防竊電電力計量用智能采集終端系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種防竊電電力計量用智能采集終端系統，包括低壓采集終端、負荷控制終端和高壓采集終端，低壓采集終端、負荷控制終端和高壓采集終端分別通過無線通訊網絡信號連接至遠程監控模塊和用電監管終端，電力計量采集終端包括電流電壓互感器組和電源互感器，電流電壓互感器組的電力輸出端電連接有輸入電路、電能采集模塊、光電隔離模塊和計算及控制模塊，電源互感器的輸出端連接有高效寬限電源供給模塊；對配電網和變壓器實時監測，實現遠程計量監察以及防竊電功能，并對用戶負荷進行監控，通過計算機聯網及軟件接口實現用電營銷系統、SCADA系統及MIS等系統的接口，實現數據共享，為配電網優化提供真實運行數據及準確的研判依據。
【專利說明】
防竊電電力計量用智能采集終端系統
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種電力計量設備技術領域，尤其涉及一種防竊電電力計量用智能采集終端系統。
【背景技術】
[0002]在電能輸送和分配過程中，很大一部分線損(電網中有功功率和電能的損失)是由于竊電和計量故障等丟失電量引起的。目前的遠程自動化抄表作為提高現代化電網供用電管理水平起到了重要的作用，盡管電力部門已經采用了封閉式計量箱等方法進行了加大管控，但電量損失仍十分嚴重。另外，竊電還誘發了多種社會不安定因素，破壞了經濟秩序，危害電網的安全運行。目前各電力部門開發的各種電力自動化系統線損分析方案，不是純粹意義上的針對竊電因素導致的線損在線監測，因此無法獨自完成整個系統的綜合線損分析，特別是無法有效的防止漏電現象的發生。傳統的防竊電稽查主要是依靠人工營業普查，這種方法時效性差、普查不到位，難以實時掌握配電網的運行狀況，無法準確提供竊電行為發生的時間、地點以及相關數據，尤其是當電網存在畸變波形時，更加難以保證電力計量的準確度。
[0003]因此，必須從源頭采取防竊電措施，即從電源側管理防竊電，從系統分析防竊電和查處竊電，對配電網和變壓器出線總表進行全方位的實時監測，從提出解決數據的安全性和網絡性的問題，對新型高壓智能采集、有效地防竊電以及電力系統通訊方式進行研究，如何有效的進行防竊電、為配電網優化提供真實運行數據，成為主要的研究內容。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種防竊電電力計量用智能采集終端系統，對變電站、饋線、支路、變壓器和計量裝置進行監測和對負荷進行控制，從而形成一個多級的、網格化的、高低壓參數互補、獨立采集和遠程抄表相結合的防竊電監測系統以及負荷管理控制系統。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案是:防竊電電力計量用智能采集終端系統，包括低壓采集終端、負荷控制終端和高壓采集終端，所述低壓采集終端、所述負荷控制終端和所述高壓采集終端分別通過無線通訊網絡信號連接至遠程監控模塊，所述遠程監控模塊連接有用電監管終端，所述無線通訊網絡還連接有電力計量采集終端，所述電力計量采集終端包括連接在高壓母線上的電流電壓互感器組和電源互感器，所述電流電壓互感器組的電力輸出端電連接有輸入電路，所述輸入電路連接有電能采集模塊，所述電能采集模塊的輸出端設有光電隔離模塊，所述光電隔離模塊連接有計算及控制模塊，所述電源互感器的輸出端連接有高效寬限電源供給模塊。
[0006]作為優選的技術方案，所述計算及控制模塊包括控制計算機，所述控制計算機連接有存儲模塊、上電復位與看門狗模塊、通訊接口模塊、信息顯示模塊和控制脈沖輸出模塊。
[0007]作為優選的技術方案，所述高效寬限電源供給模塊包括連接在所述電源互感器電力輸出端的整流電路，所述整流電路并聯連接有過壓控制電路，所述整流電路的輸出端依次連接有濾波電路和DC-DC變換器和電源逆變器。
[0008]作為優選的技術方案，所述高壓采集終端包括高壓互感器，所述高壓互感器的輸出端連接有高壓數據采集模塊，所述高壓數據采集模塊的輸出端連接有高壓數據處理模塊，所述高壓數據處理模塊的輸出端連接有第一通訊模塊，所述高壓互感器的輸出端還連接有第一電源模塊，所述第一電源模塊分別電連接至所述第一通訊模塊、所述高壓數據處理模塊、所述高壓數據采集模塊。
[0009]作為優選的技術方案，所述低壓采集終端包括低壓數據采集模塊，所述低壓數據采集模塊的輸出端連接有低壓數據處理模塊，所述低壓數據處理模塊上設有協議抄表接口，所述低壓數據處理模塊的輸出端連接有第二通訊模塊，所述低壓數據采集模塊的輸出端還連接有第二電源模塊，所述第二電源模塊分別電連接至所述第二通訊模塊、所述低壓數據處理模塊、所述低壓數據采集模塊。
[0010]作為優選的技術方案，所述述低壓數據采集模塊的輸入端連接有低壓互感器。
[0011]作為優選的技術方案，所述第一通訊模塊和所述第二通訊模塊設置為GPRS無線網絡、CDMA無線網絡、GSM無線網絡或有線通訊接口。
[0012]作為優選的技術方案，所述負荷控制終端包括32位的嵌入式ARM處理器，所述嵌入式ARM處理器連接有數字信號處理器DSP。
[0013]作為對上述技術方案的改進，所述遠程監控模塊包括監控計算機，所述監控計算機連接有數據庫服務器。
[0014]由于采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是:從電源側管理入手，對配電網和變壓器總表進行全方位實時監測，實現遠程計量監察以及防竊電功能，并對用戶負荷進行監控，通過計算機聯網及軟件接口實現用電營銷系統、SCADA系統及MIS等系統的接口， 實現數據共享，為配電網優化提供真實運行數據及準確的研判依據。【附圖說明】
[0015]以下附圖僅旨在于對本實用新型做示意性說明和解釋，并不限定本實用新型的范圍。其中:
[0016]圖1是本實用新型實施例的結構框圖；
[0017]圖2是本實用新型實施例電力計量采集終端的結構框圖；
[0018]圖3是本實用新型實施例高效寬限電源供給模塊的電路原理圖；
[0019]圖4是本實用新型實施例高壓采集終端的結構框圖；
[0020]圖5是本實用新型實施例低壓采集終端的結構框圖；[0021 ]圖6是本實用新型實施例帶低壓互感器的低壓采集終端結構框圖；
[0022]圖7是本實用新型實施例帶低壓互感器的低壓采集終端的主程序流程圖；
[0023]圖8是本實用新型實施例不帶低壓互感器的低壓采集終端的主程序流程圖；[〇〇24]圖9是本實用新型實施例帶低壓互感器的低壓采集終端的通訊處理程序流程圖； [〇〇25]圖10是本實用新型實施例不帶低壓互感器的低壓采集終端的通訊處理程序流程圖；
[0026]圖11是本實用新型實施例遠程監控模塊的結構及內部各線程之間的關系示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖和實施例，進一步闡述本實用新型。在下面的詳細描述中，只通過說明的方式描述了本實用新型的某些示范性實施例。毋庸置疑，本領域的普通技術人員可以認識到，在不偏離本實用新型的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對所描述的實施例進行修正。因此，附圖和描述在本質上是說明性的，而不是用于限制權利要求的保護范圍。
[0028]如圖1和圖2所示，防竊電電力計量用智能采集終端系統，包括低壓采集終端、負荷控制終端和高壓采集終端，所述低壓采集終端上設有協議抄表接口，所述低壓采集終端、所述負荷控制終端和所述高壓采集終端分別通過無線通訊網絡信號連接至遠程監控模塊，所述遠程監控模塊連接有用電監管終端，所述無線通訊網絡還連接有電力計量采集終端，所述電力計量采集終端包括連接在高壓母線上的電流電壓互感器組和電源互感器，所述電流電壓互感器組的電力輸出端電連接有輸入電路，所述輸入電路連接有電能采集模塊，所述電能采集模塊的輸出端設有光電隔離模塊，所述光電隔離模塊連接有計算及控制模塊，所述電源互感器的輸出端連接有高效寬限電源供給模塊。所述負荷控制終端包括32位的嵌入式ARM處理器，所述嵌入式ARM處理器連接有數字信號處理器DSP。所述遠程監控模塊包括監控計算機，所述監控計算機連接有數據庫服務器。
[0029]如圖1所示，所述計算及控制模塊包括控制計算機，所述控制計算機連接有存儲模塊、上電復位與看門狗模塊、通訊接口模塊、信息顯示模塊和控制脈沖輸出模塊。如圖3所示，所述高效寬限電源供給模塊包括連接在所述電源互感器電力輸出端的整流電路，所述整流電路并聯連接有過壓控制電路，所述整流電路的輸出端依次連接有濾波電路和DC-DC變換器和電源逆變器。
[0030]所述高效寬限電源供給模塊形成的電源能量完全出自高壓母線電流感應產生電能，采用電磁感應原理，通過一個鐵磁式變壓器即所述電源互感器，從母線上的電流感應得到一個交流電壓，然后通過全波形整流轉換為穩定的直流電壓，再根據需要利用所述DC-DC變換器和所述電源逆變器提供各級電壓，另外，為了補充造成不穩定的變換器輸入端阻抗，可以在所述DC-DC變換器的輸入端增加了一個大容量的電解電容。
[0031]本實施例采用了模塊化的設計方法，為實現全方位的防竊電功能，系統設計了所述高壓采集終端進行高壓端電壓采集、所述電力計量采集終端和所述電流電壓互感器組進行數據采集控制，并利用所述電力計量采集終端進行信號變換并經所述輸入電路調整和匹配后進行采集，得到電能相關參數，可通過現場總線或無線通訊網絡等輸送至所述計算及控制模塊進行保存和處理。各采集模塊可以完成數據的初步分析，獲得裝置的工作狀態。此夕卜，各采集模塊上的單片機還可以完成數據的初步分析，獲得裝置的工作狀態，如電壓互感器失壓或缺相，電流互感器短路、相不平衡等。計算及控制模塊對計量數據進行分析后，可分為四路:一是送至所述存儲模塊即E2PROM; 二是送至所述信息顯示模塊進行顯示，所述信息顯示模塊設置為多功能液晶顯示模塊;三是通過所述控制脈沖輸出接口輸出；還可以通過所述通訊接口模塊擴展遠程控制、數據上傳功能。其中存儲模塊還包括非揮發存儲模塊，用來保存各種定值及設定的參數。所述上電復位與看門狗模塊用于對整個系統的供電系統的電源進行連續監測，當供電發生異常時，將通知所述計算及控制模塊保存數據及狀態并復位，所述光電隔離模塊可以完成數據的控制信號的雙向傳輸，并保證所述電能采集模塊與后續處理模塊的高壓隔離，所述高效寬限電源供給模塊提供各級電壓，含模塊電路用電源、控制器數字電路用電源以及全隔離的數字電路電源等。
[0032]通過上述結構，本實施例可以實現遠程抄表、計量監察、防竊電，還可以對電力用戶的負荷進行監控。具體的為:通過具有協議抄表接口的所述低壓采集終端采集監測點原有的計量裝置的計量參數，采用所述高壓采集終端以及帶所述低壓互感器或不帶所述低壓互感器的所述低壓采集終端，實時采集配電網變電站關口、線路、用電負荷端的高壓側、低壓側的二次電流、運行電壓、功率因數、有功功率、無功功率等數據，并經無所述無線通訊網絡上傳到所述遠程監控模塊。[〇〇33]如圖4所示，所述高壓采集終端包括高壓互感器，所述高壓互感器的輸出端連接有高壓數據采集模塊，所述高壓數據采集模塊的輸出端連接有高壓數據處理模塊，所述高壓數據處理模塊的輸出端連接有第一通訊模塊，所述高壓互感器的輸出端還連接有第一電源模塊，所述第一電源模塊分別電連接至所述第一通訊模塊、所述高壓數據處理模塊、所述高壓數據采集模塊，所述高壓數據采集模塊和所述高壓數據處理模塊可以設置為單片機。
[0034]如圖5、圖8和圖10所示，所述低壓采集終端包括低壓數據采集模塊，所述低壓數據采集模塊的輸出端連接有低壓數據處理模塊，所述低壓數據處理模塊上設有協議抄表接口，所述低壓數據處理模塊的輸出端連接有第二通訊模塊，所述低壓數據采集模塊的輸出端還連接有第二電源模塊，所述第二電源模塊分別電連接至所述第二通訊模塊、所述低壓數據處理模塊、所述低壓數據采集模塊，所述低壓數據采集模塊和所述低壓數據處理模塊也可以設置為單片機。使用時將它裝在計量互感器的二次出口側，即互感器與計量裝置(智能電表)之間，完成對用戶電報的各參數的協議抄表。
[0035]如圖6、圖7和圖9所示，所述述低壓數據采集模塊的輸入端連接有低壓互感器，適用于監測點的計量裝置為機械式或者其它不帶數據接口的情況，采用帶組合互感器的采集終端，自主完成各參數的采集。此類所述低壓采集終端設有三個單相低壓電流互感器，可以對變壓器的運行參數進行采集或者集成多個用戶的表計信息，完成對用戶各種表計數據的收集。本實施例中的所述第一通訊模塊和所述第二通訊模塊設置為GPRS無線網絡、CDMA無線網絡、GSM無線網絡或有線通訊接口。
[0036]如圖9和圖10所示，所述低壓采集終端的通訊處理程序適用于實現所述低壓數據采集模塊與所述低壓數據處理模塊之間的數據通訊，串行終端服務程序接受串口數據到緩沖區內，通訊處理程序實時監測串口接收緩沖區，如果為一幀有效的數據則處理。通訊處理程序實現了各相電壓、有功功率的標定、向系統數據處理模塊發送各電參數數據、模塊配置的讀與回抄等功能。
[0037]如圖11所示，所述遠程監控模塊的監控程序采用前臺人機界面，后臺數據接收、計算分析以及歷史統計線程的方式進行。需要一個本地的數據庫，將接受的實時數據及其分析結果存入本地數據中。為了提高計算效率和平均計算消耗的分布，將數據的接收和存儲、 防竊電計算分析和電能作為三個獨立的線程進行實現。主界面用于顯示和查詢，數據接收存儲線程為與基本域接收轉發程序的接口線程，接收轉發程序的實時采集數據、發送設置命令到接受轉發程序、存儲新數據和報警信息到本地數據庫。計算分析線程對接收到的原始數據進行計算分析，將分析結果送給接收存儲線程以存入數據庫。電能統計線程對數據庫中的歷史數據進行統計分析，以便在空閑時完成歷史數據的統計計算并將計算結果發送到數據接收存儲線程存入本地數據庫。
[0038]本實用新型采用了模塊化的設計模式，通過系統集成和實際應用進一步增加了防竊電功能，解決了電源供給過程中DC-DC變換器的輸入不穩定問題，可以實現多級、網絡化的采集終端對實時監測到的高低壓側用電信息數據以及原有計量裝置數據進行多向比對，所述監控計算機將數據存入數據庫，對數據進行分類的統計分析，自動計算并繪制出各監測點負荷曲線、電量曲線、高低壓電量對比分析和用電異常等，形象的分析出實際運行過程中的負荷狀態。
[0039]本實用新型從電源側管理入手，對配電網和變壓器總表進行全方位實時監測，實現遠程計量監察以及防竊電功能，并對用戶負荷進行監控，通過計算機聯網及軟件接口實現用電營銷系統、SCADA系統及MIS等系統的接口，實現數據共享，為配電網優化提供真實運行數據及準確的研判依據。
[0040]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征及本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1.防竊電電力計量用智能采集終端系統，包括低壓采集終端、負荷控制終端和高壓采 集終端，所述低壓采集終端、所述負荷控制終端和所述高壓采集終端分別通過無線通訊網 絡信號連接至遠程監控模塊，所述遠程監控模塊連接有用電監管終端，其特征在于:所述無 線通訊網絡還連接有電力計量采集終端，所述電力計量采集終端包括連接在高壓母線上的 電流電壓互感器組和電源互感器，所述電流電壓互感器組的電力輸出端電連接有輸入電 路，所述輸入電路連接有電能采集模塊，所述電能采集模塊的輸出端設有光電隔離模塊，所 述光電隔離模塊連接有計算及控制模塊，所述電源互感器的輸出端連接有高效寬限電源供 給模塊。2.如權利要求1所述的防竊電電力計量用智能采集終端系統，其特征在于:所述計算及 控制模塊包括控制計算機，所述控制計算機連接有存儲模塊、上電復位與看門狗模塊、通訊 接口模塊、信息顯示模塊和控制脈沖輸出模塊。3.如權利要求1所述的防竊電電力計量用智能采集終端系統，其特征在于:所述高效寬 限電源供給模塊包括連接在所述電源互感器電力輸出端的整流電路，所述整流電路并聯連 接有過壓控制電路，所述整流電路的輸出端依次連接有濾波電路和DC-DC變換器和電源逆 變器。4.如權利要求1所述的防竊電電力計量用智能采集終端系統，其特征在于:所述高壓采 集終端包括高壓互感器，所述高壓互感器的輸出端連接有高壓數據采集模塊，所述高壓數 據采集模塊的輸出端連接有高壓數據處理模塊，所述高壓數據處理模塊的輸出端連接有第 一通訊模塊，所述高壓互感器的輸出端還連接有第一電源模塊，所述第一電源模塊分別電 連接至所述第一通訊模塊、所述高壓數據處理模塊、所述高壓數據采集模塊。5.如權利要求4所述的防竊電電力計量用智能采集終端系統，其特征在于:所述低壓采 集終端包括低壓數據采集模塊，所述低壓數據采集模塊的輸出端連接有低壓數據處理模 塊，所述低壓數據處理模塊上設有協議抄表接口，所述低壓數據處理模塊的輸出端連接有 第二通訊模塊，所述低壓數據采集模塊的輸出端還連接有第二電源模塊，所述第二電源模 塊分別電連接至所述第二通訊模塊、所述低壓數據處理模塊、所述低壓數據采集模塊。6.如權利要求5所述的防竊電電力計量用智能采集終端系統，其特征在于:所述述低壓 數據采集模塊的輸入端連接有低壓互感器。7.如權利要求6所述的防竊電電力計量用智能采集終端系統，其特征在于:所述第一通 訊模塊和所述第二通訊模塊設置為GPRS無線網絡、CDMA無線網絡、GSM無線網絡或有線通訊接口。8.如權利要求1至7任一權利要求所述的防竊電電力計量用智能采集終端系統，其特征 在于:所述負荷控制終端包括32位的嵌入式ARM處理器，所述嵌入式ARM處理器連接有數字 信號處理器DSP。9.如權利要求8所述的防竊電電力計量用智能采集終端系統，其特征在于:所述遠程監 控模塊包括監控計算機，所述監控計算機連接有數據庫服務器。
【文檔編號】G01R11/24GK205721286SQ201620630149
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年6月23日
【發明人】劉俊昌, 劉江坤, 王志國, 宋立坤, 鞠仕波, 張陽陽, 臧金枝, 王楠, 曹立杰, 李 昊
【申請人】國網山東省電力公司安丘市供電公司, 國家電網公司