CN206948036U - 一种智能配变台区终端 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种智能配变台区终端，包括：主控电路板、采集电路板、通信接口板、电源电路板和背板，背板设有多个通信接口和供电接口；主控电路板包括微处理器、第一UART扩展电路、开入开出电路和以太网控制器；采集电路板的电源端和通信端分别与背板上相应的供电接口和通信接口相连；通信接口板包括第二UART扩展电路和以太网接口扩展电路；电源电路板包括电源防护电路和AC/DC转换电路。该智能配变台区终端以组态方式实现，通过多个功能板实现配变台区终端的功能，可以根据应用灵活配置和扩展；功能板与背板之间采用通用的供电接口和通信接口相连，方便更换功能板。
Description
技术领域
本实用新型涉及配变台区技术领域，特别涉及一种智能配变台区终端。
背景技术
我国经济和和工业不断发展，大功率用电设备越来越分散，导致电能在输送和使用过程中会受到各种用电负荷的影响，特别是大功率电力电子设备在配电系统中的使用日益普及，这些非线性设备给电力系统造成很大的污染。波形畸变、电压闪变和三相交流电压或电流的不平衡等也是影响电能质量的重要因素。以上种种都直接影响电网的运行效率和运行质量，这就急切需要一个能在配网终端进行配网质量本地治理的方式，智能配变台区终端应运而生，其不仅能检测现场情况，还能根据检测数据进行分析，并实施有效的治理来提高电网质量和运行效率。
同时，目前智能电网在高压侧和中压侧配电自动化已经相对完善，但是在低压用户侧配电自动化发展还相对落后，尤其是在偏远山区，甚至处于无管理的状态，这就需要安装一台智能配变台区终端将这些设备进行管理，实现远程智能化管理。
在电力供配电系统中，配变台区是配电变压器高压桩头到用户的供电区域，由配电变压器、智能配电单元、低压线路及用户侧设备组成，实现电能分配、电能计量、无功补偿以及供用电信息的自动测量、采集、保护、监控等功能，并具有“标准化、信息化、自动化、互动化”的智能化特征。
建设智能电网需要供电配电网络中基础数据的有效支撑，这些基础数据包括：三相电压、三相电流、三相有功(无功)功率、功率因数、频率、油温(湿)度、现场运行实况等，这些数据是供配电网络安全运行与否的重要体现。同时，实时地监测配电台区运行中出现的异常情况并及时加以控制或解决，实现基础数据的收集与末端控制，达到电网的稳定、优化运行。
现有的智能配变终端应用上存在如下缺点：
1、现有的配电终端只能通过接触方式进行参数的配置与查看，并且需要打开配变终端的安装柜；
2、现有的智能配变上行主站只有一个通道，不能实现本地用户查阅运行数据；
3、现有的配电终端扩展性不灵活，不能根据现场需求进行灵活配置功能；
4、现有的智能配变终端在操作无功补偿器、三相不平衡治理等方面接入设备单一，不能适应多厂家，多形式的接入设备。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种智能配变台区终端，从而克服现有配电终端扩展不灵活的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种智能配变台区终端，包括：主控电路板、采集电路板、通信接口板、电源电路板和背板，所述背板设有多个通信接口和供电接口；所述主控电路板包括微处理器、第一UART扩展电路、开入开出电路和以太网控制器；所述微处理器的电源端与所述背板上相应的供电接口相连，所述微处理器的IO接口与所述背板上相应的通信接口相连；所述第一UART扩展电路、开入开出电路和以太网控制器分别与所述微处理器相连；所述采集电路板的电源端和通信端分别与所述背板上相应的供电接口和通信接口相连；所述通信接口板包括第二UART扩展电路和以太网接口扩展电路，所述第二UART扩展电路和以太网接口扩展电路均与所述背板上相应的通信接口相连；所述通信接口板的电源端与所述背板上相应的供电接口相连；所述电源电路板包括电源防护电路和AC/DC转换电路，所述电源防护电路的一端用于与外部的交流供电线路相连，所述电源防护电路的另一端与所述AC/DC转换电路的输入端相连，所述AC/DC转换电路的输出端与所述背板上相应的供电接口相连。
在一种可能的实现方式中，所述主控电路板还包括远程通讯电路；所述远程通讯电路与所述微处理器相连。
在一种可能的实现方式中，所述电源电路板还包括电力线通信电路；所述电力线通信电路的一端与所述背板上相应的通信接口相连，另一端与所述电源防护电路相连。
在一种可能的实现方式中，所述采集电路板包括电力模拟量采集芯片、直流模拟量采集电路、AD采集芯片、高速光耦和MCU；所述电力模拟量采集芯片与所述MCU相连；所述直流模拟量采集电路依次通过所述AD采集芯片、高速光耦后与所述MCU相连；所述MCU的电源端为所述采集电路板的电源端，所述MCU的输出端为所述采集电路板的通信端。
在一种可能的实现方式中，所述背板还包括额外预留的通信接口和供电接口。
在一种可能的实现方式中，所述主控电路板还包括WiFi电路，所述WiFi电路通过UART接口与所述微处理器相连。
在一种可能的实现方式中，所述第一UART扩展电路包括RS232电平转换电路、RS485电平转换电路、高速光耦和多通道异步收发器；所述RS232电平转换电路通过相应的高速光耦与所述多通道异步收发器的相应通道相连，所述RS485电平转换电路通过相应的高速光耦与所述多通道异步收发器的相应通道相连；所述多通道异步收发器通过SPI总线与所述微处理器相连。
与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型实施例提供的一种智能配变台区终端以组态方式实现，通过多个功能板实现配变台区终端的功能，可以根据应用灵活配置和扩展；功能板与背板之间采用通用的供电接口和通信接口相连，方便更换功能板。同时，该终端具有本地主站专用以太网信道和远程主站专用以太网信道，在物理连接上实现权限与安全性的分割，可以保证核心数据不泄露，提高安全性；同时通过远程通信电路实现通过多通道与上行主站进行通信，方便用户查阅运行数据。通过WiFi电路可以使得工作人员通过非接触方式对终端进行参数配置与数据查看拷贝等；本终端设有UART扩展电路，可以扩展多个接口，从而可以通过RS-485/RS-232总线方式接入智能设备，可以匹配多种形式的设备。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1为本实用新型实施例中智能配变台区终端的第一结构图；
图2为本实用新型实施例中智能配变台区终端的第二结构图；
图3为本实用新型实施例中第一UART扩展电路的电路结构图；
图4为本实用新型实施例中采集电路板的电路结构图；
图5为本实用新型实施例中通信接口板的电路结构图。
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进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
根据本实用新型实施例提供的一种智能配变台区终端，参见图1所示，包括：主控电路板10、采集电路板20、通信接口板30、电源电路板40和背板50；其中，背板50设有多个通信接口和供电接口，并为每个功能板分配至少一个通信接口和一个供电接口。
具体的，主控电路板10包括微处理器100、第一UART扩展电路110、开入开出电路120和以太网控制器130；微处理器100的电源端与背板50上相应的供电接口相连，微处理器100的IO接口与背板50上相应的通信接口相连；第一UART扩展电路、开入开出电路120和以太网控制器130分别与微处理器100相连。
其中，由于微处理器的UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)接口数量有限，故通过第一UART扩展电路接入多个配电总线设备，实现对多个接入设备的控制。开入开出电路120即为开关量的输入输出电路，用于实现开关量的输入和输出。以太网控制器130用于连接外网，上传数据；具体的，以太网控制器由本身自带的RMII接口通过以太网PHY芯片引出至RJ45连接器，其将RMII(Reduced MediaIndependent Interface，简化媒体独立接口)信号转变为网线上的接收+、接收-、发送+、发送-数据，并通过RJ45接口实现数据通信，支持最高达100Mbps速率的以太网接入。
本实用新型实施例中，由主控电路板完成数据的处理，通过背板以UART总线向其它功能板发送控制命令并接收其采集到的数据、实现开关量的输出与采集，同时通过通用的接口与背板进行插接完成与其它功能板的信息交互，使整个系统融为一个整体。
采集电路板20的电源端和通信端分别与背板50上相应的供电接口和通信接口相连。采集电路板用于采集用电信息(比如电流值、电压值等)，并将采集的用电信息通过背板发送至主控电路板。
通信接口板30包括第二UART扩展电路300和以太网接口扩展电路310，第二UART扩展电路300和以太网接口扩展电路310均与背板50上相应的通信接口相连；通信接口板30的电源端与背板50上相应的供电接口相连。通信接口板30用于实现UART接口的扩展，从而使得配电台区终端可以接入更多的设备。同时，由于微处理器100只带有一路的RMII接口，只能实现一路以太网接口，故本实施例中通过以太网接口扩展电路实现一路的以太网扩展功能，该扩展的以太网接口用于实现本地连接，即两个以太网接口相互独立。
电源电路板40包括电源防护电路400和AC/DC转换电路410，电源防护电路400的一端用于与外部的交流供电线路相连，电源防护电路400的另一端与AC/DC转换电路410的输入端相连，AC/DC转换电路410的输出端与背板50上相应的供电接口相连。其中，电源电路板40从外部采用三相四线输入工频380V电源，并输出直流电源为智能配电台区终端供电；同时可以向现场的需供电设备提供24V的直流电源，带负载能力可达0.5A。具体的，电源防护电路用于保护电源电路板，实现防止浪涌等，电源防护电路为比较成熟的技术，此处不做赘述；AC/DC转换电路用于将交流电转换为直流电，从而为智能配电台区终端供电；其也可以转换为两路电源，另外一路可以向现场的需供电设备提供24V的直流电源。
本实用新型实施例提供的一种智能配变台区终端以组态方式实现，通过多个功能板实现配变台区终端的功能，可以根据应用灵活配置和扩展；功能板与背板之间采用通用的供电接口和通信接口相连，方便更换功能板。同时，该终端具有本地主站专用以太网信道和远程主站专用以太网信道，在物理连接上实现权限与安全性的分割，可以保证核心数据不泄露，提高安全性。
在上述实施例的基础上，参见图2所示，主控电路板10还包括远程通讯电路140；远程通讯电路140与微处理器100相连。通过该远程通信电路与远程主站进行数据交互。
同时，为了实现本地非接触方式对智能配变台区终端进行参数设置与查看，在主控电路板上还扩展WIFI电路用于无线局域网连接；其中，WiFi电路通过UART接口与微处理器100相连。
具体的，本实用新型实施例中，微处理器100是由ARM AT91SAM9X35主控芯片与外围电路、晶振、存储器组成的最小系统，可运行嵌入式Linux操作系统，并控制整个系统的其它功能板。同时，微处理器引出芯片自带的USB DEVICE(USB从接口)用于更新程序；引出USBHOST(USB主接口)用于连接USB存储器导出数据。微处理器通过IIC总线扩展RTC(实时时钟)用于给装置提供时间日期基准信息。
微处理器通过SPI总线扩展硬件加密芯片，用于提供数据传输的安全性。微处理器通过GPIO扩展开入开出接口，用于开关量的输入输出。微处理器通过UART接口扩展远程通信电路，用于和配电主站控制平台信息交互。微处理器通过UART接口扩展本地无线局域网热点WIFI电路，用于实现本地非接触方式对终端参数设置与数据查看。
本实用新型实施例中，第一UART扩展电路110具体通过多通道异步收发器实现接口扩展，具体的，参见图3所示，第一UART扩展电路110包括RS232电平转换电路、RS485电平转换电路、高速光耦和多通道异步收发器；多通道异步收发器具体采用VK3266芯片。RS232电平转换电路通过相应的高速光耦与多通道异步收发器的相应通道相连，RS485电平转换电路通过相应的高速光耦与多通道异步收发器的相应通道相连；多通道异步收发器通过SPI总线与微处理器100相连。
如图3所示，通过第一UART扩展电路扩展了4个UART接口从而实现2路RS-232总线和2路RS-485，总线接口用于接入配电总线设备，实现对接入设备的控制，每路总线接口均采用高速光耦进行电气隔离。
在上述实施例的基础上，参见图2所示，电源电路板40还包括电力线通信电路420；电力线通信电路420的一端与背板50上相应的通信接口相连，另一端与电源防护电路400相连。电力线通信电路420用于将通信信号耦合到三相四线供电线路上，实现本地终端数据读取与参数设置、级联、抄表等功能。
在上述实施例的基础场，采集电路板20用于实现对交流模拟量和直流模拟量的采集，具体的，其包括电力模拟量采集芯片、直流模拟量采集电路、AD采集芯片、高速光耦和MCU。其中，电力模拟量采集芯片与MCU相连；直流模拟量采集电路依次通过AD采集芯片、高速光耦后与MCU相连；MCU的电源端为采集电路板20的电源端，MCU的输出端为采集电路板20的通信端。
具体的，参见图4所示，本实用新型实施例中电力模拟量采集芯片采用计量芯片ATT7022E，通过电压互感器和电流互感器采集相应的电压值和电流值，实现对三路电压、四路电流(A相、B相、C相以及零线电流)的采集。
同时，如图4所示，AD采集芯片采用AD7708，将输入的直流模拟量进行运算放大之后输入到AD采集芯片，经AD变换之后输入采集功能板的MCU。此处由于模拟输入通过外部接入会引入干扰信号，为了防止输入模拟量干扰整个系统，AD输出信号经高速光耦隔离之后输入到MCU进行存储与运算。本采集电路板的MCU采用STM32F103芯片实现对模拟采集芯片的控制与数据处理，并通过UART总线与主控电路板进行信息交互。
本实用新型实施例提供的采集电路板可以实现直流模拟量与交流模拟量的采集功能，其最大可以同时允许8路直流模拟量采集和四路交流模拟量采集，在本应用中由于对外接口限制只采集4路直流模拟量，目前常用的直流模拟量有0～5V和4～20mA两种方式，在设计中实现了电压与电流输入接口兼容的方式，可以根据应用进行灵活配置为电流方式还是电压方式。本配变台区终端要对输电线路的谐波、电压/电流越线以及供电质量进行分析，并将详细数据实时发往配电主控站，该部分数据通过采集输电线路的电流、电压、相角的原始数据，通过对原始数据计算分析得到电能质量信息。本实施例中通过专用电力信息采集芯片ATT7022E完成原始数据采集，四路电流与三相四线电压经互感器隔离变换后输入到计量芯片ATT7022E中，STM32F103作为本功能板的控制芯片，实时读取ATT7022E中采集的数据进行分析和存储，并将结果信息发送到主控功能板，实现信息上报与本地治理。
在上述实施例的基础上，参见图2所示，背板50还包括额外预留的通信接口和供电接口，用于与预留功能板相连，进一步提高智能配变台区终端的灵活扩展。
在上述实施例的基础上，参见图5所示，通信接口板30可以实现9路UART的扩展，其实现方式为基于FPGA应用开发，通过软硬件结合完成扩展；由于ARM控制本身只带一路的RMII接口，只能实现一路以太网接口，本终端要实现两个独立的以太网接口，为此在本功能板上通过ENC28J60以太网控制器实现一路的以太网扩展功能。同时，该通信接口板还设有WSN接口，可实现基于WSN(Wireless Sensor Networks，无线传感器网络)的本地采集功能，WSN模块通过标准接口接入，其接入端口在本功能板实现。
本实用新型实施例提供的一种智能配变台区终端以组态方式实现，通过多个功能板实现配变台区终端的功能，可以根据应用灵活配置和扩展；功能板与背板之间采用通用的供电接口和通信接口相连，方便更换功能板。同时，该终端具有本地主站专用以太网信道和远程主站专用以太网信道，在物理连接上实现权限与安全性的分割，可以保证核心数据不泄露，提高安全性；同时通过远程通信电路实现通过多通道与上行主站进行通信，方便用户查阅运行数据。通过WiFi电路可以使得工作人员通过非接触方式对终端进行参数配置与数据查看拷贝等；本终端设有UART扩展电路，可以扩展多个接口，从而可以通过RS-485/RS-232总线方式接入智能设备，可以匹配多种形式的设备。
前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (7)
1.一种智能配变台区终端，其特征在于，包括：主控电路板、采集电路板、通信接口板、电源电路板和背板，所述背板设有多个通信接口和供电接口；
所述主控电路板包括微处理器、第一UART扩展电路、开入开出电路和以太网控制器；所述微处理器的电源端与所述背板上相应的供电接口相连，所述微处理器的IO接口与所述背板上相应的通信接口相连；所述第一UART扩展电路、开入开出电路和以太网控制器分别与所述微处理器相连；
所述采集电路板的电源端和通信端分别与所述背板上相应的供电接口和通信接口相连；
所述通信接口板包括第二UART扩展电路和以太网接口扩展电路，所述第二UART扩展电路和以太网接口扩展电路均与所述背板上相应的通信接口相连；所述通信接口板的电源端与所述背板上相应的供电接口相连；
所述电源电路板包括电源防护电路和AC/DC转换电路，所述电源防护电路的一端用于与外部的交流供电线路相连，所述电源防护电路的另一端与所述AC/DC转换电路的输入端相连，所述AC/DC转换电路的输出端与所述背板上相应的供电接口相连。
2.根据权利要求1所述的智能配变台区终端，其特征在于，所述主控电路板还包括远程通讯电路；
所述远程通讯电路与所述微处理器相连。
3.根据权利要求1所述的智能配变台区终端，其特征在于，所述电源电路板还包括电力线通信电路；所述电力线通信电路的一端与所述背板上相应的通信接口相连，另一端与所述电源防护电路相连。
4.根据权利要求1所述的智能配变台区终端，其特征在于，所述采集电路板包括电力模拟量采集芯片、直流模拟量采集电路、AD采集芯片、高速光耦和MCU；
所述电力模拟量采集芯片与所述MCU相连；所述直流模拟量采集电路依次通过所述AD采集芯片、高速光耦后与所述MCU相连；所述MCU的电源端为所述采集电路板的电源端，所述MCU的输出端为所述采集电路板的通信端。
5.根据权利要求1所述的智能配变台区终端，其特征在于，所述背板还包括额外预留的通信接口和供电接口。
6.根据权利要求1所述的智能配变台区终端，其特征在于，所述主控电路板还包括WiFi电路，所述WiFi电路通过UART接口与所述微处理器相连。
7.根据权利要求1所述的智能配变台区终端，其特征在于，所述第一UART扩展电路包括RS232电平转换电路、RS485电平转换电路、高速光耦和多通道异步收发器；
所述RS232电平转换电路通过相应的高速光耦与所述多通道异步收发器的相应通道相连，所述RS485电平转换电路通过相应的高速光耦与所述多通道异步收发器的相应通道相连；所述多通道异步收发器通过SPI总线与所述微处理器相连。
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| CN206948036U true CN206948036U (zh) | 2018-01-30 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111564902A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-08-21 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种用于电力物联网的智能量测终端 |
| CN112235900A (zh) * | 2020-09-18 | 2021-01-15 | 哈尔滨冰雪大世界股份有限公司 | 一种带有自检测和模块化的冰雪景观高压灯带驱动控制系统 |
-
2017
- 2017-08-07 CN CN201720979509.4U patent/CN206948036U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111564902A (zh) * | 2020-05-08 | 2020-08-21 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种用于电力物联网的智能量测终端 |
| CN112235900A (zh) * | 2020-09-18 | 2021-01-15 | 哈尔滨冰雪大世界股份有限公司 | 一种带有自检测和模块化的冰雪景观高压灯带驱动控制系统 |
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