CN205749728U - 电能质量采集终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型的实施例公开了一种电能质量采集终端及相关的电能质量采集方法，所述终端包括：电源模块，用于将供电电源的85～265VAC电源转换成5V低压直流电源；交流模拟量采集模块，实现模拟信号到数字信号的转换；电压电流变换模块；功能扩展模块，用于多种环境量的多种采集以及对数字量的输入输出；实时时钟模块；存储模块；网络通信模块；人机交互模块，用于采集终端数据与状态显示；主处理与分析模块，用于对模拟量采集数据的处理、运算、分析，电能量及电能质量数据的计算与分析，协调上述各模块之间的工作、存储及数据通信功能，并用于与上位机或主站的通信控制与协议分析。本实用新型的终端体积小、成本低、安装方便，具有很高的性价比。

Description

电能质量采集终端

技术领域

本实用新型涉及电力领域，更具体而言涉及一种电能质量采集终端。

背景技术

为规范电力用户能效监测系统建设，指导电力能效测评工作，按照统一设计、互连互通、科学规范的建设原则而制定了《电力能效监测系统技术规范》系列标准，为我国电能服务管理平台和电力能效监测系统建设提供技术支撑。GB/T 31960《电力能效监测系统技术规范》分为以下几个部分：

——第1部分：总则；

——第2部分：主站功能规范；

——第3部分：通信协议，包括主(子)站与电力能效信息集中与交互终端、电力能效信息集中与交互终端和电力能效监测终端间的通信协议；

——第4部分：子站功能设计规范；

——第5部分：主站设计导则；

——第6部分：电力能效信息集中与交互终端技术条件；

——第7部分：电力能效监测终端技术条件；

——第8部分：安全防护要求；

——第9部分：系统检验规范；

——第10部分：电力能效监测终端检验规范；

——第11部分：电力能效信息集中与交互终端检验规范。

上述要求对V型电能质量型电力能效监测终端做了技术规定，各相电压电流的谐波监测能力要求能分析到高达50次、电压电流不平衡度、闪变等。

针对电能信息采集与分析的监测终端目前品牌繁多，有专业的高级电能质量分析仪，可以实现对电能质量的大部分或所有电能质量指标的采集、分析及存储，但其体积大、成本高，安装不方便等，无法满足电力能效监测系统建设要求的低成本要求；也有在三相智能电表的基础上实现初步电能质量采集与分析的监测终端，此类监测终端成本低通用性好，但是大部分都无法实现高达50次的谐波分析，而且通信方式也主要是RS485或无线方式，无法实现监测数据的 实时传输要求。

实用新型内容

本实用新型针对GB/T 31960.7《第7部分：电力能效监测终端技术条件》中V型电力能效监测终端即电能质量型电力能效监测终端的技术要求，实现对电力输电线路的谐波采样、计算与分析，达到快速高效采样、低成本以及解决高次谐波采样问题，简化电能质量型电力能效监测终端硬件设计和硬件成本问题，使终端产品更加稳定可靠，适用范围更广。

为此，本实用新型提供了一种电能质量采集终端，包括：电源模块，该电源模块是以低功耗开关电源为主的供电电路，用于将供电电源的85～265VAC电源转换成5V低压直流电源，同时将采集终端的工作电路与强电进行隔离；交流模拟量采集模块，用于对三相供电电路进行精确计量外，并且对每个通道进行高速采样，实现模拟信号到数字信号的转换；电压电流变换模块，用于将现场的多路高电压、大电流转换成采集终端的采集模块能接受的低电压信号，同时实现对高电压、大电流的隔离；功能扩展模块，用于多种环境量的多种采集以及对数字量的输入输出；实时时钟模块，用于提供计时；存储模块，用于存储所有需要存储的数据；网络通信模块，用于所述终端的本地维护、远程数据传输的通信功能；人机交互模块，用于采集终端数据与状态显示；主处理与分析模块，用于对模拟量采集数据的处理、运算、分析，电能量及电能质量数据的计算与分析，协调上述各模块之间的工作、存储及数据通信功能，并且用于与上位机或主站的通信控制与协议分析。

优选地，所述电压电流变换模块包括多路高精度的电压互感器、多路电流互感器及其附属电路。

优选地，采用高精度大动态范围的三相电能表计量芯片ATT7022E来设计所述交流模拟量采集模块。

优选地，所述功能扩展模块包括直流模拟量采集单元，以双通道的串行ADC芯片AD7791加上隔离芯片ADUM1411进行设计，具有2路4-20mA的电流环采集电路，所述功能扩展模块还包括DI/D0单元。

优选地，所述实时时钟模块采用自带温补的RTC芯片加长寿命的绿色不可充锂电池。

优选地，所述存储模块以大容量串行FLASH芯片W25Q64BV进行设计。

优选地，所述网络通信模块以2路RS485、1路以太网、1路红外接口电路进行设计。

优选地，所述电源模块转换成的5V低压直流电源中的一路供给RS485电路及功能扩展模块，另一路供给其它所有电路。

优选地，所述人机交互模块包括LCD屏、多个按键以及多个状态指示灯。

优选地，所述主处理与分析模块以高性能Cortex M3处理器STM32F207进行设计，该处理器片内集成主频高达120Mhz的Cortex M3内核心，并自带256KB～512KB大容量的程序存储器与64KB数据存储器。

本实用新型的V型电能质量电力能效采集终端，融合最新的电子技术和最新的芯片技术，充分利用目前高性价比的Cortex M3MCU，以最小的成本和最有效的手段实现对电力线路的谐波数据等电能质量数据的采集、分析、本地存储及远程监控等功能，以实现有效的电能质量异常控制与管理功能，对于目前的绿色节能的目标有很大的现实意义。

与低成本的三相表扩展的终端相比，本实用新型的终端既能实现基本电量数据的采集、分析与存储，又能实现高达50次的谐波采集与分析、能实现电压电流不平衡、闪变的功能，功能丰富而成本又增加不了多少。相对于高级的电能质量分析仪，体积小、成本低、安装方便，在满足电能能效监测系统建议的需求下，有极高的性价比。通信方式多样，既有高速的以太网接口，也有通用的RS485接口，可实现现场不同的需要。

综上所述，本实用新型的电能质量采集终端具有如下有点：

1、采集终端采用模块化设计，各功能模块之间功能区分明晰，方便硬件升级；

2、采用电气安装方便的轨道安装方式，方便现场使用时如同安装普通断路器一样；

3、外接电压电流均采用PT与CT方式进行变换，在实现信号变换的同时，实现处理电路与外部强电的隔离，提高了本采集终端的电磁兼容性能，又方便采集终端现场调试的设备与人身安全；

4、本采集终端采用高速以太网，并辅以RS485通信的设计，实现对电能质量数据的低成本高速采集与传输要求。

5、数据存储单元采用串行接口的FLASH设计，此类存储器件体积小、成本低、容量大，可方便地根据客户需要进行个性化配置，以实现成本最优；

6、主处理单元采用目前主流的高性能Cortex M3处理器，在满足处理能力要求的前提下，实现很高的性价比；

7、在一定历史条件下的人机接口设计，可现场实现对采集终端的状态显示、参数设置、数据查询等功能。

根据在下文中所描述的附图和实施例，本实用新型的这些和其它方面将是清楚明白的，并且将参考在下文中所描述的实施例而被阐明。

附图说明

将参考附图中所说明的示范性的实施例而在下文中更详细地解释本实用新型。

图1是根据本实用新型实施例的电能质量采集终端的示意图。

具体实施方式

本实用新型在硬件设计上，采用了以满足现场功能需求为目标但又考虑低成本的方案进行设计，并采用模块化设计思想。

如图1所示，根据本实用新型实施例的电能质量采集终端的硬件电路在功能模块上包括：电源模块、电压电流变换模块(PTCT)、交流模拟量采集模块、功能扩展模块、实时时钟模块、主处理与分析模块、存储模块、网络通信模块、人机交互模块等9大模块。在结构设计上，采用轨道安装方式。

电源模块为一个以低功耗的开关电源为主的供电电路，实现将供电电源的85～265V的AC电源转换成采集终端用的5V低压直流电源，一路供给RS485电路及功能扩展模块，另一路供给其它所有电路，同时实现将采集终端的工作电路与强电进行隔离的功能。

电压电流变换模块(PTCT)，包括多路高精度的电压互感器(PT)、多路电流互感器(CT)及其附属电路，实现将现场的多路高电压、大电流转换成采集终端的采集模块能接受的低电压信号，同时实现对高电压、大电流的隔离。

交流模拟量采集模块，以一个高精度大动态范围的三相电能表计量芯片ATT7022E进行设计，此芯片除了能对三相供电电路进行精确计量外，还可以实现对每个通道进行高速采样，实现模拟信号到数字信号的转换。

功能扩展模块，包括两个部分：直流模拟量采集单元，以一个双通道的串行ADC芯片AD7791加上隔离芯片ADUM1411进行设计，它设计有2路4-20mA的电流环采集电路，可实现多种环境量如温湿度、压力、流量等多种采集；DI/D0单元，实现对数字量输入输出功能。

实时时钟模块，采用一个自带温补的RTC芯片加长寿命的绿色不可充锂电池，可实现在停电状态也能达到计时精度不大于0.5秒/天。

存储模块以一片大容量的串行FLASH芯片W25Q64BV进行设计，用于存储电能数据、电能质量数据、终端参数等所有需要存储的数据。

网络通信模块以2路RS485、1路以太网、1路红外接口电路进行设计，完成采集终端的本地维护、远程数据传输等通信功能。

人机交互模块，包括4个按键、1个LCD屏及多个状态指示灯，实现终端数据与状态显示功能。

主处理与分析模块，以一个目前主流的高性能Cortex M3处理器STM32F207来进行设计，此处理器片内集成一个主频高达120Mhz的Cortex M3内核心，并自带256KB～512KB大容量的程 序存储器与64KB数据存储器，实现对模拟量采集数据的处理、运算、分析，实现电能量及电能质量等相关数据计算与分析。该处理模块还协调上述各模块之间的工作、存储及数据通信等功能并实现与上位机或主站的通信控制与协议分析功能。

上面结合附图和实施例对本实用新型做了详细的说明。但是，应当理解，本实用新型的实施例并不限于所公开的特定实施例，并且对该实施例的修改和其他实施例也意图被包含在所附权利要求书的范围内。尽管此处使用了特定术语，但是它们仅在通用和描述性意义上使用，而非为了限制的目的。

Claims (10)

1.一种电能质量采集终端，其特征在于，包括：

电源模块，该电源模块是以低功耗开关电源为主的供电电路，用于将供电电源的85～265VAC电源转换成5V低压直流电源，同时将采集终端的工作电路与强电进行隔离；

交流模拟量采集模块，用于对三相供电电路进行精确计量外，并且对每个通道进行高速采样，实现模拟信号到数字信号的转换；

电压电流变换模块，用于将现场的多路高电压、大电流转换成采集终端的采集模块能接受的低电压信号，同时实现对高电压、大电流的隔离；

功能扩展模块，用于多种环境量的多种采集以及对数字量的输入输出；

实时时钟模块，用于提供计时；

存储模块，用于存储所有需要存储的数据；

网络通信模块，用于所述终端的本地维护、远程数据传输的通信；

人机交互模块，用于采集终端数据与状态显示；

主处理与分析模块，用于对模拟量采集数据的处理、运算、分析，电能量及电能质量数据的计算与分析，协调上述各模块之间的工作、存储及数据通信功能，并且用于与上位机或主站的通信控制与协议分析。

2.根据权利要求1所述的电能质量采集终端，其特征在于，所述电压电流变换模块包括多路高精度的电压互感器、多路电流互感器及其附属电路。

3.根据权利要求1所述的电能质量采集终端，其特征在于，采用高精度大动态范围的三相电能表计量芯片ATT7022E来设计所述交流模拟量采集模块。

4.根据权利要求1所述的电能质量采集终端，其特征在于，所述功能扩展模块包括直流模拟量采集单元，以双通道的串行ADC芯片AD7791加上隔离芯片ADUM1411进行设计，具有2路4-20mA的电流环采集电路，所述功能扩展模块还包括DI/D0单元。

5.根据权利要求1所述的电能质量采集终端，其特征在于，所述实时时钟模块采用自带温补的RTC芯片加长寿命的绿色不可充锂电池。

6.根据权利要求1所述的电能质量采集终端，其特征在于，所述存储模块以大容量串行FLASH芯片W25Q64BV进行设计。

7.根据权利要求1所述的电能质量采集终端，其特征在于，所述网络通信模块以2路RS485、1路以太网、1路红外接口电路进行设计。

8.根据权利要求1所述的电能质量采集终端，其特征在于，所述电源模块转换成的5V低压直流电源中的一路供给RS485电路及功能扩展模块，另一路供给其它所有电路。

9.根据权利要求1所述的电能质量采集终端，其特征在于，所述人机交互模块包括LCD屏、多个按键以及多个状态指示灯。

10.根据权利要求1所述的电能质量采集终端，其特征在于，所述主处理与分析模块以高性能Cortex M3处理器STM32F207进行设计，该处理器片内集成主频高达120Mhz的CortexM3内核心，并自带256KB～512KB大容量的程序存储器与64KB数据存储器。