CN220139288U - 一种柔性模块化配电自动化终端 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种柔性模块化配电自动化终端，包括：第一自适应电源模块接入第一电源，并将第一电源电压转换为终端适配电源电压输出至抗浪涌模块，抗浪涌模块的输出端与EMC滤波模块的输入端连接，EMC滤波模块将电磁干扰进行屏蔽，以输出柔性电源电压至中央处理单元和第一通信模块，第一通信模块包括第一以太网模块、第一蓝牙模块以及第一WIFI模块，中央处理单元通过第一通信模块与多个配电终端子单元进行通信，多个配电终端子单元相互独立工作，分别用于采集各配电设备的电气信号。本实用新型组网速度快且组网灵活，扩展性强可以满足不同组网要求，诊断速度快且便于检修维护，在节省人力物力的同时，提高了生产效率和配电自动化终端的可靠性。

Description

一种柔性模块化配电自动化终端

技术领域

本实用新型涉及配电技术领域，具体涉及一种柔性模块化配电自动化终端。

背景技术

随着经济的快速发展，市场对电力的需求越来越大，并对供电的连续性以及智能化方面提出了更高的要求。电力线路存在故障时，期望电力系统能快速地进行故障检测、故障定位和故障隔离，尽可能缩短线路的停电时间，提高供电连续性。然而长期以来，由于电力系统的配电自动化程度不高，经常发生线路故障，导致停电时间过长或者电能质量降低，这给社会带来很大的经济损失。

目前传统的配电自动化终端各板卡都是通过总线的方式进行连接，各回路板卡之间进行数据交换都是采用串行通讯，一旦发生线路故障难以进行精准定位、隔离，只能整条线路进行停电，扩大停电范围的同时严重地增加了社会经济损失。

此外，如图1所示，传统的配电自动化终端核心单元201由电源板、遥信板、CPU板、遥控板、遥测板组成，每一块电路板都已经固定在相应的位置，最大只能做到8回路的数据采集，其中最大只能支持采集遥信个数为60个，最大控制开关数量为8个，若需要采集更多回路的数据信息，只能通过增加配电自动化核心单元的个数来实现，从而需要更大空间的机柜才能安装，需要接线的工作量也会成倍地增加，从而增加了生产成本。

除此之外，如图2和图3所示，8回路配电自动化终端200和12回路配电自动化终端300均由配电自动化核心单元201、若干个电流电压接线端子202、机柜203、配电自动化电源模块，以及若干导线、导轨、线槽以及其他一些配件辅料组装而成。因为8回路配电自动化终端200所采集的数据信息是对应8个开关的遥信、遥测、遥控的数据，因此配电自动化终端核心单元201上每一块PCB电路板都要接满线，再加上一些外置模块的接线，这样生产一台8回路配电自动化终端200就需要接数以千计根导线。而12回路的配电自动化终端300需要2个配电自动化终端核心单元201，所采集的数据信息是8回路配电自动化终端200的1.5倍，12回路的配电自动化终端300的接线数量同样也是8回路配电自动化终端200的1.5倍，其消耗的电流电压接线端子、导线、导轨、线槽以及配件辅料也要更多。由此可以看出，配电自动化终端安装生产需要将数以千计根导线连接，这对生产人员提出了更高的要求，另外出现接错线的机率也会大大地增加。

现有技术缺点：

1：传统的配电自动化终端各板卡的采用串行通信，无法对故障线路进行精准定位和隔离，需对整条电路进行长时间停电检修，这降低了配电系统的可靠性，并增加了停电带来的经济损失；

2：传统的配电自动化终端核心单元的数据采集能力具有局限性，且拓展性较差；

3：传统的配电自动化终端接线复杂，且拓展核心单元后的接线数量更是成倍增长，导致生产接线工作量大，从而人力和材料成本高，且配线的误接率较高。

因此，急需一种结构简单、设计合理、拓展性好并能实现网络互通的模块化配电自动化终端，以保证配电网的供电连续性以及可靠性，以满足智能电网的需求。

实用新型内容

本实用新型提供的一种柔性模块化配电自动化终端，主要用于解决现有配电自动化终端的通讯方式无法对故障线路进行精准定位和隔离、核心单元的数据采集能力具有局限性且拓展性差、接线复杂、成本高且可靠性差等问题，从而达到淡化主子模块并通过多种通讯方式灵活适应不同的应用场合，以实现对故障线路的精准定位和隔离，配电终端子单元相互独立并且其拓展性好，外部接线端子与配电终端子单元集成而无需大量接线的效果。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种柔性模块化配电自动化终端，包括第一自适应电源模块、抗浪涌模块、EMC滤波模块、中央处理单元、第一通信模块以及多个配电终端子单元，所述第一自适应电源模块接入第一电源，并将所述第一电源电压转换为终端适配电源电压输出至所述抗浪涌模块，所述抗浪涌模块的输出端与所述EMC滤波模块的输入端连接，所述EMC滤波模块将电磁干扰进行屏蔽，以输出柔性电源电压至所述中央处理单元和所述第一通信模块，所述第一通信模块包括第一以太网模块、第一蓝牙模块以及第一WIFI模块，所述中央处理单元通过所述第一通信模块与多个所述配电终端子单元进行通信，多个所述配电终端子单元相互独立工作，分别用于采集各配电设备的电气信号。

进一步的方案是，所述第一自适应电源模块包括柔性电源转换电路，所述柔性电源转换电路包括变压器、整流器以及电容器，所述变压器的一次侧绕组接入所述第一电源，所述整流器与所述变压器的二次侧绕组连接，并输出整流电压至所述电容器，所述电容器用于将所述整流电压进行滤波，并输出直流电压。

进一步的方案是，配电自动化终端基于规约协议与配电自动化主站进行通迅链接，以实现所述配电自动化终端的三遥功能，所述配电自动化终端接收并执行所述配电自动化主站调度发出的遥调命令，以实现所述配电自动化终端的四遥功能。

进一步的方案是，所述配电终端子单元包括第二自适应电源模块、EMC抗干扰模块、信号采集模块、信号转换模块、子单元处理模块、第二通信模块以及物理接口模块，所述第二自适应电源模块接入第二电源，并将所述第二电源电压转换为子单元适配电源电压输出至所述EMC抗干扰模块，所述信号采集模块用于采集所述配电设备的电气信号，以输出第一采样信号至所述EMC抗干扰模块，所述信号转换模块的输入端与所述EMC抗干扰模块的输出端连接，并输出采样数字信号至所述子单元处理模块，所述子单元处理模块对所述采样数字信号进行运算，并通过所述第二通信模块将所述子单元采样信号输出至所述中央处理单元。

进一步的方案是，还包括第二以太网模块、第二蓝牙模块以及第二WIFI模块，所述第二以太网模块将所述子单元采样信号通过INTERNET互联网以报文的形式发送至所述规约协议，所述规约协议将所述子单元采样信号进行协议转换后，上传至所述调度。

其中，多个所述配电终端子单元通过所述第二蓝牙模块进行一键式蓝牙组网连接。

进一步的方案是，多个所述配电终端子单元之间通过所述第二WIFI模块进行无线WIFI通讯，以实现多个所述电气信号的互采互通，从而实现所述配电自动化终端在线同时监测多条电力线路。

进一步的方案是，所述信号采样模块包括开关量采集模块和模拟量采集模块，所述开关量采集模块用于所述配电设备的开关量信号，所述模拟量采集模块用于所述配电设备的模拟量信号。

进一步的方案是，所述信号转换模块包括ADC采样模块和A/D模数转换模块，所述ADC采样模块对所述开关量信号和所述模拟量信号进行采样，并输出第二采样信号至所述A/D模数转换模块，所述A/D模数转换模块将所述第二采样信号转化为所述采样数字信号。

进一步的方案是，还包括远程控制模块，所述远程控制模块包括Android/IOS手机和PC电脑，所述Android/IOS手机和PC电脑均设有APP配置软件，通过远程操作所述APP配置软件，实现远程实时地进行数据监控、修改定值、采样校准、遥控操作、接收和查看所述配电自动化终端的SOE等。

进一步的方案是，所述远程控制模块分别与所述中央处理单元和多个所述配电终端子单元进行通信，当所述中央处理单元故障时，所述远程控制模块通过所述第二通信模块对多个所述配电终端子单元进行远程操作。

由此可见，本实用新型具有以下有益效果：

1、本实用新型采用自适应电源模块，可以将外部不同等级的电源电压转换成适合配电自动化终端工作的柔性电源电压，提高了配电自动化终端的适用性。

2、本实用新型通信模块采用多种的通信方式，使中央处理单元、多个配电终端子单元与远程控制模块互联互通，通信灵活多样，以满足不同场合的通信需要。

3、本实用新型多个配电终端子单元相互独立，互不影响，通过增加配电终端子单元即可实现配电自动化终端的拓展，扩展性强、可任意搭配安装。

4、本实用新型配电终端子单元通过通信模块与中央处理单元实现实时通信，省去了传统的配电自动化终端大量接二次线的繁琐工作，也不必考虑人工接线失误导致的设备故障，节省人力物力，提高生产效率的同时，也提高了配电自动化终端的可靠性。

5、本实用新型通过多个配电终端子单元独立工作，可以在不断电的情况下准确找出线路故障点并检修，这将故障带来的经济损失降了到最低，并提高了检修效率和配电系统的可靠性。

6、本实用新型采用淡化主子模块技术，配电终端子单元与中央处理单元不分主从机关系，可以通过远程控制模块同时监控所有配电终端子单元的运行状态以及各种参数，不会因为中央处理单元故障而导致整个配电自动化终端瘫痪。

因此，本实用新型组网速度快且组网灵活，扩展性强、可随意扩展，可以满足不同组网要求适用性好、诊断速度快且便于检修维护，在节省人力物力的同时，提高了生产效率和配电自动化终端的可靠性。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是现有技术配电自动化终端核心单元的结构示意图。

图2是现有技术8回路配电自动化终端结构示意图。

图3是现有技术12回路配电自动化终端结构示意图。

图4是本实用新型配电自动化终端的系统方框图。

图5是本实用新型配电终端子单元的系统方框图。

图6是本实用新型柔性电源转换电路的原理图。

图7是本实用新型配电终端子单元装置的结构示意图。

图8是本实用新型多个配电终端子单元的通讯系统示意图。

图9是本实用新型6回路配电自动化终端结构示意图。

图10是本实用新型12回路配电自动化终端结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。

一种柔性模块化配电自动化终端实施例

参见图4，本实用新型所涉及的一种柔性模块化配电自动化终端，包括第一自适应电源模块16、抗浪涌模块17、EMC滤波模块18、中央处理单元、第一通信模块以及多个配电终端子单元25，第一自适应电源模块16接入第一电源，并将所述第一电源电压转换为终端适配电源电压输出至抗浪涌模块17，抗浪涌模块17的输出端与EMC滤波模块18的输入端连接，EMC滤波模块18将电磁干扰进行屏蔽，以输出柔性电源电压至所述中央处理单元和所述第一通信模块，所述第一通信模块包括第一以太网模块19、第一蓝牙模块20以及第一WIFI模块22，所述中央处理单元通过所述第一通信模块与多个配电终端子单元25进行通信，多个配电终端子单元25相互独立工作，分别用于采集各配电设备的电气信号。

具体的，本实施例配电自动化终端接入AC220V市电后，第一自适应电源模块16将AC220V转换成12V、5V、3.3V等不同等级的终端适配电源电压，抗浪涌模块17和EMC滤波模块18抵抗并滤除外部输入的电磁、浪涌、瞬变等电磁干扰，使终端适配电源电压的波形趋于理想和稳定，避免配电自动化终端因受到外部干扰而引起误动。

参见图6，在本实施例中，第一自适应电源模块16包括柔性电源转换电路，所述柔性电源转换电路包括变压器64、整流器以及电容器67，变压器64的一次侧绕组N_P接入所述第一电源，所述整流器与变压器64的二次侧绕组连接，并输出整流电压至电容器67，电容器67用于将所述整流电压进行滤波，并输出直流电压。

具体的，本实施例柔性电源转换电路还包括第一开关60、第二开关61、电容62以及电感器63，第一开关60的一端接入所述第一电源，另一端与第二开关61串联后接地，第一开关60和第二开关61的公共端与电容62的输入端连接，电容62的输出端与电感器63的输入端连接，电感器63的输出端与变压器64的一次侧绕组N_P串联后接地。

其中，电感器63为变压器64一次侧绕组N_P的漏感，电容62和电感器63构成振荡槽，第一开关60和第二开关61构成半桥式电路，用于切换所述振荡槽及变压器64。

具体的，本实施例电感器63的电感值L及电容62的电容值C决定所述振荡槽的振荡频率f₀，所述振荡频率f₀的计算公式如下：

具体的，本实施例变压器64用于将所述第一电源电压与所述直流电压进行安全隔离，所述变压器64的二次侧绕组包括第一绕组N_S1和第一绕组N_S2。

具体的，本实施例所述整流器包括第一整流器65和第二整流器66，第一整流器65的正极与第一绕组N_S1的同名端连接，第二整流器66的正极与第二绕组N_S2的异名端连接，第一整流器65的负极和第二整流器66的负极均与电容器67的输入端连接，第一绕组N_S1和第一绕组N_S2的公共端与电容器67的输出端连接。

在本实施例中，配电自动化终端基于规约协议21与配电自动化主站进行通迅链接，以实现所述配电自动化终端的三遥功能，所述配电自动化终端接收并执行所述配电自动化主站调度24发出的遥调命令，以实现所述配电自动化终端的四遥功能。

具体的，本实施例配电终端子单元25设有独立的IP，并与配电自动化主站进行柔性通讯，配电自动化主站能同时在线监控每一条线路的运行状态以及运行负荷，一旦出现线路故障，配电自动化主站能快速、精准地进行故障定位和故障隔离，确保其他非故障线路正常运行。

参见图5，在本实施例中，配电终端子单元25包括第二自适应电源模块1、EMC抗干扰模块2、信号采集模块、信号转换模块、子单元处理模块7、第二通信模块以及物理接口模块，第二自适应电源模块1接入第二电源，并将所述第二电源电压转换为子单元适配电源电压输出至EMC抗干扰模块2，所述信号采集模块用于采集所述配电设备的电气信号，以输出第一采样信号至EMC抗干扰模块2，所述信号转换模块的输入端与EMC抗干扰模块2的输出端连接，并输出采样数字信号至子单元处理模块7，子单元处理模块7对所述采样数字信号进行运算，并通过所述第二通信模块将所述子单元采样信号输出至所述中央处理单元。

具体的，本实施例配电终端子单元25接入第二电源后，第二自适应电源模块1将第二电源电压转换为3.3V子单元适配电源电压，EMC抗干扰模块2用于抵抗外部输入的电磁、浪涌、瞬变等电磁干扰，使子单元适配电源电压的波形趋于理想和稳定，避免配电终端子单元25因受到外部干扰而引起误动。

具体的，本实施例子单元处理模块7包括DSP芯片，所述DSP芯片用于处理各种信号数据，包括外部开关量信号、外部模拟量信号、通讯协议、系统文件、程序等。

具体的，本实施例所述物理接口模块与子单元处理模块7连接，所述物理接口模块包括I/O接口8、电气隔离9以及继电器出口10，I/O接口8用于接入输入信号和发出输出信号，电气隔离9用于增强电路的抗干扰能力，继电器出口10用于驱动外部设备。

参见图7，配电终端子单元装置50包括接线端子排51、PCB电路控制板52以及子单元机壳53，配电终端子单元25集成在PCB电路控制板52上，结构紧凑，可通过增加配电自动化终端中配电终端子单元装置50，实现配电自动化终端的拓展。

在本实施例中，所述第二通信模块包括第二以太网模块11、第二蓝牙模块15以及第二WIFI模块14，第二以太网模块11将所述子单元采样信号通过INTERNET互联网12以报文的形式发送至规约协议21，规约协议21将所述子单元采样信号进行协议转换后，上传至调度24。

其中，多个配电终端子单元25通过第二蓝牙模块15进行一键式蓝牙组网连接。可见，一键式蓝牙组网省去了传统复杂繁琐的组网配置，大大提高了现场调试效率。

具体的，本实施例第二以太网模块11用于与DSP芯片、第二WIFI模块14、INTERNET互联网12和APP配置软件28进行数据交换。

具体的，本实施例当配电终端子单元25收到一次配电设备发生遥信变位时，通过第二WIFI模块14将遥信变位信号传到子单元处理模块7进行数据转换后，上传至规约协议21进行规约转换，规约协议21将遥信变位信号转换为IEC101/IEC104协议，并上传到调度24，调度24通过后台系统实时监控着配电自动化终端的运行状态。

其中，调度通过后台系统下发IEC101/IEC104通讯协议对配电终端子单元25进行总召，实时读取配电终端子单元25的采集数据。

具体的，本实施例组网成功后的配电终端子单元25可实现数据互联互通，能独立的进行数据交换和数据共享。

参见图8，在本实施例中，多个配电终端子单元25之间通过第二WIFI模块14进行无线WIFI通讯，以实现多个所述电气信号的互采互通，从而实现所述配电自动化终端在线同时监测多条电力线路。

在本实施例中，所述信号采样模块包括开关量采集模块和模拟量采集模块，所述开关量采集模块用于所述配电设备的开关量信号，所述模拟量采集模块用于所述配电设备的模拟量信号。

在本实施例中，所述信号转换模块包括ADC采样模块5和A/D模数转换模块，ADC采样模块5对所述开关量信号和所述模拟量信号进行采样，并输出第二采样信号至所述A/D模数转换模块，所述A/D模数转换模块将所述第二采样信号转化为所述采样数字信号。

在本实施例中，还包括远程控制模块23，远程控制模块23包括Android/IOS手机和PC电脑，所述Android/IOS手机和PC电脑均设有APP配置软件28，通过远程操作所述APP配置软件28，实现远程实时地进行数据监控、修改定值、采样校准、遥控操作、接收和查看所述配电自动化终端的SOE等。

在本实施例中，远程控制模块23分别与所述中央处理单元和多个配电终端子单元25进行通信，当所述中央处理单元故障时，远程控制模块23通过所述第二通信模块对多个配电终端子单元25进行远程操作。

可见，配电终端子单元25与所述中央处理单元不分主从机关系，可以通过远程控制模块23同时监控所有配电终端子单元25的运行状态以及各种参数，不会因为所述中央处理单元故障而导致整个配电自动化终端瘫痪。

参见图9-图10，具体的，本实施例12回路配电自动化终端120比6回路配电自动化终端110多两个配电终端子单元装置50，其调试流程相同，只需通过APP配置软件28对各配电终端子单元25进行通讯配置即可，各配电终端子单元25之间通过WIFI进行数据交换，无需要接线，避免了传统配电自动化终端大量接线导致费时费力且接线误差率高的问题，实现了配电自动化终端免接线。

其中，可根据实际情况灵活增加或删减配电终端子单元装置50，并且可以灵活装配，以满足不同的技术要求。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种柔性模块化配电自动化终端，其特征在于，包括：

第一自适应电源模块、抗浪涌模块、EMC滤波模块、中央处理单元、第一通信模块以及多个配电终端子单元，所述第一自适应电源模块接入第一电源，并将所述第一电源电压转换为终端适配电源电压输出至所述抗浪涌模块，所述抗浪涌模块的输出端与所述EMC滤波模块的输入端连接，所述EMC滤波模块将电磁干扰进行屏蔽，以输出柔性电源电压至所述中央处理单元和所述第一通信模块，所述第一通信模块包括第一以太网模块、第一蓝牙模块以及第一WIFI模块，所述中央处理单元通过所述第一通信模块与多个所述配电终端子单元进行通信，多个所述配电终端子单元相互独立工作，分别用于采集各配电设备的电气信号。

2.根据权利要求1所述的柔性模块化配电自动化终端，其特征在于：

所述第一自适应电源模块包括柔性电源转换电路，所述柔性电源转换电路包括变压器、整流器以及电容器，所述变压器的一次侧绕组接入所述第一电源，所述整流器与所述变压器的二次侧绕组连接，并输出整流电压至所述电容器，所述电容器用于将所述整流电压进行滤波，并输出直流电压。

3.根据权利要求1所述的柔性模块化配电自动化终端，其特征在于：

所述配电终端子单元包括第二自适应电源模块、EMC抗干扰模块、信号采集模块、信号转换模块、子单元处理模块、第二通信模块以及物理接口模块，所述第二自适应电源模块接入第二电源，并将第二电源电压转换为子单元适配电源电压输出至所述EMC抗干扰模块，所述信号采集模块用于采集所述配电设备的电气信号，以输出第一采样信号至所述EMC抗干扰模块，所述信号转换模块的输入端与所述EMC抗干扰模块的输出端连接，并输出采样数字信号至所述子单元处理模块，所述子单元处理模块对所述采样数字信号进行运算，并通过所述第二通信模块将所述子单元采样信号输出至所述中央处理单元。

4.根据权利要求3所述的柔性模块化配电自动化终端，其特征在于：

多个所述配电终端子单元之间通过第二WIFI模块进行无线WIFI通讯，以实现多个所述电气信号的互采互通，从而实现所述配电自动化终端在线同时监测多条电力线路。

5.根据权利要求3所述的柔性模块化配电自动化终端，其特征在于：

所述信号采集模块包括开关量采集模块和模拟量采集模块，所述开关量采集模块用于所述配电设备的开关量信号，所述模拟量采集模块用于所述配电设备的模拟量信号。

6.根据权利要求5所述的柔性模块化配电自动化终端，其特征在于：

所述信号转换模块包括ADC采样模块和A/D模数转换模块，所述ADC采样模块对所述开关量信号和所述模拟量信号进行采样，并输出第二采样信号至所述A/D模数转换模块，所述A/D模数转换模块将所述第二采样信号转化为所述采样数字信号。

7.根据权利要求1所述的柔性模块化配电自动化终端，其特征在于：

远程控制模块分别与所述中央处理单元和多个所述配电终端子单元进行通信，当所述中央处理单元故障时，所述远程控制模块通过第二通信模块对多个所述配电终端子单元进行远程操作。