CN207504642U - 智能配电终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及智能配电终端，包括电源模块、主控模块、执行模块和无功补偿单元；主控模块包括管理CPU单元和总线接口；执行模块包括执行CPU单元和变压器监测单元；电源模块给管理CPU单元和执行CPU单元供电；管理CPU单元与执行CPU单元之间通过总线接口电连接；变压器监测单元与执行CPU单元电连接；变压器监测单元采集变压器上的电信号，执行CPU单元将变压器监测单元采集的电信号传输至管理CPU单元；无功补偿单元与执行CPU单元电连接；执行CPU接收管理CPU单元发送的控制信号，并控制无功补偿单元。本实用新型采用双CPU结构，在满足性能要求的前提下，电路结构比较简单，可靠高；采用模块化设计，能够进行二次开发，增加更多的功能以满足使用需求。

Description

智能配电终端

技术领域

本实用新型属于配电网系统的配电设备技术领域，具体涉及一种智能配电终端。

背景技术

随着社会经济的快速发展，城市现代化进程的加快，配电网系统规模也不断扩大，越来越多的分布式电源、微网、电动汽车和储能装置等接入配电网系统，使得配电网系统的不稳定因素越来多，因此配电网系统对配电设备的智能性和稳定性的要求也越来越高。

由于我国配电自动化研究起步较晚，配电网系统的网架比较薄弱，供电能力还不足，线路设备功能分散且可靠性较差，通信覆盖率较低，智能配电设备在产品种类、技术和性能等方面存在不足。早期的配电终端一般是体积大且功能单一的仪表或控制装置，存在测试参数不全、数据精度不高、系统可靠性差等问题。

目前的一些产品采用MCU+MCU结构，该结构中的微控制器大部分还是51系列单片机，而这些的计算能力有限，并且不擅长数字信号处理。还有一些产品采用DSP+MCU结构或者ARM+DSP结构；其中DSP用于测量数据的采集和运算，单片机或者ARM负责其他所有功能，这两种结构设计虽然在性能上能够满足要求，但在设计上增加了难度，电路较为复杂，可靠性难以保证。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用双CPU结构的智能配电终端。

为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：

智能配电终端，包括电源模块、主控模块、执行模块和无功补偿单元；所述主控模块包括管理CPU单元和总线接口；所述执行模块包括执行CPU单元和变压器监测单元；

所述电源模块给所述管理CPU单元和所述执行CPU单元供电；所述所述管理CPU单元与所述执行CPU单元之间通过所述总线接口电连接；

所述变压器监测单元与所述执行CPU单元电连接；所述变压器监测单元采集变压器上的电信号，所述执行CPU单元将所述变压器监测单元采集的电信号传输至所述管理CPU单元；

所述无功补偿单元与所述执行CPU单元电连接；所述执行CPU接收所述管理CPU单元发送的控制信号，并控制所述无功补偿单元。

所述主控模块还包括上位机接口、通信接口和存储器，三者均与所述管理CPU单元电连接；

所述智能配电终端还包括与所述通信接口电连接的无线通信单元。

所述电源模块、主控模块、执行模块、无功补偿单元和无线通信模块分别独立地设置在五块线路板上。

所述五块线路板之间通过总线电连接。

所述主控模块还包括按键单元和显示器，二者均与所述管理CPU单元电连接。

所述电源模块包括电源管理电路、AC/DC降压模块、锂电池和稳压电路；

所述AC/DC降压模块的输入端连接220V交流电源，输出端连接所述电源管理电路；

所述锂电池与所述电源管理电路电连接；所述电源管理电路通过所述稳压电路向外部供电。

所述电源管理电路包括电源管理芯片、三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3；

所述AC/DC降压模块和锂电池均与所述电源管理芯片电连接；

所述三极管Q3的基极与所述电源管理芯片连接，发射极接地，集电极与所述三极管Q2的基极连接；

所述三极管Q2的发射极接地，集电极与所述三极管Q1的基极连接；

所述三极管Q1的发射极与所述锂电池连接，集电极为所述电源管理电路的输出端。

所述变压器监测单元包括三相电能计量芯片和信号采样电路；所述信号采样电路、三相电能计量芯片和执行CPU单元依次电连接。

所述信号采样电路包括电压互感器和电流互感器。

所述电压互感器和所述电流互感器的数量均为三个，分别用于采样三相电的电压和电流。

本实用新型采用以上技术方案，具有如下有益效果：

(1)采用双CPU结构，在满足性能要求的前提下，电路结构比较简单，可靠高。

(2)实时性高。配电终端能够实时监测变压器的状态参数，并对这些数据进行存储和处理，能够实时地与上位机通信，响应命令。

(3)多种通信方式。智能配电终端支持有线通信和无线通信方式，能够适应不同系统对通信方式的要求，

(4)模块化设计。当智能配电终端的某个模块损坏时，不影响其它模块的正常工作；且维修速度快，直接更换相关模块的线路板即可，降低了维修成本。

(5)可扩展性强。由于采用了模块化设计，比较容易对智能配电终端进行二次开发，增加更多的功能以满足使用需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型智能配电终端的电路结构图；

图2是本实用新型智能配电终端的电流互感器示意图；

图3是本实用新型智能配电终端的电压互感器示意图；

图4是本实用新型智能配电终端的电源模块电路图；

图5是本实用新型智能配电终端的电源管理电路示意图。

图中：1-电源模块；11-电源管理电路；12-AC/DC降压模块；13-锂电池；14-稳压电路；2-主控模块；21-管理CPU单元；22-总线接口；23-上位机接口；24-通信接口；25-存储器；26-按键单元；27-显示器；3-执行模块；31-执行CPU单元；32-变压器监测单元；4-无功补偿单元；5-无线通信单元。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供一种智能配电终端，包括电源模块1、主控模块2、执行模块3和无功补偿单元4；所述主控模块2包括管理CPU单元21和总线接口22；所述执行模块3包括执行CPU单元31和变压器监测单元32；

所述电源模块1给所述管理CPU单元21和所述执行CPU单元31供电；所述所述管理CPU单元21与所述执行CPU单元31之间通过所述总线接口22电连接；

所述变压器监测单元32与所述执行CPU单元31电连接；所述变压器监测单元32采集变压器上的电信号，所述执行CPU单元31将所述变压器监测单元32采集的电信号传输至所述管理CPU单元21；

所述无功补偿单元4与所述执行CPU单元31电连接；所述执行CPU接收所述管理CPU单元21发送的控制信号，并控制所述无功补偿单元4。

所述主控模块2还包括上位机接口23、通信接口24和存储器25，三者均与所述管理CPU单元21电连接。所述智能配电终端还包括与所述通信接口24电连接的无线通信单元5。管理CPU单元21通过上位机接口23与上位机进行通讯。无线通信单元5为WiFi模块、GPRS模块或者3G模块，上位机为工控机、计算机等。

管理CPU单元21还可以外扩RS232通信接口、USB通信接口、以太网通信接口等，以满足不同的使用需求。

所述主控模块2还包括按键单元26和显示器27，二者均与所述管理CPU单元21电连接。

本实用新型采用模块化设计，所述电源模块1、主控模块2、执行模块3、无功补偿单元4和无线通信模块分别独立地设置在五块线路板上。所述五块线路板之间通过总线电连接。

本实用新型的方案采用双CPU结构，以管理CPU单元21和执行CPU单元31为核心。管理CPU单元21以LPC1788处理器的最小系统为核心，负责管理智能配电终端的各项功能，主要包括统计和分析变压器监测单元32采集的数据，检测变压器的状态并在出现异常情况时报警，发送无功补偿控制命令，存储和显示数据状态信息，将实时数据、历史数据、统计量和异常信息打包并发送给上位机，响应上位机的命令等。执行CPU单元31采用基于ARM7内核的LPC2138微处理器最小系统，用于采集数据、输出控制信号等。

所述变压器监测单元32包括三相电能计量芯片和信号采样电路；所述信号采样电路、三相电能计量芯片和执行CPU单元31依次电连接。

变压器监测单元32的主要功能是采集配电变压器的各项参数。本实施例中，三相电能计量芯片采用ATT7022E芯片，该芯片是一款多功能防窃电专用三相电能计量芯片，适用于三相三线制或者三相四线制的情况。

执行模块3的工作过程是：ATT7022E芯片采集变压器的出线三相电压和三相电流；执行CPU单元31读取采集的数据，并将数据发送到管理CPU单元21；管理CPU单元21处理数据，并向执行CPU单元31输出无功补偿控制命令；执行CPU单元31根据控制命令向无功补偿单元4发送控制指令，进行动态无功补偿控制。

无功补偿单元4的功能是根据线路的无功功率及功率因数等指标，决定投切电容的控制输出；采取低压集中补偿的方式，提高配电变压器的功率因数，实现无功的就地平衡。

所述信号采样电路包括电压互感器和电流互感器。所述电压互感器和所述电流互感器的数量均为三个，分别用于采样三相电的电压和电流。

如图2所示，对电流采样是直接通过电流互感器耦合，然后将耦合电流转换成电压完成的。如图3所示，对电压的输入是先转换成电流，然后经过电流互感器的耦合，再将耦合电流转换成电压。信号采样电路能够使三相电能计量芯片与电网隔离，保证电路获得良好的抗干扰能力。

如图4所示，所述电源模块1包括电源管理电路11、AC/DC降压模块12、锂电池13和稳压电路14；

所述AC/DC降压模块12的输入端连接220V交流电源，输出端连接所述电源管理电路11；

所述锂电池13与所述电源管理电路11电连接；所述电源管理电路11通过所述稳压电路14向外部供电。

电源模块1包括交流供电和直流供电，直流供电采用锂电池13作为电源，交流供电由配电变压器的二次侧低压220V提供。正常情况下，220V的交流电经过AC/DC降压模块12后得到+5V的直流电；电源管理电路11将+5V直流电送到稳压电路14，同时给锂电池13充电；稳压电路14输出3.3V直流电给管理CPU单元21和执行CPU单元31供电。当配电变压器发生故障或者交流电断电时，电源管理电路11自动选择锂电池13作为供电电源，保证终端能够继续正常工作。

如图5所示，所述电源管理电路11包括电源管理芯片、三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3；

所述AC/DC降压模块12和锂电池13均与所述电源管理芯片电连接；

所述三极管Q3的基极与所述电源管理芯片连接，发射极接地，集电极与所述三极管Q2的基极连接；

所述三极管Q2的发射极接地，集电极与所述三极管Q1的基极连接；

所述三极管Q1的发射极与所述锂电池13连接，集电极为所述电源管理电路11的输出端。

该电源管理电路11能够智能地切换供电电源。图中VDD_5V由AC/DC降压模块12输出，VDDB_5V由锂电池13输出，VB_VD是电源管理电路11的输出。电源管理芯片的型号为SP690，其工作电压的范围是1V～5.5V。

当交流供电正常，即VDD_5V电压为正常的5V时，VB_5V与VDD_5V之间导通，同时PFI端的电压大于1.2V，则PFO输出高电平，此时Q3导通，Q2不导通，Q1也不导通，VB_VD电源由VDD_5V提供。

当交流供电出现故障，即VDD_5V电压小于4.6V时，VB_5V与VDDB_5V之间导通，同时PFI端的电压小于1.2V，则PFO输出低电平，此时Q3不导通，Q2导通，Q1也导通，VB_VD电源由VDDB_5V提供，即由锂电池13提供，保证智能配电终端的正常工作。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.智能配电终端，其特征在于：包括电源模块、主控模块、执行模块和无功补偿单元；所述主控模块包括管理CPU单元和总线接口；所述执行模块包括执行CPU单元和变压器监测单元；

所述电源模块给所述管理CPU单元和所述执行CPU单元供电；所述管理CPU单元与所述执行CPU单元之间通过所述总线接口电连接；

所述变压器监测单元与所述执行CPU单元电连接；所述变压器监测单元采集变压器上的电信号，所述执行CPU单元将所述变压器监测单元采集的电信号传输至所述管理CPU单元；

所述无功补偿单元与所述执行CPU单元电连接；所述执行CPU接收所述管理CPU单元发送的控制信号，并控制所述无功补偿单元。

2.根据权利要求1所述的智能配电终端，其特征在于：所述主控模块还包括上位机接口、通信接口和存储器，三者均与所述管理CPU单元电连接；

所述智能配电终端还包括与所述通信接口电连接的无线通信单元。

3.根据权利要求2所述的智能配电终端，其特征在于：所述电源模块、主控模块、执行模块、无功补偿单元和无线通信模块分别独立地设置在五块线路板上。

4.根据权利要求3所述的智能配电终端，其特征在于：所述五块线路板之间通过总线电连接。

5.根据权利要求1所述的智能配电终端，其特征在于：所述主控模块还包括按键单元和显示器，二者均与所述管理CPU单元电连接。

6.根据权利要求1至5任一项所述的智能配电终端，其特征在于：所述电源模块包括电源管理电路、AC/DC降压模块、锂电池和稳压电路；

所述AC/DC降压模块的输入端连接220V交流电源，输出端连接所述电源管理电路；

所述锂电池与所述电源管理电路电连接；所述电源管理电路通过所述稳压电路向外部供电。

7.根据权利要求6所述的智能配电终端，其特征在于：所述电源管理电路包括电源管理芯片、三极管Q1、三极管Q2和三极管Q3；

所述AC/DC降压模块和锂电池均与所述电源管理芯片电连接；

所述三极管Q3的基极与所述电源管理芯片连接，发射极接地，集电极与所述三极管Q2的基极连接；

所述三极管Q2的发射极接地，集电极与所述三极管Q1的基极连接；

所述三极管Q1的发射极与所述锂电池连接，集电极为所述电源管理电路的输出端。

8.根据权利要求1至5任一项所述的智能配电终端，其特征在于：所述变压器监测单元包括三相电能计量芯片和信号采样电路；所述信号采样电路、三相电能计量芯片和执行CPU单元依次电连接。

9.根据权利要求8所述的智能配电终端，其特征在于：所述信号采样电路包括电压互感器和电流互感器。

10.根据权利要求9所述的智能配电终端，其特征在于：所述电压互感器和所述电流互感器的数量均为三个，分别用于采样三相电的电压和电流。