用22kΩ/3W的金属膜电阻，负载电阻R5采用29.4Ω的精密电阻，电阻R7与电阻R8的阻值为1kΩ，电容C3与电容C4的电容值为10nF。
负载电阻是根据ADE7880的采样需求设定的，因此必须选用精密电阻，设置双向瞬态电流抑制二极管，可以防止瞬态电流脉冲对电路的冲击，通过配置电阻与电容的参数，可以在电流采集电路和电压采集电路中构成截止频率为15.9kHz的抗混叠滤波器，从而滤除干扰。
在具体实施过程中，铁电存储器采用Ramtron公司的FM28V020，用于保存通过ADE7880获取的三相电流、电压、功率、电能、谐波等电力参数。FM28V020是32K×8bit的非易失性存储器，其读写操作类似于标准SRAM，采用工业标准并行接口实现存取，存取时间为70ns，访问周期为140ns，能够承受至少为1014次写入操作和151年的数据保存时间，从而实现历史数据的保存，便于历史数据分析。
如图4所示，本方案所采用的LPC2378微控制器基于ARM7内核，是一个资源丰富、高度集成的片上系统微处理器，作为本设计的控制核心，用于实现对LCD触摸屏的控制，ADE7880的初始化及相关测量数据的获取、存储，以及与管理主机的通信；ADE7880是ADI公司新推出的一种三相高精度多功能计量芯片，适合测量各种三相配置下的电流、电压、有功、无功和视在功率，并且具有专门谐波分析引擎，可以实现最高63次谐波的分析，除了基本的谐波电能及总电能计算外，还可以选择任意次谐波分析，并且测量范围内的谐波测量误差都限制在1％的范围以内。
由于ADE7880提供三种串行通讯口(I2C接口、SPI接口以及HSDC接口)。专用高速数据采集(HSDC)端口可以与I2C配合使用，以访问ADC输出和实时功率信息。另外，该器件还有两个中断请求引脚IRQ0和IRQ1，用来指示一个使能的中断事件已经发生。
同时，ADE7880具有四种工作模式(正常功耗模式、降耗模式、低功耗模式、休眠模式)，具体的模式由PM0和PM1引脚的状态决定。
由于采用HSDC接口时，微控制器只能工作在从机模式，为了在满足数据采集速度的基础上，提高数据采集的灵活性，本方案采用LPC2378的SPI0接口实现与ADE7880的SPI接口通信，采用SPI接口时，LPC2378的SPI0工作在主机模式。
从图4可以看出，LPC2378的P1.21、P1.22分别与ADE7880的PM0、PM1连接，用于控制ADE7880的工作模式；LPC2378的EINT0、EINT1分别与ADE7880的IRQ0、IRQ1连接，用于接收ADE7880相应事件发生后的中断信号。
针对基于SIM5320的WCDMA通信模块而言，SIM5320模块具有紧凑的尺寸、超薄的厚度、支持下行速率达3.6Mbps，内嵌GPS和A-GPS，支持丰富的应用接口和软件特性。除了具有UART，USB，SPI，I2C，PCM，GPIO等丰富的硬件接口外，软件上还可以支持嵌入式LUA脚本、TCP/UDP，FTP/FTS，HTTP/HTTPs，SMTP/POP3，MMS等，为应用开发提供更大的灵活性和易用性。此外，该模块也支持WinCE、Android等操作系统的RIL层驱动，方便快速的开发与集成智能平台应用。
LPC2378的UART1包含标准调制解调器接口信号，能够方便的与SIM5320接口连接，LPC2378与SIM5320的连接如图5所示。SIM5320的管脚3(POWER_ON)为上电控制引脚，通过对该引脚施加低电平信号来控制SIM5320的上电或关机，上电时把该引脚拉到低电平并至少维持64ms，关机时把该引脚拉到低电平并至少维持500ms。
从图5可以看出，WCDMA通信模块中SIM5320的上电控制引脚连接在三极管Q1的集电极上，该三极管Q1的基极经电阻R9接LPC2378微控制器的一个控制输出端，该三极管Q1的发射极接地，在三极管Q1的基极与发射极之间连接有电阻R10，在三极管Q1的集电极与发射极之间连接有电容C5，通过LPC2378微控制器可以控制SIM5320的上电或关机，从而实现系统节能。
为了进一步验证本电路数据监测的准确性，可以对以下实验数据进行分析。
表1电压测试结果
表2电流测试结果
表3电压谐波测试结果
表4电流谐波测试结果
基于上述数据可以发现，本电路可以实现对配电用户侧电流、电压、谐波、THD、基波和谐波有功/无功、电能等电力参数的测量，通过与管理主机配合能够实现对配电网经济运行状况的分析，通过实验测试，电压的基本误差小于0.08％；电流的基本误差小于0.07％；电压谐波的基本误差小于0.522％；电流谐波的基本误差小于0.535％。能够满足监测终端对配电网电力参数测量精度的要求。
Claims (5)
1.一种三相负载不平衡远程监测电路，其特征在于：设置有ADE7880计量模块，该计量模块的输入端分别连接有三路电流采集电路和三路电压采集电路，所述三路电流采集电路和三路电压采集电路分别对应采集三相电源每一相线上的电流值和电压值，该计量模块的数据输出端与LPC2378微控制器相连，所述微控制器还连接有复位电路、铁电存储器、LCD触摸屏电路以及基于SIM5320的WCDMA通信模块，所述计量模块所监测的数据可通过WCDMA通信模块上传至远程管理中心；
所述电流采集电路包括电流互感器T1，该电流互感器T1的原边线圈串接在待测相线中，该电流互感器T1的副边线圈两端分别连接有磁珠L1和磁珠L2，磁珠L1的输出端经负载电阻R1接地，同时经电阻R3接ADE7880计量模块的电流采集通道的一个输入端；磁珠L2的输出端经负载电阻R2接地，同时经电阻R4接对应电流采集通道的另一输入端，所述电流采集通道的两个输入端还分别经电容C1和电容C2接地，在所述磁珠L1和磁珠L2的两个输出端之间还连接有双向瞬态抑制二极管ZV1；
所述电压采集电路包括电流型电压互感器T2，该电流型电压互感器T2原边线圈的两端分别连接有限流电阻RV1和限流电阻RV2，该电流型电压互感器T2副边线圈的两端分别连接有磁珠L3和磁珠L4，磁珠L3的输出端经负载电阻R5接地，同时经电阻R7接ADE7880计量模块的电压采集通道的一个输入端；磁珠L4的输出端经电阻R8接对应电压采集通道的另一输入端，所述电压采集通道的两个输入端还分别经电容C3和电容C4接地，在所述磁珠L3和接地端之间还连接有双向瞬态抑制二极管ZV2。
2.根据权利要求1所述的三相负载不平衡远程监测电路，其特征在于：所述电流采集电路中的负载电阻R1与负载电阻R2采用17.4Ω的精密电阻，电阻R3与电阻R4的阻值为1kΩ，电容C1与电容C2的电容值为10nF。
3.根据权利要求1所述的三相负载不平衡远程监测电路，其特征在于：所述电压采集电路中的限流电阻RV1和限流电阻RV2采用22kΩ/3W的金属膜电阻，负载电阻R5采用29.4Ω的精密电阻，电阻R7与电阻R8的阻值为1kΩ，电容C3与电容C4的电容值为10nF。
4.根据权利要求1所述的三相负载不平衡远程监测电路，其特征在于：所述铁电存储器采用型号为FM28V020。
5.根据权利要求1所述的三相负载不平衡远程监测电路，其特征在于：所述WCDMA通信模块中SIM5320的上电控制引脚连接在三极管Q1的集电极上，该三极管Q1的基极经电阻R9接LPC2378微控制器的一个控制输出端，该三极管Q1的发射极接地，在三极管Q1的基极与发射极之间连接有电阻R10，在三极管Q1的集电极与发射极之间连接有电容C5。
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