CN216436811U - 一种用于智能台区拓扑识别的电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于智能台区拓扑识别的电路，与MCU电连接，包括：交流电压采样比较电路、电流脉冲信号注入电路和电流脉冲信号捕获转换电路；其中，交流电压采样比较电路和电流脉冲信号注入电路均与MCU电连接；电流脉冲信号捕获转换电路分别与电流脉冲信号注入电路和MCU电连接；本实用新型中的交流电压采样比较电路可以输出一个允许脉冲电流注入的一个上升沿信号，电流脉冲信号注入电路能够产生可靠的电流脉冲波形并由电流脉冲信号捕获电路进行转换输出信号脉宽给MCU处理，这些数据通过HPLC汇集到台区融合终端，生成台区下端设备的上下层级拓扑关系图。

Description

一种用于智能台区拓扑识别的电路

技术领域

本实用新型涉及智能电网技术领域，更具体的说是涉及一种用于智能台区拓扑识别的电路。

背景技术

随着智能电网的发展，获取准确的低压台区下拓扑关系成为智能电网建设的基础。尤其在某些台区下设备繁多，布线复杂，上下层级拓扑关系混乱，给工程队造成一定的管理难度。只有在准确掌握台区拓扑层级关系才能更好的开展台区线损准确计算、三相不平衡治理、反窃电、故障位置快速定位等精益化管理。目前没有稳定可靠的技术方案来实现拓扑上下层级关系检测，用于智能台区拓扑识别的电路在这种情况下产生。

因此，如何提供一种稳定性高且能对台区精确管理的用于智能台区拓扑识别的电路是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种用于智能台区拓扑识别的电路，分别通过各个设备往台区注入电流脉冲，并通过捕获脉冲转换信号进行解码后发送给融合终端汇总生成上下层级拓扑关系图，达到对台区精确管理的目的。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种用于智能台区拓扑识别的电路，与MCU电连接，包括：交流电压采样比较电路、电流脉冲信号注入电路和电流脉冲信号捕获转换电路；

其中，所述交流电压采样比较电路和所述电流脉冲信号注入电路均与所述MCU电连接；所述电流脉冲信号捕获转换电路分别与所述电流脉冲信号注入电路和所述MCU电连接；

所述交流电压采样比较电路依次包括电压互感器PT1、运算放大器U1和电压比较器U2，其中所述电压互感器PT1的原边接有原边采样电阻R1，副边接有副边采样电阻R3，且所述原边采样电阻R1的另一端连接至交流电的ABC任一相线，所述副边采样电阻R3接地，所述电压比较器U2的输出端与所述MCU电连接；

所述电流脉冲信号注入电路依次包括单向可控硅Q1、光电可控硅光耦U7和三极管Q2，其中所述单向可控硅Q1还连接有功率电感L1，所述功率电感L1的另一端连接至交流电的ABC相位节点上，所述三极管Q2通过电阻R22与所述MCU电连接；

所述电流脉冲信号捕获转换电路依次包括穿心式电流互感器CT1、电流转换电路和比较器U6，其中所述穿心式电流互感器CT1套在交流电压采样比较电路所接相位的开关节点之前的线缆上，将所述比较器U6的输出端与所述MCU电连接。

优选的，所述交流电压采样比较电路还包括：电阻R2，电阻R4和电阻R5；

所述原边采样电阻R1的一端接交流电的ABC任一相线，所述电阻R1另一端连接至所述电压互感器PT1的第2引脚，所述电压互感器PT1的第1引脚连接至交流电压的N相线，所述电压互感器PT1的第3引脚连接至所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端连接至所述电压互感器PT1的第4引脚并接地；

所述电阻R2的一端与所述电压互感器PT1的第3引脚相连，另外一端连接至所述运算放大器U1的第3引脚；所述运算放大器U1的第4引脚通过所述电阻R5接至地，并且所述运算放大器U1的第4引脚还连接至所述电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端连接至述运算放大器U1的第1引脚，运算放大器U1的第1引脚连接至所述电压比较器U2的第4引脚；

所述电压比较器U2的第3引脚接基准电压Vref_1，所述电压比较器U2的第1引脚输出连接至MCU的IO引脚。

优选的，所述电流脉冲信号注入电路还包括：限流电阻R21、电阻R19和电阻R20；

所述功率电感L1一端连接交流电的ABC相位节点上，另一端连接所述单向可控硅Q1的第2引脚，并连接至所述光电可控硅光耦U7的第6引脚；

所述电阻R21的一端连接所述光电可控硅光耦U7的第4引脚，所述电阻R21另一端连接至所述单向可控硅Q1的第3引脚，所述单向可控硅Q1的第1脚连接至交流电的N相线；

所述光电可控硅光耦U7的第1引脚连接所述电阻R19，所述电阻R19另一端接电源VCC，所述光电可控硅光耦U7的第2引脚连接至所述电阻R20，所述电阻R20的另一端接电源VCC，所述光电可控硅光耦U7的第2引脚还连接至所述三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的基极接至所述电阻R22的一端，所述电阻R22的另一端连接至MCU的IO引脚。

优选的，所述电流脉冲信号捕获转换电路还包括：电流采样电阻R10、电阻R7和电阻R12，所述电流转换电路具体包括：运算放大器U3，运算放大器U4，运算放大器U5，电阻R14，电阻R8，电阻R9，电阻R15，电阻R17，电容C1，电容C2，电阻R6，电阻R13，电阻R16，电阻R18，电阻R11和电容C3；

所述穿心式电流互感器CT1的第2引脚连接所述电阻R10，所述电阻R10另一端连接至所述穿心式电流互感器CT1的第1引脚并接地，所述电阻R7的一端连接所述穿心式电流互感器CT1的第2引脚，所述R7的另一端连接所述运算放大器U3的第3引脚；

所述运算放大器U3的第4引脚连接所述电阻R12，所述电阻R12另一端接地，所述运算放大器U3的第4引脚还连接至所述电阻R14，所述电阻R14另一端连接至所述运算放大器U3的第1引脚，所述运算放大器U3的第1引脚还连接至所述电阻R9，所述电阻R9另一端连接至所述运算放大器U4的第3引脚，所述运算放大器U4的第3引脚还连接所述电阻R8，所述电阻R8另一端接电源Vbias，所述运算放大器U4的第4引脚连接所述电阻R17，所述电阻R17另一端接地，所述运算放大器U4的第4引脚还连接所述电阻R15，电阻R15另一端接至所述运算放大器U4的第1引脚，所述运算放大器U4的第1引脚还连接所述电容C1，电容C1另一端连接所述电容C2和所述电阻R6，所述电容C2的另一端连接所述运算放大器U5的第3引脚，所述电阻R6的另一端连接至所述运算放大器U5的第1引脚，所述运算放大器U5的第3引脚连接至所述电阻R13，电阻R13另一端接地，所述运算放大器U5的第4引脚连接随时所述电阻R18和所述电阻R16，电阻R18另一端接地，所述电阻R16另一端连接至所述运算放大器U5的第1引脚，所述运算放大器U5的第1引脚连接所述电阻R11；

所述电阻R11另一端连接所述电容C3和所述比较器U6的第3引脚，所述电容C3另一端接地，所述比较器U6的第4引脚连接电源Vref_2，所述比较器U6的第1引脚连接至MCU的IO引脚。

优选的，所述运算放大器U1、U2、U3、U4、U5和U6的第5引脚均连接供电电源VCC，所述运算放大器U1、U2、U4、U5和U6的第2引脚均连接信号地GND，所述运算放大器U3的第2引脚连接供电负电源-VCC。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种用于智能台区拓扑识别的电路，由交流电压采样比较电路准确识别出适合的时机，输出上升沿信号通知MCU，再由MCU驱动电流脉冲信号注入电路在交流电压相线回路间产生短时脉冲电流，电流脉冲信号捕获转换电路能够对信号进行滤除后输出特征脉宽序列由MCU进行解码识别。三个电路模块均实现电气隔离，提高安全性。电流脉冲信号注入电路采用单向可控硅来进行电流注入，只需在过零点前驱动流脉冲信号注入电路，单向可控硅导通后可在过零点自行截止，无需MCU干预，提升产品可靠性。经验证，该技术方案能够准确实现特征电流信号注入与检测。在台区下各个开关节点布置该设备能够有效理清各个节点的上下层级关系，从而达到对台区下各节点有效管理的目的。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本实用新型提供的一种用于智能台区拓扑识别的电路的整体结构示意图；

图2附图为本实用新型提供的一种用于智能台区拓扑识别的电路中的交流电压采样比较电路结构示意图；

图3附图为本实用新型提供的一种用于智能台区拓扑识别的电路中的电流脉冲信号注入电路结构示意图；

图4附图为本实用新型提供的一种用于智能台区拓扑识别的电路中的电流脉冲信号捕获转换电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种用于智能台区拓扑识别的电路，与MCU电连接，如图1所示，包括：交流电压采样比较电路、电流脉冲信号注入电路和电流脉冲信号捕获转换电路；

其中，交流电压采样比较电路和电流脉冲信号注入电路均与MCU电连接；电流脉冲信号捕获转换电路分别与电流脉冲信号注入电路和MCU电连接；

交流电压采样比较电路依次包括电压互感器PT1、运算放大器U1和电压比较器U2，其中电压互感器PT1的原边接有原边采样电阻R1，副边接有副边采样电阻R3，且原边采样电阻R1的另一端连接至交流电ABC的任意一相，副边采样电阻R3接地，电压比较器U2的输出端与MCU电连接；

电流脉冲信号注入电路依次包括单向可控硅Q1、光电可控硅光耦U7和三极管Q2，其中单向可控硅Q1还连接有功率电感L1，功率电感L1的另一端连接至交流电的ABC相位节点上，三极管Q2通过电阻R22与MCU电连接；

电流脉冲信号捕获转换电路依次包括穿心式电流互感器CT1、电流转换电路和比较器U6，其中穿心式电流互感器CT1套在交流电压采样比较电路所接相位的开关节点之前的线缆上，将比较器U6的输出端与MCU电连接。

为了进一步实施上述技术方案，如图2所示，交流电压采样比较电路还包括：电阻R2，电阻R4和电阻R5；

原边采样电阻R1的一端接交流电的ABC任一相线，电阻R1另一端连接至电压互感器PT1的第2引脚，电压互感器PT1的第1引脚连接至交流电压的N相线，电压互感器PT1的第3引脚连接至电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接至电压互感器PT1的第4引脚并接地；

电阻R2的一端与电压互感器PT1的第3引脚相连，另外一端连接至运算放大器U1的第3引脚；运算放大器U1的第4引脚通过电阻R5接至地，并且运算放大器U1的第4引脚还连接至电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接至述运算放大器U1的第1引脚，运算放大器U1的第1引脚连接至电压比较器U2的第4引脚；

电压比较器U2的第3引脚接基准电压Vref_1，电压比较器U2的第1引脚输出连接至MCU的IO引脚。

为了进一步实施上述技术方案，如图3所示，电流脉冲信号注入电路还包括：限流电阻R21、电阻R19和电阻R20；

功率电感L1一端连接交流电的ABC相位节点上，另一端连接单向可控硅Q1的第2引脚，并连接至光电可控硅光耦U7的第6引脚；

电阻R21的一端连接光电可控硅光耦U7的第4引脚，电阻R21另一端连接至单向可控硅Q1的第3引脚，单向可控硅Q1的第1脚连接至交流电的N相线；

光电可控硅光耦U7的第1引脚连接电阻R19，电阻R19另一端接电源VCC，光电可控硅光耦U7的第2引脚连接至电阻R20，电阻R20的另一端接电源VCC，光电可控硅光耦U7的第2引脚还连接至三极管Q2的集电极，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极接至电阻R22的一端，电阻R22的另一端连接至MCU的IO引脚。

为了进一步实施上述技术方案，如图4所示，电流脉冲信号捕获转换电路还包括：电流采样电阻R10、电阻R7和电阻R12，电流转换电路具体包括：运算放大器U3，运算放大器U4，运算放大器U5，电阻R14，电阻R8，电阻R9，电阻R15，电阻R17，电容C1，电容C2，电阻R6，电阻R13，电阻R16，电阻R18，电阻R11和电容C3；

穿心式电流互感器CT1的第2引脚连接电阻R10，电阻R10另一端连接至穿心式电流互感器CT1的第1引脚并接地，电阻R7的一端连接穿心式电流互感器CT1的第2引脚，R7的另一端连接运算放大器U3的第3引脚；

运算放大器U3的第4引脚连接电阻R12，电阻R12另一端接地，运算放大器U3的第4引脚还连接至电阻R14，电阻R14另一端连接至运算放大器U3的第1引脚，运算放大器U3的第1引脚还连接至电阻R9，电阻R9另一端连接至运算放大器U4的第3引脚，运算放大器U4的第3引脚还连接电阻R8，电阻R8另一端接电源Vbias，运算放大器U4的第4引脚连接电阻R17，电阻R17另一端接地，运算放大器U4的第4引脚还连接电阻R15，电阻R15另一端接至运算放大器U4的第1引脚，运算放大器U4的第1引脚还连接电容C1，电容C1另一端连接电容C2和电阻R6，电容C2的另一端连接运算放大器U5的第3引脚，电阻R6的另一端连接至运算放大器U5的第1引脚，运算放大器U5的第3引脚连接至电阻R13，电阻R13另一端接地，运算放大器U5的第4引脚连接随时电阻R18和电阻R16，电阻R18另一端接地，电阻R16另一端连接至运算放大器U5的第1引脚，运算放大器U5的第1引脚连接电阻R11；

电阻R11另一端连接电容C3和比较器U6的第3引脚，电容C3另一端接地，比较器U6的第4引脚连接电源Vref_2，比较器U6的第1引脚连接至MCU的IO引脚。

为了进一步实施上述技术方案，运算放大器U1、U2、U3、U4、U5和U6的第5引脚均连接供电电源VCC，运算放大器U1、U2、U4、U5和U6的第2引脚均连接信号地GND，运算放大器U3的第2引脚连接供电负电源-VCC。

需要说明的是：

在本实用新型中，交流电压采样比较电路是通过电压互感器原边对交流电进行获取，电压互感器副边得到交流隔离小信号，再经过比较器在每个周波电压即将过零点处输出一次电平翻转的上升沿信号，通过这个电平翻转的上升沿得到即将过零点的信号。

电流脉冲信号注入电路是基于交流电压采样比较电路输出的上升沿信号进行驱动注入，采用光电可控硅光耦来实现驱动信号隔离，在MCU发出电流脉冲信号时，驱动交流电端的功率单向可控硅导通，将功率电感接入交流电两端形成一个瞬时脉冲电流，这个电流持续至交流电过零点时恢复至0 。

电流脉冲信号捕获转换电路是用于获取电流脉冲信号注入电路所形成的瞬时脉冲电流，通过电流互感器获取电流后，经过高通滤波器对50HZ交流电电流进行衰减，瞬时脉冲电流信号不会被衰减，瞬时脉冲电流信号再经过比较器输出脉冲方波，没获取一个瞬时脉冲电流信号就转换一个方波信号输出，方波信号再经过MCU处理获取信息。

基于本实用新型中的该用于智能台区拓扑识别电路的一种用于智能台区拓扑识别的方法，包括以下内容：

当设备收到来自融合终端发送的注入命令时，首先交流电压采样、比较电路在临近过零点前会输出signal1信号上升沿给MCU，这个信号作为交流电周期的判断，注入电流需要驱动电流脉冲信号注入电路；下一个signal1信号上升沿到来即为下一个周期，按照特定Bit位进行编码，周期内检测到注入电流信号为bit1，周期内没有检测到注入电流信号为bit0，进行编码注入；

在交流电压采样比较电路输出上升沿给MCU时，MCU立刻将signal2引脚50uS-1mS时长范围内可设随后拉低，这个时间可基于单向可控硅的开启参数进行设置，单向可控硅能自动在过零点截止，拉高瞬间交流电压采样比较电路能收到一段叠加在工频电流上的短时的电流脉冲信号，该电流脉冲信号会出现在正半波过零点处且在过零时自动归零无需MCU干预；

其他智能设备会根据电流脉冲信号捕获转换电路进行信号获取，电流脉冲信号捕获转换电路会将注入电流信号转换为方波脉宽发送至MCU，通过MCU解码、校验正确即可获取有效数据，这些数据一一发送到融合终端，最终生成拓扑关系图。

为了进一步实施上述技术方案，在不需要注入电流脉冲信号时，保持signal2引脚一直为低电平。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种用于智能台区拓扑识别的电路，与MCU电连接，其特征在于，包括：交流电压采样比较电路、电流脉冲信号注入电路和电流脉冲信号捕获转换电路；

其中，所述交流电压采样比较电路和所述电流脉冲信号注入电路均与所述MCU电连接；所述电流脉冲信号捕获转换电路分别与所述电流脉冲信号注入电路和所述MCU电连接；

所述交流电压采样比较电路依次包括电压互感器PT1、运算放大器U1和电压比较器U2，其中所述电压互感器PT1的原边接有原边采样电阻R1，副边接有副边采样电阻R3，且所述原边采样电阻R1的另一端连接至交流电ABC的任意一相，所述副边采样电阻R3接地，所述电压比较器U2的输出端与所述MCU电连接；

所述电流脉冲信号注入电路依次包括单向可控硅Q1、光电可控硅光耦U7和三极管Q2，其中所述单向可控硅Q1还连接有功率电感L1，所述功率电感L1的另一端连接至交流电的ABC相位节点上，所述三极管Q2通过电阻R22与所述MCU电连接；

所述电流脉冲信号捕获转换电路依次包括穿心式电流互感器CT1、电流转换电路和比较器U6，其中所述穿心式电流互感器CT1套在交流电压采样比较电路所接相位的开关节点之前的线缆上，将所述比较器U6的输出端与所述MCU电连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于智能台区拓扑识别的电路，其特征在于，所述交流电压采样比较电路还包括：电阻R2，电阻R4和电阻R5；

所述原边采样电阻R1的一端接交流电的ABC任一相线，所述电阻R1另一端连接至所述电压互感器PT1的第2引脚，所述电压互感器PT1的第1引脚连接至交流电压的N相线，所述电压互感器PT1的第3引脚连接至所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端连接至所述电压互感器PT1的第4引脚并接地；

所述电阻R2的一端与所述电压互感器PT1的第3引脚相连，另外一端连接至所述运算放大器U1的第3引脚；所述运算放大器U1的第4引脚通过所述电阻R5接至地，并且所述运算放大器U1的第4引脚还连接至所述电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端连接至述运算放大器U1的第1引脚，运算放大器U1的第1引脚连接至所述电压比较器U2的第4引脚；

所述电压比较器U2的第3引脚接基准电压Vref_1，所述电压比较器U2的第1引脚输出连接至MCU的IO引脚。

3.根据权利要求1所述的一种用于智能台区拓扑识别的电路，其特征在于，所述电流脉冲信号注入电路还包括：限流电阻R21、电阻R19和电阻R20；

所述功率电感L1一端连接交流电的ABC相位节点上，另一端连接所述单向可控硅Q1的第2引脚，并连接至所述光电可控硅光耦U7的第6引脚；

所述电阻R21的一端连接所述光电可控硅光耦U7的第4引脚，所述电阻R21另一端连接至所述单向可控硅Q1的第3引脚，所述单向可控硅Q1的第1脚连接至交流电的N相线；

所述光电可控硅光耦U7的第1引脚连接所述电阻R19，所述电阻R19另一端接电源VCC，所述光电可控硅光耦U7的第2引脚连接至所述电阻R20，所述电阻R20的另一端接电源VCC，所述光电可控硅光耦U7的第2引脚还连接至所述三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的发射极接地，所述三极管Q2的基极接至所述电阻R22的一端，所述电阻R22的另一端连接至MCU的IO引脚。

4.根据权利要求1所述的一种用于智能台区拓扑识别的电路，其特征在于，所述电流脉冲信号捕获转换电路还包括：电流采样电阻R10、电阻R7和电阻R12，所述电流转换电路具体包括：运算放大器U3，运算放大器U4，运算放大器U5，电阻R14，电阻R8，电阻R9，电阻R15，电阻R17，电容C1，电容C2，电阻R6，电阻R13，电阻R16，电阻R18，电阻R11和电容C3；

所述穿心式电流互感器CT1的第2引脚连接所述电阻R10，所述电阻R10另一端连接至所述穿心式电流互感器CT1的第1引脚并接地，所述电阻R7的一端连接所述穿心式电流互感器CT1的第2引脚，所述R7的另一端连接所述运算放大器U3的第3引脚；

所述运算放大器U3的第4引脚连接所述电阻R12，所述电阻R12另一端接地，所述运算放大器U3的第4引脚还连接至所述电阻R14，所述电阻R14另一端连接至所述运算放大器U3的第1引脚，所述运算放大器U3的第1引脚还连接至所述电阻R9，所述电阻R9另一端连接至所述运算放大器U4的第3引脚，所述运算放大器U4的第3引脚还连接所述电阻R8，所述电阻R8另一端接电源Vbias，所述运算放大器U4的第4引脚连接所述电阻R17，所述电阻R17另一端接地，所述运算放大器U4的第4引脚还连接所述电阻R15，电阻R15另一端接至所述运算放大器U4的第1引脚，所述运算放大器U4的第1引脚还连接所述电容C1，电容C1另一端连接所述电容C2和所述电阻R6，所述电容C2的另一端连接所述运算放大器U5的第3引脚，所述电阻R6的另一端连接至所述运算放大器U5的第1引脚，所述运算放大器U5的第3引脚连接至所述电阻R13，电阻R13另一端接地，所述运算放大器U5的第4引脚连接随时所述电阻R18和所述电阻R16，电阻R18另一端接地，所述电阻R16另一端连接至所述运算放大器U5的第1引脚，所述运算放大器U5的第1引脚连接所述电阻R11；

所述电阻R11另一端连接所述电容C3和所述比较器U6的第3引脚，所述电容C3另一端接地，所述比较器U6的第4引脚连接电源Vref_2，所述比较器U6的第1引脚连接至MCU的IO引脚。

5.根据权利要求4所述的一种用于智能台区拓扑识别的电路，其特征在于，所述运算放大器U1、U2、U3、U4、U5和U6的第5引脚均连接供电电源VCC，所述运算放大器U1、U2、U4、U5和U6的第2引脚均连接信号地GND，所述运算放大器U3的第2引脚连接供电负电源-VCC。

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