CN209134422U - 一种用电信息采集及设备诊断评估仿真装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种用电信息采集及设备诊断评估仿真装置，终端控制单元、分布式程控源控制单元、电表控制单元、互感器控制单元与核心处理单元相连，终端控制单元与各终端通讯，对终端进行各类参数、数据的设置，控制产生与终端数据对应的故障；分布式程控源控制单元负责给各模块供电，电压、电流、功率因数等可在一定范围任意设置；电表控制单元与各电表通讯，对电表进行各类参数、数据的设置，控制产生与表计数据相对应的故障；互感器控制单元控制互感器进行各种匝数比的变化。本实用新型可模拟仿真现场各种导致线损异常的故障，并根据不同故障类型自动生成相应的线损数据，功能强大，操作简单方便，能够有效的进行线损异常的再现和研究。

Description

一种用电信息采集及设备诊断评估仿真装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统技术领域，具体涉及一种用电信息采集及设备诊断评估仿真装置。

背景技术

随着用电信息采集系统的建设，为线损分析提供了更加全面的数据依据。用电信息采集系统的最大功能，就是实时采取到集中器（总表）和采集器（分表）的电量，并通过和SG186营销系统中的线损管理模块的数据共享，可以及时准确的计算出实时线损，保证了线损计算的及时性和准确性，彻底解放了人工繁杂的台区线损统计分析工作，给台区线损的正确统计、科学分析、针对性的采取整治措施提供了极大的便利。

现场中各类故障均会导致线损数据产生异常，因故障种类繁多，给线损排查工作带来很大的困难，运维人员在现场处理问题时只是简单的拆除、更换，无法根本性的定位故障问题点，且目前没有一种有效的装置可以进行现场环境的仿真再现。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对目前存在的各种线损异常，本实用新型提供一种用电信息采集及设备诊断评估仿真装置。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种用电信息采集及设备诊断评估仿真装置，包括核心处理单元、终端控制单元、分布式程控源控制单元、电表控制单元和互感器控制单元，所述终端控制单元、分布式程控源控制单元、电表控制单元和互感器控制单元分别与核心处理单元相连接，核心处理单元控制终端控制单元与终端外围通信回路进行通讯连接测试，终端控制单元与各终端相连接通讯，终端控制单元向终端发送AT或穿透抄表命令，可对各终端进行各类参数、数据的设置，控制产生与终端数据相对应的故障；分布式程控源控制单元为装置上各模块进行供电；电表控制单元与装置上各电表相连接通讯，可以对电表进行各类参数、数据的设置，控制产生与电表数据相对应的故障；互感器控制单元控制互感器进行各种匝数比的变化；所述终端控制单元通过MB9BF218S核心芯片与终端外围通信回路以及内部控制回路进行通讯，所述分布式程控源控制单元通过FPGA以及继电器与装置各部分的单/三相电源相连接，所述电表控制单元通过SPI与AT7022E计量芯片相连接，所述互感器控制单元通过RS485总线与装置上的可编程互感器相连接。

进一步的，所述核心处理单元包括CPU、存储单元、以太网接口、数据总线接口、时钟单元、语音接口、视频接口和GPRS模块，CPU与存储单元、以太网接口、数据总线接口、时钟单元、语音接口、视频接口和GPRS模块分别连接，CPU为MB9BF218S核心芯片，存储单元包括FLASH存储单元、FRAM存储单元和RAM存储单元，GPRS模块内置了telit模块，与终端外围通信回路通讯，实现装置内部远程通信模块登入机制，所述以太网接口与本地主站控制系统相连接，实现装置的整体控制。

进一步的，所述终端控制单元、电表控制单元由多块工位板相连接组成。

进一步的，所述终端控制单元与终端相连，用于控制终端各类故障生成及切换；分布式程控源控制单元，与单/三相电源相连，用于控制单/三相电源形成各种电压、电流、功率因数；所述电表控制单元与电表相连，用于控制电表各类故障生成及切换；所述互感器控制单元与互感器相连，用于控制互感器的各种匝数比。

进一步的，所述终端控制单元和电表控制单元由多块工位板相连接，分布式程控源控制单元通过485总线与单/三相电源相连接，可以完全独立的控制每一个工位的电压、电流、功率因数等，相互之间互不影响。

进一步的，包括以下步骤：

步骤（1），建立模拟仿真连接，通过本地主站控制系统与核心处理单元相连接，通过核心处理单元与终端控制单元、分布式程控源控制单元、电表控制单元和互感器控制单元相连接；

步骤（2），对终端进行上行GPRS通信故障模拟仿真，记录模拟仿真信息；

步骤（3），对终端进行下行抄表故障模拟仿真，记录模拟仿真信息；

步骤（4），对终端进行交采计量类故障模拟仿真，记录模拟仿真信息；

步骤（5），对电表（表计）进行各类故障模拟仿真，记录模拟仿真信息；

步骤（6），根据采集系统各层级对应故障生成相应的线损数据，记录线损模拟仿真信息。

进一步的，步骤（2）中，对终端进行上行GPRS通信故障模拟仿真的方法如下：

（1）核心处理单元控制终端控制单元与终端外围通信回路进行通讯连接测试，召测终端的当前时间及版本号；

（2）若读取成功，则进行（3）；若读取失败，则终端控制单元与终端外围通信回路建立通讯异常，更改通讯延时参数以及相关器件阻抗，重复（1），直到读取成功；

（3）终端控制单元向终端发送AT命令，终端响应后控制GPRS模块电源灯以及收发信号灯开关，使得GPRS模块工作异常；

（4）终端控制单元向终端发送国网标准3761命令，更改终端登入上线的主站通讯参数F3，使得终端上线异常；

（5）读取GPRS模块电源灯和收发信号灯管脚的高低电平状态；

（6）读取终端内的F3主站通讯参数，并保存；

（7）核心处理单元对比更改前后的管脚状态以及通讯参数，分析出故障模拟仿真的结果以及该故障对线损数据的影响，记录存档。

进一步的，所述上行GPRS通信故障，包括了GPRS模块本身异常不工作、登入主站参数异常等，正常情况下GPRS模块电源灯为每秒正常闪烁、熄灭，收发信号灯在通讯的时候正常闪烁，通过控制发送AT命令后，GPRS模块电源灯以及收发信号灯闪烁异常，无法进行正常的组网、注册；主站通讯参数F3异常后，GPRS模块经过组网、注册获取IP地址后，最后在链接主站时异常，现场中出现以上相关故障后，会导致终端无法上线，影响台区线损。

进一步的，步骤（3）中，对下行抄表故障模拟仿真的方法如下：

（1）核心处理单元控制终端控制单元与终端外围通信回路进行通讯连接测试，召测终端的当前时间及版本号；

（2）若读取成功，则进行（3）；若读取失败，则终端控制单元与终端外围通信回路建立通讯异常，更改通讯延时参数以及相关器件阻抗，重复（1），直到读取成功；

（3）终端控制单元向终端发送穿透抄表命令，装置上有相应的RS485抄表表计和载波方式抄表表计，能正常穿透成功；

（4）核心处理单元通过终端控制单元将RS485线路控制为开路、短路或者反接；将II型采集器载波通讯控制为异常；

（5）再次执行穿透抄表命令，结果为穿透失败；

（6）核心处理单元分析、记录下行抄表故障对线损数据的影响，并保存。

进一步的，所述下行抄表故障，包含了下行RS485抄表故障和载波抄表故障，其中RS485抄表故障包含了RS485开路、短路、反接、485线路阻抗异常等；载波抄表故障包含了载波路由参数丢失、载波模块异常、II型采集器异常等，线损模拟仿真装置可以模拟、再现各类抄表故障，并对应生成相应的线损数据；现场中出现以上抄表故障，会导致某些表计无法正常抄读，影响台区线损数据。

进一步的，步骤（4）中，对交采计量类故障模拟仿真的方法如下：

（1）核心处理单元与分布式程控源控制单元进行通讯连接测试，读取程控源版本号；

（2）若读取成功，则进行（3）；若读取失败，则终端控制单元与终端外围通信回路建立通讯异常，更改通讯延时参数，重复（1），直到读取成功；

（3）控制分布式程控源控制单元输出正常的参数，读取并记录终端上的交采计量值；

（4）核心处理单元根据主台下发的故障类型，控制分布式程控源控制单元输出相应的电压、电流、功率因数等；

（5）分布式程控源控制单元正常响应后，读取记录终端上的交采计量值；

（6）统计分析计量异常数据，记录计量异常故障对线损数据的影响，并保存。

进一步的，步骤（5）中，对表计进行各类故障模拟仿真的方法如下：

（1）核心处理单元控制电表控制单元与表计外围通信回路进行通讯连接测试，召测电表的当前时间及版本号；

（2）若读取成功，则进行（3）；若读取失败，则电表控制单元与表计外围通信回路建立通讯异常，更改通讯参数以及相关器件阻抗，重复（1），直到读取成功；

（3）电表控制单元控制总线及管脚正常；

（4）核心处理单元通过终端控制单元触发终端抄表，终端可正常抄读，并且表计数据正常；

（5）电表控制单元控制RS485抄表表计端口异常、表内参数错误、脉冲灯异常闪烁等；

（6）再次通过终端抄读表计；

（7）核心处理单元对比前后数据，分析表计故障对线损数据的影响，并保存。

进一步的，步骤（6）中，对根据采集系统各层级对应故障生成相应的线损数据模拟仿真的实现方法为：核心处理单元根据不同的采集故障、计量故障所造成的电量异常，从理论以及现场真实大数据统计分析，通过一定算法（线损的计算公式为供电量减去售电量除以供电量，不同的采集故障、计量故障对电量的影响量不一致，采集类故障现象为主站无法采集到表计数据，该表计的电量不计入到售电量，计量故障现象为主站能够采集到该表计数据，但电量有缺失，如三相表计某一项电压断相，则将表计的三分之二电量计入到售电量中，算法就是将各种故障类型对售电量的影响进行算法处理）将线损数据与故障进行一一对应，从而真实模拟再现现场台区线损异常情况。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型公开了一种用电信息采集及设备诊断评估仿真装置，包括核心处理单元、终端控制单元、分布式程控源控制单元、电表控制单元和互感器控制单元，终端控制单元、分布式程控源控制单元、电表控制单元和互感器控制单元分别与核心处理单元相连接，核心处理单元控制终端控制单元与终端外围通信回路进行通讯连接测试，终端控制单元通过MB9BF218S核心芯片与终端外围电路进行通讯，终端控制单元与装置上各种类型终端相连接通讯，终端控制单元向终端发送AT或穿透抄表等命令，可以对终端进行各类参数、数据的设置，控制产生与终端数据相对应的故障；核心处理单元与分布式程控源控制单元进行通讯连接测试，控制分布式程控源控制单元输出电参数，分布式程控源控制单元负责给装置上各个模块进行供电，电压、电流、功率因数等可在一定范围内任意设置；电表控制单元与装置上各种类型表计（电表）相连接通讯，可以对电表进行各类参数、数据的设置，控制产生与表计数据相对应的故障及切换，核心处理单元通过终端控制单元触发终端抄表；互感器控制单元控制互感器进行各种匝数比的变化。本实用新型提供的一种用电信息采集及设备诊断评估仿真装置，可模拟仿真现场的各类线损异常情况，并可根据不同故障类型自动生成相应的线损数据，实现现场各类上行通信类故障、下行抄表类故障、计量类故障、表计类故障等模拟仿真，让运维人员通过线损模拟仿真装置上的模拟仿真培训后，可以快速的定位出导致线损异常的故障点，节省大量的人力、物力，功能强大，操作简单方便，能够有效的进行现场线损环境的再现和研究，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型的系统框图；

图2是本实用新型的核心处理单元的系统框图；

图3是本实用新型对终端上行GPRS通信故障模拟仿真实现方式的流程图；

图4是本实用新型对终端下行抄表故障模拟仿真实现方式的流程图；

图5是本实用新型对终端交采计量类故障模拟仿真实现方式的流程图；

图6是本实用新型对表计各类故障模拟仿真实现方式的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作更进一步的说明。

如图1-6所示，一种用电信息采集及设备诊断评估仿真装置，包括核心处理单元、终端控制单元、分布式程控源控制单元、电表控制单元和互感器控制单元，终端控制单元、分布式程控源控制单元、电表控制单元和互感器控制单元分别与核心处理单元相连接，核心处理单元控制终端控制单元与终端外围通信回路进行通讯连接测试，终端控制单元与各终端相连接通讯，终端控制单元向终端发送AT或穿透抄表命令，可对各终端进行各类参数、数据的设置，控制产生与终端数据相对应的故障，实现了控制终端各类故障生成及切换的目的；核心处理单元与分布式程控源控制单元进行通讯连接测试，控制分布式程控源控制单元输出电参数，包括电压、电流、功率因数等；核心处理单元控制电表控制单元与表计外围通信回路进行通讯连接测试，电表控制单元与装置上各电表相连接通讯，可对电表进行各类参数、数据的设置，控制产生与电表数据相对应的故障，实现了控制电表各类故障生成及切换的目的，核心处理单元通过终端控制单元触发终端抄表；互感器控制单元控制装置上的互感器进行各种匝数比的变化。

具体的，终端控制单元通过MB9BF218S核心芯片与终端外围通信回路进行通讯，终端外围通信回路为包含了一个GPRS模块的电路且该回路的电源、收发控制管脚与MB9BF218S核心芯片相连接，终端控制单元通过MB9BF218S核心芯片对GPRS模块进行控制，发送相关AT等指令，控制其实现各种异常状态，在模拟上行GPRS通信故障时进行比较以及校对，分布式程控源控制单元通过FPGA以及继电器与装置各部分的单/三相电源相连接，电表控制单元通过SPI与表计外围通信回路、AT7022E计量芯片相连接，互感器控制单元通过RS485总线与装置上的可编程互感器相连接，终端控制单元、电表控制单元由多块工位板相连接组成。

分布式程控源控制单元由多个单相电源板和三相电源组成，多个单相电源板之间通过RS485总线互相连接，分布式程控源控制单元又通过485总线与单/三相电源相连接，可以完全独立的控制每一个工位的电压、电流、功率因数等，相互之间互不影响。

互感器控制单元由FPGA元件和双通道485芯片组成，响应命令后可以高效、及时的将互感器的变比进行更改，来回改动不影响互感器的精度值。

核心处理单元包括CPU、存储单元、以太网接口、数据总线接口，时钟单元、语音接口、视频接口和GPRS模块，CPU为MB9BF218S核心芯片，存储单元有FLASH存储单元、FRAM存储单元和RAM存储单元，GPRS模块内置了telit模块，与终端外围通信回路进行通讯，实现装置内部远程通信模块登入机制，以太网接口与本地主站控制系统相连接，所述本地主站控制系统包括前置机和浏览器，实现装置的整体控制，存储单元、数据总线接口、时钟单元、语音接口和视频接口分别与CPU相连接。

需要说明的是，本实用新型选用的各模块均可直接市购获得，未具体明确何种型号和电路关系，这也是出于本领域技术人员的公知常识考虑，本领域技术人员可灵活选择某一型号实现本实用新型。

一种用电信息采集及设备诊断评估仿真装置的实现方法，包括以下步骤：

步骤（1），建立模拟仿真连接，通过本地主站控制系统与核心处理单元相连接，通过核心处理单元与终端控制单元、分布式程控源控制单元、电表控制单元、互感器控制单元相连接；

步骤（2），对终端进行上行GPRS通信故障模拟仿真，记录模拟仿真信息；如图3所示，对终端进行上行GPRS通信故障模拟仿真的方法如下：

（1）核心处理单元控制终端控制单元与终端外围通信回路进行通讯连接测试，召测终端的当前时间及版本号；

（2）若读取成功，则进行（3）；若读取失败，则终端控制单元与终端外围通信回路建立通讯异常，更改通讯延时参数以及相关器件阻抗，重复（1），直到读取成功；

（3）终端控制单元向终端发送AT命令，终端响应后控制GPRS模块电源灯以及收发信号灯开关，使得GPRS模块工作异常；

（4）终端控制单元向终端发送国网标准3761命令，更改终端登入上线的主站通讯参数F3，使得终端上线异常；

（5）读取GPRS模块的电源灯、收发信号灯管脚的高低电平状态；

（6）读取终端内的F3主站通讯参数，并保存；

（7）核心处理单元对比更改前后，管脚状态以及通讯参数，分析出故障模拟仿真的结果以及该故障对线损数据的影响，记录存档；

步骤（3），对终端进行下行抄表故障模拟仿真，记录模拟仿真信息；如图4所示，对下行抄表故障模拟仿真的方法如下：

（1）核心处理单元控制终端控制单元与终端外围通信回路进行通讯连接测试，召测终端的当前时间及版本号；

（2）若读取成功，则进行（3）；若读取失败，则终端控制单元与终端外围通信回路建立通讯异常，更改通讯延时参数以及相关器件阻抗，重复（1），直到读取成功；

（3）终端控制单元向终端发送穿透抄表命令，装置上有相应的RS485抄表表计和载波方式抄表表计，能正常穿透成功；

（4）核心处理单元通过终端控制单元，将RS485线路控制为开路、短路或者反接；将II型采集器载波通讯控制为异常；

（5）再次执行穿透抄表命令，结果为穿透失败；

（6）核心处理单元分析、记录下行抄表故障对线损数据的影响，并保存；

步骤（4）， 对终端进行交采计量类故障模拟仿真，记录模拟仿真信息；如图5所示，对交采计量类故障模拟仿真的方法如下：

（1）核心处理单元与分布式程控源控制单元进行通讯连接测试，读取程控源版本号；

（2）若读取成功，则进行（3）；若读取失败，则终端控制单元与终端外围通信回路建立通讯异常，更改通讯延时参数，重复（1），直到读取成功；

（3）控制分布式程控源控制单元输出正常的参数，读取并记录终端上的交采计量值；

（4）核心处理单元根据主台下发的故障类型，控制分布式程控源控制单元输出相应的电压、电流、功率因数等；

（5）分布式程控源控制单元正常响应后，读取记录终端上的交采计量值；

（6）统计分析计量异常数据，记录计量异常故障对线损数据的影响，并保存；

步骤（5），对表计进行各类故障模拟仿真，记录模拟仿真信息。

如图6所示，对表计进行各类故障模拟仿真的方法如下：

（1）核心处理单元控制电表控制单元与表计外围通信回路进行通讯连接测试，召测电表的当前时间及版本号；

（2）若读取成功，则进行（3）；若读取失败，则电表控制单元与表计外围通信回路建立通讯异常，更改通讯参数以及相关器件阻抗，重复（1），直到读取成功；

（3）电表控制单元控制总线及管脚正常；

（4）核心处理单元通过终端控制单元触发终端抄表，终端可正常抄读，并且表计数据正常；

（5）电表控制单元控制表计RS485端口异常、表内参数错误、脉冲灯异常闪烁等；

（6）再次通过终端抄读表计；

（7）核心处理单元对比前后数据，分析表计故障对线损数据的影响，并保存；

步骤（6），根据采集系统各层级对应故障生成相应的线损数据，记录线损模拟仿真信息；对根据采集系统各层级对应故障生成相应的线损数据模拟仿真的实现方法为，核心处理单元根据不同的采集故障、计量故障所造成的电量异常，从理论以及现场真实大数据统计分析，通过一定算法将线损数据与故障进行一一对应，从而真实模拟再现现场台区线损异常情况。

综上所述，本实用新型可模拟仿真现场的各类故障类型，功能强大，操作简单方便，能够有效的进行现场线损异常对应故障的再现和研究，具有良好的应用前景。

上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种用电信息采集及设备诊断评估仿真装置，其特征在于，包括核心处理单元、终端控制单元、分布式程控源控制单元、互感器控制单元和电表控制单元，所述终端控制单元、分布式程控源控制单元、电表控制单元和互感器控制单元分别与核心处理单元相连接通讯，核心处理单元控制终端控制单元与终端外围通信回路进行通讯连接测试，终端控制单元与各终端相连接通讯，终端控制单元向终端发送AT或穿透抄表命令，控制产生与终端数据相对应的故障，所述终端控制单元通过MB9BF218S核心芯片与终端外围电路进行通讯；所述核心处理单元与分布式程控源控制单元进行通讯连接测试，控制分布式程控源控制单元输出电参数；所述电表控制单元与装置上各电表相连接通讯，可对电表进行各类参数、数据的设置，控制产生与电表数据相对应的故障，核心处理单元通过终端控制单元触发终端抄表；所述互感器控制单元与装置上的互感器相连接，控制互感器进行各种匝数比的变化。

2.根据权利要求1所述的一种用电信息采集及设备诊断评估仿真装置，其特征在于，所述核心处理单元包括CPU、存储单元、以太网接口、数据总线接口，时钟单元、语音接口、视频接口和GPRS模块，所述存储单元、以太网接口、数据总线接口、时钟单元、语音接口、视频接口和GPRS模块与CPU连接通讯。

3.根据权利要求2所述的一种用电信息采集及设备诊断评估仿真装置，其特征在于，所述CPU为MB9BF218S核心芯片，存储单元包括FLASH存储单元、FRAM存储单元和RAM存储单元，GPRS模块内置telit模块，与终端外围电路进行通讯，实现装置内部远程通信模块登入机制。

4.根据权利要求1所述的一种用电信息采集及设备诊断评估仿真装置，其特征在于，所述分布式程控源控制单元与单相/三相电源相连，用于控制单/三相电源形成各种电压、电流、功率因数，电表控制单元通过SPI与AT7022E计量芯片相连接。

5.根据权利要求4所述的一种用电信息采集及设备诊断评估仿真装置，其特征在于，所述分布式程控源控制单元通过485总线与单/三相电源相连接，可完全独立的控制每一个工位的电压、电流、功率因数等，相互之间互不影响，互感器控制单元通过RS485总线与互感器相连，用于控制互感器的各种匝数比。

6.根据权利要求1所述的一种用电信息采集及设备诊断评估仿真装置，其特征在于，所述终端控制单元和电表控制单元由多块工位板相连接，终端外围电路的电源、收发控制管脚与MB9BF218S核心芯片相连接。