CN208383983U

CN208383983U - 一种带换相功能的单相智能电表

Info

Publication number: CN208383983U
Application number: CN201721866442.XU
Authority: CN
Inventors: 许华岳; 杨云; 张靖
Original assignee: East China Jiaotong University
Current assignee: East China Jiaotong University
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2019-01-15
Anticipated expiration: 2027-12-27

Abstract

本实用新型公开了一种带换相功能的单相智能电表，它包括主控芯片、数据采集模块、数据转换模块、电源模块、换相装置、显示模块、存储模块、计量模块、通讯模块。本实用新型能够对智能电表终端功能的完善，为台区治理不平衡控制站提供实时数据，以便台区控制站通过算法做出评判和决策；能够接收集中器发来的换相指令完成相应的换相操作，解决对负荷分配策略的实时响应问题；同时将数据传送到供电部门。

Description

一种带换相功能的单相智能电表

技术领域

本实用新型属智能电表领域，尤其一种具有换相功能的单相智能电表。

背景技术

电表是用于对某个时段内电能计量的专用仪表，在电力系统调度控制中占有重要地位。智能电表是智能电网的智能终端，在智能电网的发展和节能减排的要求下，对智能电表的功能提出了更高的要求，现有的智能电表功能单一，在配电台区出现负荷不平衡的情况下，无法通过控制智能电表来调控负荷分配。并且在分时电价的体系下，由于用户的用电习惯不一，在A、B、C三相的负荷在各个电价时段会出现不平衡，比如在白天原本已经将三相负荷调配平衡，到了晚上由于用户的用电习惯的不同和生活方式不同，A、B、C三相的负荷会出现不平衡，会加大电网损耗和减少变压器的寿命。不平衡度超过变压器的允许值是非常不经济的运行方式。现有的解决方案是人工到现场切割不平衡负荷或在电表前或线路分支处安装换相开关，独立控制换相开关来实现负荷切换。人工现场切割负荷费时费力，只能按经验实行切负荷策略，现有换相装置是独立装置，安装麻烦，与智能电表的数据不能共享，硬件资源不能共用，没有与智能电表做到一体化，造成浪费。在原本就很拮据的空间上还增加了空间浪费落。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种带换相功能的智能电表，对智能电表终端功能的完善，使得智能电表能够实现换相功能以解决对负荷分配策略的实时响应，能够接收集中器发来的换相指令完成相应的换相操作。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种带换相功能的单相智能电表是这样实现的：

一种带换相功能的单相智能电表，特征是：包括主控芯片、数据采集模块、数据转换模块、电源模块、换相装置、显示模块、存储模块、计量模块、通讯模块，主控芯片分别连接数据转换模块、换相装置、显示模块、存储模块、计量模块、通讯模块；通讯模块连接集中器；电源模块连接各个模块。数据采集模块接在所述换相装置出线端，通过电压、电流传感器采集电压、电流模拟信号；数据转换模块采用ADC转换芯片将所述数据采集模块采集的模拟信号转换为主控芯片能够处理的数字信号；电源模块通过开关电源将电网交流220V电压转换成直流5V电压，然后通过变换电路向各模块提供所需电压；换相装置每相采用双向晶闸管作为固态继电器，实现无电弧、不断电换相，能接受主控芯片控制信号控制实现换相功能；显示模显示电压、电流、有功功率、用电量、时间、电价信息；存储模块存储主控芯片的数据计算结果、电量信息、换相开关状态信息以备调用；计量模块精确计量各时段用户用电量；通讯模块通过电力载波或无线通讯与配变台区数据集中器进行双向通讯实现数据交换。单相智能电表A、B、C、N三相四线进线通过换相装置一相出线，能够接受控制，选择A、B、C三相任意一相作为电源给用户供电。

由于本实用新型采用一种具有换相功能的智能电表，可以得到以下积极效果：

1、本发明在现有的智能电表上加入了换相装置，能实时配合配变台区治理负荷不平衡问题。智能电表的可控性得到了进一步提高，功能进一步完善。

2、本发明在与台区建立通讯后能够将智能电表终端的实时数据和换相装置当前状态信息发送到集中器，可为台区治理不平衡控制站提供实时数据，以便台区控制站通过算法做出评判和决策。同时数据可传送到供电部门。

3、在换相装置设计上采用主控芯片监测电压过零时刻，并在过零时刻发出控制信号驱动另一相导通供电，省去了过零监测电路，节省空间，使智能电表体积减小。

附图说明

图1为本实用新型的电路框图；

图2为主控芯片控制换相装置示意图；

图3为主控芯片控制换相装置电路图。

主要元件符号说明。

数据采集模块	1	数据转换模块	2
				主控芯片	3	显示模块	4
存储模块	5	计量模块	6
				通讯模块	7	电源模块	8
换相装置	9

具体实施方式

下面结合实施例并对照附图对本实用新型作进一步详细说明。

请参阅图1至3，所示为本实用新型第一实施例中的一种具有换相功能的智能电表，包括主控芯片3、数据采集模块1、数据转换模块2、电源模块8、换相装置9、显示模块4、存储模块5、计量模块6、通讯模块7。

如图1所示，所述的主控芯片1分别连接数据转换模块2、换相装置9、显示模块4、存储模块5、计量模块6、通讯模块7，所述通讯模块7与集中器双向通讯，所述电源模块8为各个模块供电，所述数据采集模块1采集用户电压、电流的模拟信号，通过数据转换模块2转化为数字信号送入主控芯片3，主控芯片3将数据调入计量模块6对用户电能进行计量，主控芯片3控制存储模块5对电量信息和换相装置9的状态信息进行存储，（一段话中尽量不要用句号）主控芯片3控制显示模块4对当前电压、电流、有功功率，用电电量、时间、电价信息进行显示；通讯模块7与配电台区数据集中器进行双向通讯实现数据交换；主控芯片3能检测换相装置的状态信息即：当前换相装置9是接在A、B、C相的哪一相进行供电；主控芯片3实时监测流过电表的实时功率，当台区监测装置监测到台区不平衡度超过阈值时，台区监测装置向台区所辖所有智能电表发送数据请求，智能电表将当前功率、换相装置9状态信息发送至集中器，台区监测装置将收到的数据进行分析处理，利用算法做出最优的换相调整决策，使换相的电表数尽可能少，形成换相指令发送给需要换相的智能电表，智能电表主控芯片3对命令进行解析，在与换相装置9相连的输出引脚上输出相应电平控制换相装置9内部的双向晶闸管驱动电路工作，控制双向晶闸管的通断，完成换相，例如，接到指令要将用户电源从A相切换到B相的过程为：主控芯片控制A相双向晶闸管驱动电路的引脚输出低电平，撤掉了对双向晶闸管的驱动信号，会使A相双向晶闸管电压过零的时刻关断，数据采集模块采集到的数据经主控芯片3监测，当监测到A相电压过零时刻控制B相双向晶闸管驱动电路发出驱动信号并保持，使B相双向晶闸管导通，这样就完成了换相。所述换相装置9的每相都有一个双向晶闸管,作为固态继电器，实现不断电、快速、无弧切换，不影响用电设备正常工作。为了防止双向晶闸管被过电压击穿导致短路，所述换相装置9进线端设有短路保护。

所述A、B、C、三相驱动电路均采用相同的驱动电路。

如图3所示，所述的主控芯片控制换相装置的驱动电路，由第一三极管T，第一至五电阻：R1、R2、R3、R4、R5，第一电容C，第一可控硅驱动芯片MOC3062组成，第一三极管基极连接第四电阻R4，集电极连接第一可控硅驱动芯片MOC3062的2号引脚，发射极连接5V稳压电源的GND；第四电阻R4连接主控芯片输出引脚；第一电阻R1接在5V稳压电源的Vcc与第一可控硅驱动芯片MOC3062的1号引脚之间；第二电阻R2连接在双向晶闸管的主电极K1与MOC3062的6号引脚之间；第三电阻R3与第一电容C串联后并联在双向晶闸管的的主电极K1、K2之间；第五电阻R5接在双向晶闸管的门极G与主电极K2之间。

如图3所示，所述的主控芯片采用STM32FC8T6单片机U2，晶振电路由第一晶体Y1、第三十电容C30、第三十一电容C31组成，晶体Y1串联在STM32FC8T6单片机U2外部时钟引脚OSC_IN和OSC_OUT之间，第三十电容C30第三十一电容C31串联后并联在晶体Y1两端，第三十电容C30、第三十一电容C31串联处接地。复位电路由第三十一电阻R31、第三十二电容C32、第一按键S1组成，STM32FC8T6单片机U2的9号电源引脚接VCC，8号接地引脚接GND，第三十一电阻R31和第三十二电容C32串联后接在VCC与GND之间，第一按键S1并联在第三十二电容C32两端，STM32FC8T6单片机U2的7号复位引脚引接在第三十二电容C32与第三十一电阻R31之间。STM32FC8T6单片机U2的25、26、27号输出引脚PB12、PB13、PB14分别接在驱动电路1、驱动电路2、驱动电路3的三极管基极的第四电阻R4上。

本实用新型的工作原理与工作过程如下：

当台区监测装置监测到台区不平衡度超过阈值时，台区监测装置向台区所辖所有智能电表发送数据请求，智能电表将当前功率、换相装置9状态信息发送至集中器，台区监测装置将收到的数据进行分析处理，利用算法做出最优的换相调整决策，使换相的电表数尽可能少，形成换相指令发送给需要换相的智能电表，智能电表主控芯片3对命令进行解析，在与换相装置9相连的输出引脚上输出相应电平控制换相装置9内部的双向晶闸管驱动电路工作，控制双向晶闸管的通断，完成换相。换相是这样实现的：接到指令要将用户电源从A相切换到B相的过程为：主控芯片控制A相双向晶闸管驱动电路的引脚输出低电平，撤掉了对双向晶闸管的驱动信号，会使A相双向晶闸管电压过零的时刻关断，数据采集模块采集到的数据经主控芯片3监测，当监测到A相电压过零时刻控制B相双向晶闸管驱动电路发出驱动信号并保持，使B相双向晶闸管导通，这样就完成了换相。

Claims

1.一种带换相功能的单相智能电表，其特征在于：包括主控芯片、数据采集模块、数据转换模块、电源模块、换相装置、显示模块、存储模块、计量模块、通讯模块，所述主控芯片分别连接数据转换模块、换相装置、显示模块、存储模块、计量模块、通讯模块；所述通讯模块连接集中器；所述电源模块连接各个模块；所述数据采集模块接在所述换相装置出线端，通过电压、电流传感器采集电压、电流模拟信号；所述数据转换模块采用ADC转换芯片将所述数据采集模块采集的模拟信号转换为主控芯片能够处理的数字信号；所述电源模块通过开关电源将电网交流220V电压转换成直流5V电压，然后通过变换电路向各模块提供所需电压；所述换相装置每相采用一个双向晶闸管作为固态继电器，实现无电弧、不断电换相，能接受主控芯片控制信号控制实现换相功能；所述显示模块显示电压、电流、有功功率、用电量、时间、电价信息；所述存储模块存储处理器的数据计算结果以及电量信息、换相开关状态信息以备调用；所述计量模块精确计量各时段用户用电量；所述通讯模块通过电力载波或无线通讯与配变台区数据集中器进行双向通讯实现数据交换；所述单相智能电表A、B、C、N三相四线进线通过换相装置一相出线，能够接受控制，选择A、B、C三相任意一相作为电源给用户供。

2.根据权利要求1所述的带换相功能的单相智能电表，其特征在于：所述主控芯片控制换相装置电路由第一三极管T，第一至五电阻：R1、R2、R3、R4、R5，第一电容C，第一可控硅驱动芯片MOC3062组成，第一三极管基极连接第四电阻R4，集电极连接第一可控硅驱动芯片MOC3062的2号引脚，发射极连接5V稳压电源的GND；第四电阻R4连接主控芯片输出引脚；第一电阻R1接在5V稳压电源的Vcc与第一可控硅驱动芯片MOC3062的1号引脚之间；第二电阻R2连接在双向晶闸管的主电极K1与MOC3062的6号引脚之间；第三电阻R3与第一电容C串联后并联在双向晶闸管的主电极K1、K2之间；第五电阻R5接在双向晶闸管的门极G与主电极K2之间。