一種用于配電柜的智能電力采集模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型設計的是一種用于配電柜的智能電力采集模塊，屬于能效監測技術領域。
【背景技術】
[0002]為了實現精細化用電管理及需求側響應，達到有序用電及節能降耗的目的，用電單位除了對總用電回路監測之外，還需擴展到對各分支用電回路進行監測。現有技術一般采用在各分支回路中加裝電流互感器、采集器、通信模塊等設備，實現對各用電回路的用電信息和電能質量的監測。
[0003]傳統電力系統中的電流互感器由一次互感器和二次互感器(一般稱為儀表互感器，裝在采集器中)組成，體積大、成本高，受現場安裝空間限制安裝困難，甚至有些分支回路需要改造才能安裝；用電單位的分支回路多，每回路均需接入電流互感器、采集器、通信模塊等設備，設備成本高；此外采集器需要從現場各支路中接入電壓信號，安裝時要進行停電操作，給用電單位的生產、運營造成影響；由于接入電纜多，施工時要進行專業的布線，安裝難度及工作量大、施工費用高、施工周期長。
【發明內容】
[0004]本實用新型提出了一種用于配電柜的智能電力采集模塊，旨在克服現有技術所存在的上述缺陷，實現傳統一次電流互感器和二次電流互感器的融合，在安裝過程中對用電單位生產運營無影響。
[0005]本實用新型的技術解決方案:用于配電柜的智能電力采集模塊，其特征是模塊結構件1的電壓電流信號引入采集模塊；所述的模塊結構件1包括開關電源電路2、交采計量電路3、核心處理電路4、微功率無線通信電路5 ;其中開關電源電路2的信號輸出端與核心處理電路4的信號輸入端相接，核心處理電路4的第一信號輸入/輸出端與交采計量電路3的信號輸出/輸入端相接，核心處理電路4的第二信號輸入/輸出端與微功率無線通信電路5的信號輸出/輸入端相接；所述的模塊結構件1，能在電力電纜線不斷電的情況下將模塊安裝到線纜上并通過針刺取電為采集模塊供電，同時將被測電壓電流信號弓I入采集模塊中，因此模塊安裝時不會給用戶帶來停電損失。
[0006]本實用新型優點:通過感應測量的方式，使得直接測量現場幾百安培大電流成為可能，無需通過二次電流互感器將采樣前端的信號進行多次變換，降低成本的同時大大減小現場的接線復雜程度。模塊具有體積小、重量輕、成本低、易安裝等特點，通過對電力線路的用電信息和電能質量進行監測，從而實現精細化用電管理及需求側響應，達到有序用電及節能降耗的目的，使得大規模推廣能效監測成為可能。
[0007]【附圖說明】:
[0008]圖1為智能電力采集模塊結構框圖；
[0009]圖2為開關電源電路原理圖；
[0010]圖3為交采計量電路原理圖；
[0011]圖4為核心處理電路原理圖；
[0012]圖5為微功率無線通信電路原理圖；
[0013]圖中2-1是2-交互接口 1，2-2是2-交互接口 2，3_1是3_交互接口 1，3_2是3-交互接口 2，4-1是4-交互接口 1，4-2是4-交互接口 2，4-3是4-交互接口 3，5-1是5-交互接口 1。
[0014]【具體實施方式】:
[0015]對照附圖1，用于配電柜的智能電力采集模塊，其結構是模塊結構件1的電壓電流信號引入采集模塊；所述的模塊結構件1包括開關電源電路2、交采計量電路3、核心處理電路4、微功率無線通信電路5 ;其中開關電源電路2的信號輸出端與核心處理電路4的信號輸入端相接，核心處理電路4的第一信號輸入/輸出端與交米計量電路3的信號輸出/輸入端相接，核心處理電路4的第二信號輸入/輸出端與微功率無線通信電路5的信號輸出/輸入端相接；所述的模塊結構件1，能在電力電纜線不斷電的情況下將模塊安裝到線纜上并通過針刺取電為采集模塊供電，同時將被測電壓電流信號引入采集模
[0016]塊中，因此模塊安裝時不會給用戶帶來停電損失。
[0017]所述開關電源電路2，采用斬波變換方式將220V交流電壓轉換為3.3V直流輸出，此方案拓撲結構簡單，元器件少，布板空間小，能在低成本、小體積的前提下實現AC/DC變換。
[0018]所述交采計量電路3，能采集接線回路的電壓并通過間接感應的方式實現配電線路的電流計量，使得直接測量現場幾百安培大電流成為可能，無需通過二次電流互感器將采樣前端的信號進行多次變換，降低成本的同時大大減小現場的接線復雜程度。
[0019]所述核心處理電路4，能將計量電路3采集的電壓電流進行實時處理計算出被測線路的功率和不同時段的用電量信息，并且能夠對配電線路進行電能質量監測。
[0020]所述微功率無線通信電路5，能實現采集模塊與電力網關之間的命令交互和數據通信。
[0021]下面結合附圖進一步描述本實用新型的技術方案:
[0022]對照附圖1，開關電源電路2實現將輸入電壓轉換為系統工作電源，交采計量電路3實現對接線線路電壓電流和功率的計量，核心處理電路4實現系統功能配置并起到協調、控制交采計量電路3和微功率無線通信電路5的作用，而微功率無線通信電路5則實現采集模塊與電力網關之間的通信功能。
[0023]對照附圖2，開關電源電路由整流濾波電路、降壓轉換電路和DC/DC電路組成。模塊結構件1將220V交流電壓信號引入[2-交互接口 1]處，整流濾波電路將輸入的220V交流輸入電壓轉換為脈動直流電壓，整流出的直流電壓約為輸入交流電壓有效值的1.4倍，D3為耐壓650V的開關芯片，在外圍電路的配合下將高壓直流轉換為12V直流電壓，D5為輸入電壓28V的DC/DC芯片，實現將12V直流電壓轉換為3.3V通過[2-交互接口 2]輸出為系統提供工作電源。
[0024]對照附圖3，交采計量電路由電壓取樣電路、電流取樣電路和計量芯片組成。交采計量電路的[3-交互接口 1]與開關電源電路的[2-交互接口 1]并聯，電壓取樣電路采用電阻分壓的方式實現將220V交流信號轉換為滿足計量芯片輸入范圍的220mV交流信號；分壓電阻采用5個的目的是提高耐壓，防止在輸入端有浪涌等波動時取樣電阻燒壞。電流取樣電路采用間接感應的方式取樣電流信號:模塊結構件中裝有環形磁芯，模塊安裝時待測電力線纜從磁芯中穿過，磁芯為開口式(從中間切斷)，霍爾芯片D2、D3安裝在環形磁芯的開口處；當磁芯中的電纜通過交流電流時，磁芯感應出交變的磁場，進而霍爾芯片感應出交變的電壓信號，將此信號通過運算放大器D1放大后輸入計量芯片D5，電流信號取樣完成。計量芯片實現將輸入的電壓、電流信號采集并計算對應的有功、無功功率，計量芯片通過[3-交互接口 2]與核心處理電路4進行數據交互和命令響應。
[0025]對照附圖4，核心處理電路由單片機D1、存儲芯片D2、看門狗芯片D4和LED指示燈組成。單片機D1是采集模塊和核心，實現采集模塊功能配置和整體的協調管理。核心處理電路4的工作電壓為3.3V，由交采計量電路2通過[2-交互接口 2]提供；核心處理電路4通過[4交互接口 2]和[4交互接口 2]為交采計量模塊3和微功率無線通信模塊5提供電源和交互信號。存儲芯片D2存儲采集模塊的地址和采集的電量信息，看門狗芯片D4的作用是在單片機D1死機后給系統復位，保證采集模塊不會出現長時間死機情況。模塊的LED指示燈能指示模塊的工作狀態，而且現在安裝時當指示燈亮后即模塊取電成功，無需對電力線纜進行斷電操作，避免給用戶造成停電損失。
[0026]對照附圖5，微功率無線通信電路由射頻芯片D6和射頻收發電路組成。采集模塊與電力網關之間的通信依靠微功率無線通信電路5實現:核心處理電路4與微功率無線通信電路5之間通過[5交互接口 1]進行通信，射頻芯片D6對空中傳輸的信號進行調制和解調，射頻收發電路則完成數據的收發和頻帶外的信號過濾。
[0027]根據電磁感應定理，電力線纜中通過交流電流時，周圍將產生交變磁場，磁感應強度大小和線纜中通過的電流成正比；將線纜穿過環形磁芯，則磁芯中的磁感應強度與線纜中的電流成正比，測量磁芯中的場強，即可計算出線纜中通過的電流大小；利用霍爾效應，將環形磁芯切開，在斷面處放入霍爾芯片，霍爾芯片的輸出電壓與磁芯中的磁感應強度成正比。因此測量霍爾芯片輸出電壓，即可計算出線纜中通過的電流。
【主權項】
1.用于配電柜的智能電力采集模塊，其特征是模塊結構件的電壓電流信號引入采集模塊；所述的模塊結構件包括開關電源電路、交采計量電路、核心處理電路、微功率無線通信電路；其中開關電源電路的信號輸出端與核心處理電路的信號輸入端相接，核心處理電路的第一信號輸入/輸出端與交采計量電路的信號輸出/輸入端相接，核心處理電路的第二信號輸入/輸出端與微功率無線通信電路的信號輸出/輸入端相接。2.根據權利要求1所述的用于配電柜的智能電力采集模塊，其特征是所述開關電源電路由整流濾波電路、降壓轉換電路和DC/DC電路組成。3.根據權利要求1所述的用于配電柜的智能電力采集模塊，其特征是所述交采計量電路由電壓取樣電路、電流取樣電路和計量芯片組成。4.根據權利要求1所述的用于配電柜的智能電力采集模塊，其特征是所述的模塊結構件中裝有環形磁芯，環形磁芯為開口式即從中間切斷，兩個霍爾芯片安裝在環形磁芯的開口處。5.根據權利要求1所述的用于配電柜的智能電力采集模塊，其特征是所述核心處理電路由單片機、存儲芯片、看門狗芯片和LED指示燈組成。6.根據權利要求1所述的用于配電柜的智能電力采集模塊，其特征是所述微功率無線通信電路由射頻芯片和射頻收發電路組成。
【專利摘要】本實用新型是用于配電柜的智能電力采集模塊，其特征是模塊結構件1的電壓電流信號引入采集模塊；所述的模塊結構件1包括開關電源電路2、交采計量電路3、核心處理電路4、微功率無線通信電路5；優點：模塊具有體積小、重量輕、成本低、易安裝等特點，通過感應和無線方式實現對配電回路的電壓電流和功率計量，對用電回路的用電信息和電能質量進行有效監測，從而實現精細化用電管理及需求側響應，達到有序用電及節能降耗的目的，使得大規模推廣能效監測成為可能。
【IPC分類】G01R31/00, G08C17/02
【公開號】CN205080201
【申請號】CN201520625945
【發明人】楊飛, 童思普
【申請人】南京新聯電子股份有限公司
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年8月19日