電能質量監控設備的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了電能質量監控設備，其中，客戶端設備包括至少一設置于客戶端的POE監控裝置，并對客戶端的電能質量進行監控并采集數據；一POE交換機，POE監控裝置將采集的數據通過POE交換機耦合至光纖交換網并發送至電能質量監控的服務器端設備，服務器端設備包括：一交換機，其通過光纖交換網獲得從復數個客戶端設備發送來的監控信號；一中央處理裝置，接受來自交換機的復數個監控信號，從而對復數個監控信號進行計算和備份；一監控裝置，其獲取監控信號并發送控制信號給客戶端設備。本實用新型打破了分布式計算模式下的監控設備只能監控分析一個客戶端的局限性，各客戶端的原始采樣數據都匯集到客戶端設備利用集中運算方式進行處理。
【專利說明】電能質量監控設備
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及智能電網領域，尤其涉及電能質量監控設備。
【背景技術】
[0002]目前市場上主流的電能質量監控設備通常需要采用單獨布線供電，其中，包括直流和交流兩種方式。并且，電能質量監控設備由不同的廠家設計的硬件平臺(例如由不同類型的CPU、DSP、FPGA和ADC組成)進行本地采樣、計算、存儲及顯示，最后根據監控設備的要求，通過網絡上報相應的計算結果。
[0003]然而，由于此類設備采用分布式的計算模式，監控設備只能得到計算后的結果來分析某一節點情況，而無法得到完整的原始數據，對所有節點進行整合分析。
實用新型內容
[0004]本實用新型提出了一種電能質量監控設備，其包括復數個客戶端設備和一服務器端設備，其中，所述復數個客戶端設備包括:至少一設置于客戶端的POE監控裝置，其分別連接于電力線和五類雙絞線，并對客戶端的電能質量進行監控并采集數據；一Ρ0Ε交換機，其通過五類雙絞線連接于所述POE監控裝置和光纖，其中，POE監控裝置將采集的數據通過POE交換機耦合至光纖交換網發送到電能質量監控的服務器端設備所述服務器端設備包括:一交換機，其連接至光纖，并通過光纖交換網獲得從復數個客戶端設備發送來的數據；一中央處理裝置，其連接至所述交換機，并接受來自所述交換機的數據，從而對數據進行計算和備份；一監控裝置，其連接至中央處理裝置，并獲取數據并發送控制信號給所述客戶端設備。本實用新型打破了分布式計算模式下的監控設備只能監控分析一個客戶端的局限性，各客戶端的原始采樣數據都匯集到客戶端設備利用集中運算方式進行處理，服務器設備就能進行一些整合性分析。
[0005]進一步地，所述POE交換機還連接有不間斷電源。由于設置有不間斷電源，本實用新型在客戶端設備不用額外設置電線，而只需要設置網線即可。
[0006]進一步地，所述POE監控裝置包括:一數據處理模塊，并將監控信號組成網絡包并加密發送至POE交換機；一 POE受電模塊，其連接至所述數據處理模塊，并通過光纖交換網和服務器端設備進行交互以告知客戶端用電狀況和需求，以及將所述POE交換機獲取的電轉化成客戶端所需用電；一網線接口，其連接至所述數據處理模塊和POE受電模塊。
[0007]進一步地，所述數據處理模塊還包括:一模擬數字轉換模塊，其將接收的包括電壓電流數據的模擬信號轉換成數字信號。
[0008]進一步地，所述數據處理模塊還包括:一可編程用戶交互模塊，其分別通過液晶屏接口和按鍵接口連接于一液晶屏和按鍵裝置，并根據液晶屏和按鍵裝置的用戶控制信號輸出指示信號。
[0009]本實用新型可選地使用ASIC方式實現，構成了高度集成的統一硬件平臺。因此，本實用新型可以減少設備受到的網絡攻擊，縮短了設備的研發周期，降低了研發的成本。
[0010]進一步地所述POE受電模塊包括:一二極管整流橋，其連接至所述所述POE監控裝置中的網絡接口，并將從網絡接口來的電信號進行合路和防反處理；一濾波穩壓模塊，其對從所述二極管整流橋出來的電信號進行濾波穩壓處理；一受電控制模塊，接受從所述濾波穩壓模塊來的電信號，并與網絡通信確定所需用電；一隔離電源模塊，其將從所述受電控制模塊接收的電信號轉換為本地用電；一線性電源變換模塊，其將從所述隔離電源模塊輸出的電信號發送給所述POE監控裝置的數據處理模塊；一放大器模塊，其連接至所述隔離電源模塊和所述線性電源變換模塊之間，其將所述隔離電源模塊的輸出信號進行縮放和濾波調理，并輸出給所述數據處理模塊進行采樣。本實用新型采用POE受電方式，裝置無需單獨布線供電，節省整個系統的布線成本。其中，POE電壓在44?57V之間，典型值為48V，降低了設備EMC和安規設計風險。其次，本實用新型提高監控系統構建的靈活性，終端監控設備可熱插拔。
[0011]進一步地，所述放大器模塊包括并聯的第一電阻、放大器和第二電阻，其中，所述放大器還并聯有一第三電阻。
[0012]進一步地，所述受電控制模塊和所述隔離電源模塊之間還連接有一旁路監控模塊，其包括一 MOSFET開關，其中，所述MOSFET開關的柵極連接至所述受電控制模塊，所述MOSFET開關的漏極連接至所述濾波穩壓模塊，所述MOSFET開關的源極連接至所述隔離電源模塊(1104d)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是根據本實用新型的一個具體實施例的集中監控模式下POE電能質量監控設備的網點不意圖；
[0014]圖2是基于本實用新型的一個具體實施例的POE電能質量監控設備的樓宇應用示意圖；
[0015]圖3是根據本實用新型的一個具體實施例的POE監控設備的結構示意圖；
[0016]圖4是根據本實用新型的一個具體實施例的POE受電模塊的結構示意圖。
[0017]標號說明
[0018]110 POE監控裝置
[0019]1101 濾波器
[0020]1102 濾波器
[0021]1103數據處理模塊
[0022]1103a模擬數字轉換模塊
[0023]1103b編程用戶交互模塊
[0024]1104 POE 受電模塊
[0025]1104a 二極管整流橋
[0026]1104b濾波穩壓模塊
[0027]1104c受電控制模塊
[0028]1104d隔離電源模塊
[0029]1104e線性電源變換模塊
[0030]1104f放大器模塊
[0031]1104g旁路監控模塊
[0032]1105 網線接口
[0033]120 POE監控裝置
[0034]130 POE監控裝置
[0035]120 POE 交換機
[0036]220 POE 交換機
[0037]320 POE 交換機
[0038]400交換機
[0039]500中央處理裝置
[0040]600監控裝置
[0041]700光纖交換網
[0042]m 電力線
[0043]L1第五類絞線
[0044]L2第五類絞線
[0045]LC液晶屏
[0046]K 按鍵裝置
[0047]R1第一電阻
[0048]R2第二電阻
[0049]R3第三電阻
[0050]a 放大器
[0051]RC電容濾波模塊
【具體實施方式】
[0052]以下結合附圖，對本實用新型的【具體實施方式】進行說明。
[0053]首先對本實用新型提供的集中監控模式下POE電能質量監控設備的網點進行介紹。如圖1所示，本實用新型提供的POE電能質量監控設備包括復數個客戶端和一服務器端設備。其中，復數個客戶端用于對該客戶端的用電狀況進行監控和供電，并將獲取的數據通過光纖交換網700發送給服務器端設備。而服務器端設備用于從光纖交換網700收集該復數個客戶端設備的監控數據進行匯總，從而對復數個客戶端的用電狀況進行控制和干預。
[0054]本實用新型利用了 POE交換機實現實用新型目的。其中，POE (Power OverEthernet，有源以太網)是在現有的以太網Cat.5布線基礎架構不作做何改動的情況下，在為一些基于IP的終端(如IP電話機、無線局域網接入點AP、網絡攝像機等)傳輸數據信號的同時，還能為此類設備提供直流供電的技術。POE技術能在確保現有結構化布線安全的同時保證現有網絡的正常運作，最大限度地降低成本。POE有時也被簡稱為以太網供電，是利用現存標準以太網傳輸電纜的同時傳送數據和電功率的最新標準規范，并保持了與現存以太網系統和用戶的兼容性。
[0055]本實用新型還利用了不間斷電源，即UPS (Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply),其是將蓄電池(多為鉛酸免維護蓄電池)與主機相連接，通過主機逆變器等模塊電路將直流電轉換成市電的系統設備。不間斷電源主要用于給單臺計算機、計算機網絡系統或其它電力電子設備如電磁閥、壓力變送器等提供穩定、不間斷的電力供應。UPS設備通常對電壓過高或電壓過低都能提供保護。
[0056]如圖1所示，假設其中包括三個用電客戶端，因此每個客戶端都設置了一客戶端設備。具體地，在第一用電客戶端設置了兩個POE監控裝置110，其分別通過POE交換機120連接至光纖交換網700。優選地，所述POE交換機120還連接有不間斷電源130，其可以作為儲電設備給客戶端設備供電。需要說明的是，不間斷電源130并非是用戶端設備的必要組成單元，POE交換機120可以直接連接至客戶端的電線獲取電能。
[0057]同理，在其他兩個用電客戶端也分別設置了兩個POE監控裝置210和310，并且分別通過POE交換機220和320連接至光纖交換數據網700。優選地，上述兩個用電客戶端也分別設置了不間斷電源230和330。
[0058]進一步地，本實用新型提供的POE電能質量監控設備的客戶端設備還包括一交換機400，其通過光纖交換網700接收從三個客戶端設備獲取的包括客戶用電狀況的數據，再發送給中央處理裝置500對數據進行計算和備份，最后經過監控裝置600處理并發送控制信號給所述客戶端設備，以對客戶端的用電情況進行控制和干預。其中，所述交換機400包括框架式交換機。
[0059]需要說明的是，上文實施例中所提及的客戶端設備的個數，以及每個客戶端設備包括的POE監控裝置的個數都是示例性地，而不能視為對本實用新型造成限制。本領域技術人員應當理解，客戶端設備的個數應根據用電客戶端的個數和負載進行設置，而每個客戶端設備所包括的POE監控裝置至少為一個。
[0060]下面將基于本實用新型提供的POE電能質量監控設備應用于樓宇的應用場景進行介紹。如圖2所示的大樓包括η層，其中，第一層為，其中設置了第一用戶端設備。第η層為fn，其中設置了第二用戶端設備。為簡明起見，第I層fl至第η層fn之間樓層的狀況將不再贅述。進一步地，該樓宇設置了電力線m，第一層和第η層fn分別有電力支線In1和m2連接至該電力支線m。同樣,該樓宇也設置了光纖η,第一層和第η層fη分別有支路五類雙絞線L1和L2。
[0061]具體地，第I層設置的第一客戶端所對應的客戶端設備包括兩個的POE監控裝置110，其分別同時連接于電力支線HI1和五類雙絞線L1，并對客戶端的電能質量進行監控并采集數據。所述客戶端設備還包括一 POE交換機120，其其通過五類雙絞線L1連接于所述POE監控裝置110和光纖n，其中，POE監控裝置110將從兩個POE監控設備110采集的數據，并將所述數據通過光纖η耦合至光纖交換網700，以發送至電能質量監控的服務器端設備。
[0062]優選地，所述POE交換機120還連接有不間斷電源130，其中，不間斷電源的另一端連接至電力支線m2。由于設置有不間斷電源130，本實用新型在客戶端設備不用額外設置電線，而只需要設置網線即可。
[0063]其中，第η層fn設置的第二客戶端所設置的客戶端設備的結構和功能都和上文所述的第I層設置的第一客戶端一致，為簡明起見，不再贅述。
[0064]具體地，如圖2所示，所述服務器端設備包括一交換機400，其連接至光纖n，并通過光纖交換網700獲得從第I層至第η層fn的樓層客戶端設備發送來的數據。進一步地，所述服務器端設備還包括一連接至所述交換機400的中央處理裝置500，其接受來自所述交換機400的數據，從而對所述數據進行計算和備份。進一步地，服務器端設備還包括一監控裝置600，其連接至中央處理裝置500以獲取數據，并發送控制信號給所述客戶端設備，以對客戶端用電狀況進行控制和干預。其中，中央處理裝置500可以是PC機、小型服務器或刀片式可擴展服務器，具體選擇取決于實際的數據處理需求。
[0065]下面以第一客戶端的POE監控設備110為例對POE監控設備進行詳細介紹。如圖3所示，所述POE監控設備110包括一數據處理模塊1103，其將數據組成網絡包并加密發送至POE交換機120。進一步地，所述POE監控設備110還包括一 POE受電模塊1104，其連接至所述數據處理模塊1103，并通過光纖交換網700和服務器端設備進行交互以告知用戶端用電狀況和需求，以及通過所述POE交換機120獲取的電轉化成客戶端設備所需用電。進一步地，所述POE監控設備110還包括一網線接口 1105，其連接至所述數據處理模塊1103和POE受電模塊1104。
[0066]進一步地，所述數據處理模塊1103還包括一模擬數字轉換模塊1103a，其將接收的包括電壓電流數據的模擬信號轉換成數字信號。所述模擬數字轉換模塊1103a的上游還分別連接有兩個濾波器1101和1102，所述濾波器1101和1102分別對通過電流接口和電壓接口輸入的電流電壓進行濾波處理。
[0067]進一步地，所述數據處理模塊1103還包括一可編程用戶交互模塊1103b，其分別通過液晶屏接口和按鍵接口連接于一液晶屏LC和按鍵裝置K，并根據液晶屏LC和按鍵裝置K的用戶控制信號輸出指示信號。
[0068]具體地,如圖4所示,所述POE受電模塊包括:
[0069]一二極管整流橋1104a，其連接至所述所述POE監控裝置中的網絡接口 1105，并將從網絡接口 1105來的電信號進行合路和防反處理；
[0070]—濾波穩壓模塊1104b，其對從所述二極管整流橋1104a出來的電信號進行濾波穩壓處理；
[0071]一受電控制模塊1104c，接受從所述濾波穩壓模塊1104b來的電信號，并與網絡通確定所需用電；
[0072]一隔離電源模塊1104d，其將從所述受電控制模塊1104c接收的電信號轉換為本地用電；
[0073]—線性電源變換模塊1104e,其將從所述隔離電源模塊1104d輸出的電信號發送給所述POE監控裝置110的數據處理模塊1103 ；
[0074]一放大器模塊1104f，其連接至所述隔離電源模塊1104d和所述線性電源變換模塊1104e之間，其將所述隔離電源模塊1104d的輸出信號進行縮放和濾波調理，并輸出給所述數據處理模塊1103進行采樣。
[0075]進一步地，所述放大器模塊1104f包括并聯的第一電阻R1、放大器a和第二電阻R2，其中，所述放大器a還并聯有一第三電阻R3。
[0076]進一步地，所述受電控制模塊1104c和所述隔離電源模塊1104d之間還連接有一旁路監控模塊1104g，其包括一MOSFET開關，其中，所述MOSFET開關的柵極連接至所述受電控制模塊1104c，所述MOSFET開關的漏極連接至所述濾波穩壓模塊1104b，所述MOSFET開關的源極連接至所述隔離電源模塊1104d。其中，MOSFET開關的柵極還連接有一電阻電容濾波模塊RC。
[0077]本實用新型打破了分布式計算模式下的監控設備只能監控分析一個客戶端的局限性，各客戶端的原始采樣數據都匯集到客戶端設備利用集中運算方式進行處理，服務器設備就能進行一些整合性分析。
[0078]本實用新型利用了標準的五類雙絞線，其包括四對雙絞線，但是在1M BASE-T和100M BASE-T中只用到其中的兩對。IEEE802.3af允許兩種用法，即應用空閑腳供電時，4、5腳連接為正極，7、8腳連接為負極。因此POE電能質量監控設備可以通過一個五類雙絞線同時得到通訊和受電。
[0079]本實用新型采用POE受電方式，裝置無需單獨布線供電，節省整個系統的布線成本。其中，POE電壓在44?57V之間，典型值為48V，降低了設備EMC和安規設計風險。其次，本實用新型提高監控系統構建的靈活性，終端監控設備可熱插拔。
[0080]本實用新型可選地使用ASIC方式實現，構成了高度集成的統一硬件平臺。因此，本實用新型可以減少設備受到的網絡攻擊，縮短了設備的研發周期，降低了研發的成本。
[0081]盡管本實用新型的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護范圍應由所附的權利要求來限定。此外，不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求；“包括”一詞不排除其它權利要求或說明書中未列出的裝置或步驟；“第一”、“第二”等詞語僅用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。
【權利要求】
1.一種電能質量監控設備，其包括復數個客戶端設備和一服務器端設備，其中，所述客戶端設備包括: 至少一設置于客戶端的POE監控裝置(110，210，310)，其分別連接于電力線(m)和五類雙絞線(L1, L2)，并對客戶端的電能質量進行監控并采集數據； 一 POE交換機(120，220，320)，其通過五類雙絞線(L1, L2)連接于所述POE監控裝置(110，210，310)和光纖(n)，其中，POE監控裝置(110，210，310)將采集的數據通過POE交換機(120，220，320)耦合至光纖交換網(700)并發送到電能質量監控的服務器端設備 所述服務器端設備包括: 一交換機(400)，其連接至光纖(η)，并通過光纖交換網(700)獲得從復數個客戶端設備發送來的數據； 一中央處理裝置(500)，其連接至所述交換機(400)，并接受來自所述交換機(400)的數據，從而對數據進行計算和備份； 一監控裝置￠00)，其連接至中央處理裝置(500)，并獲取數據并發送控制信號給所述客戶端設備。
2.根據權利要求1所述的電能質量監控設備，其特征在于，所述POE交換機(120，220，320)還連接有不間斷電源(130，230，330)。
3.根據權利要求1或2所述的電能質量監控設備，其特征在于，所述POE監控裝置(110,210,310)包括: 一數據處理模塊(1103)，并將數據組成網絡包并加密發送至POE交換機(120，220，320)； 一POE受電模塊(I 104)，其連接至所述數據處理模塊(1103)，并通過光纖交換網(700)和服務器端設備進行交互以告知客戶端用電狀況和需求，以及將所述POE交換機(120，220,320)獲取的電轉化成客戶端所需用電； 一網線接口(I 105)，其連接至所述數據處理模塊(1103)和POE受電模塊(1104)。
4.根據權利要求3所述的電能質量監控設備，其特征在于，所述數據處理模塊(1103)還包括: 一模擬數字轉換模塊(1103a)，其將接收的包括電壓電流數據的模擬信號轉換成數字信號。
5.根據權利要求3所述的電能質量監控設備，其特征在于，所述數據處理模塊(1103)還包括: 一可編程用戶交互模塊(1103b)，其分別通過液晶屏接口和按鍵接口連接于一液晶屏(LC)和按鍵裝置(K)，并根據液晶屏(LC)和按鍵裝置(K)的用戶控制信號輸出指示信號。
6.根據權利要求3所述的電能質量監控設備，其特征在于，所述POE受電模塊(1104)包括: 一二極管整流橋(1104a)，其連接至所述所述POE監控裝置(110，210，310)中的網絡接口(1105)，并將從網絡接口(1105)來的電信號進行合路和防反處理； 一濾波穩壓模塊(1104b)，其對從所述二極管整流橋(1104a)出來的電信號進行濾波穩壓處理； 一受電控制模塊(1104c)，接受從所述濾波穩壓模塊(1104b)來的電信號，并與網絡通確定所需用電； 一隔離電源模塊(I 104d)，其將從所述受電控制模塊(1104c)接收的電信號轉換為本地用電； 一線性電源變換模塊(1104e)，其將從所述隔離電源模塊(1104d)輸出的電信號發送給所述POE監控裝置(110，210，310)的數據處理模塊(1103)； 一放大器模塊(1104f)，其連接至所述隔離電源模塊(1104d)和所述線性電源變換模塊(1104e)之間，其將所述隔離電源模塊(1104d)的輸出信號進行縮放和濾波調理，并輸出給所述數據處理模塊(1103)進行采樣。
7.根據權利要求6所述的電能質量監控設備，其特征在于，所述放大器模塊(1104f)包括并聯的第一電阻(R1)、放大器(a)和第二電阻(R2)，其中，所述放大器(a)還并聯有一第三電阻(R3)。
8.根據權利要求6所述的電能質量監控設備，其特征在于，所述受電控制模塊(1104c)和所述隔離電源模塊(1104d)之間還連接有一旁路監控模塊(1104g)，其包括一MOSFET開關，其中，所述MOSFET開關的柵極連接至所述受電控制模塊(1104c)，所述MOSFET開關的漏極連接至所述濾波穩壓模塊(1104b)，所述MOSFET開關的源極連接至所述隔離電源模塊(1104d)。
【文檔編號】H02J13/00GK204179754SQ201420642635
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月31日 優先權日:2014年10月31日
【發明者】李受明, 黃錚, 侯勇 申請人:西門子公司