一种集中式配电监控无功补偿控制终端的制作方法

1.本发明涉及配电数据监测和无功补偿控制终端技术领域，尤其涉及一种集中式配电监控无功补偿控制终端。


背景技术：

2.配电网的建设对自动化的要求提升，配电终端的智能化，集成化水平要求越来越高。原来一个配电柜中，往往有各种各样的电流表，电压表，功率表，功率因数表。还有各种测控设备，配电终端，数据采集模块，无功补偿控制器，集成式无功补偿装置，远程gprs模块等，往往一个配电柜里需要接好多的仪表，没有一种终端可以集成以上所有功能，并且实现安装方便，体积小。
3.所以提供一种集中式配电监控无功补偿控制终端，能够解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于，现有的配电柜内需要接入的仪表多，缺乏一种能够集成上述功能的终端，所以提供一种集中式配电监控无功补偿控制终端，所述集中式配电监控无功补偿控制终端包括：主控芯片，通信模块、交流采样模块、遥信输入模块、输出模块和智能电容器，所述主控芯片同时和所述通信模块、所述交流采样模块、所述遥信输入模块和所述输出模块同时电连接，所述通信模块与所述后台配电监测系统电连接，所述输出模块与所述智能电容器电连接，所述交流采样模块用于采集一条进线的电压和电流以及多条出线的电压和电流，所述通信模块用于将集中式配电监控无功补偿控制终端采集的数据发送至配电监控系统，所述遥信输入模块用于接收出线开关位置信号和出现开关故障信号，所述输出模块用于和智能电容器进行数据交换实现无功补偿控制输出。
5.进一步地，所述交流采样模块包括电压采样单元和电流采样单元，所述电压采样模块用于采集进线三相电压的电压值，所述电流采样模块用于采集多条所述出线的a相电流、b相电流和c相电流。
6.进一步地，所述电压采样单元包括第一电压互感器、第二电压互感器、第三电压互感器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容、第三电容和运算放大电路；所述第一电阻的一端与所述进线的a相电连接，另一端与所述第一电压互感器的2脚电连接，所述第二电阻的一端与所述进线的a相电连接，另一端与所述第一电压互感器的3脚电连接，所述第一电压互感器的1脚、所述第三电阻和所述第一电压互感器的4脚串联，所述第一电容与所述第三电阻并联，所述第一电容的一端与运算放大电路电连接，另一端与所述主控芯片电连接，所述运算放大电路与所述主控芯片电连接；所述第四电阻的一端与所述进线的b相电连接，另一端与所述第二电压互感器的2脚电连接，所述第五电阻的一端与所述进线的b相电连接，另一端与所述第二电压互感器的
3脚电连接，所述第二电压互感器的1脚、所述第六电阻和所述第二电压互感器的4脚串联，所述第二电容与所述第六电阻并联，所述第二电容的一端与运算放大电路电连接，另一端与所述主控芯片电连接，所述运算放大电路与所述主控芯片电连接；所述第七电阻的一端与所述进线的c相电连接，另一端与所述第三电压互感器的2脚电连接，所述第八电阻的一端与所述进线的c相电连接，另一端与所述第三电压互感器的3脚电连接，所述第三电压互感器的1脚、所述第九电阻和所述第三电压互感器的4脚串联，所述第三电容与所述第九电阻并联，所述第三电容的一端与运算放大电路电连接，另一端与所述主控芯片电连接，所述运算放大电路与所述主控芯片电连接。
7.进一步地，所述电流采样单元包括模拟开关转换电路和多个穿心式二次电流采样模块，多个所述穿心式二次电流采样模块和模拟开关转换电路均与所述主控芯片电连接。
8.进一步地，所述输出模块包括数据存储和usb接口模块、人机交互模块、rs485通信模块和支路保护模块，所述数据存储和usb接口模块包括两片25p16闪存数据存储芯片和ch376文件管理控制芯片，所述数据存储和usb接口模块用于存储和读取数据，所述人机交互模块用于实现操作人员对终端进行交互控制，所述rs485通信模块用于与所述智能电容器连接进行数据交换，实现无功补偿控制输出。
9.进一步地，所述主控芯片为stm32f103芯片。
10.实施本发明，具有如下有益效果：1.本发明结构原理简单，终端通过arm系列的stm32f103芯片自带的12位adc交流采样功能，利用dma控制技术，实现一个周期128个点不间断采集，基于fft改进算法，实时采集每条出线的三相电流，有功，无功，功率因数，克服了现有采集终端分散的问题，实现了所有进出线的信号的集中采集，数据集中显示查看方便。
附图说明
11.图1是本发明的结构框图；图2 是本发明模拟开关转换电路的电路图；图3是本发明穿心式二次电流采样模块的电路图；图4是本发明电压采集单元的电路图。
具体实施方式
12.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例
13.请参阅说明书附图1-4，本实施例中所要解决的技术问题在于，现有的配电柜内需要接入的仪表多，缺乏一种能够集成上述功能的终端，所以提供一种集中式配电监控无功补偿控制终端，所述集中式配电监控无功补偿控制终端包括：主控芯片，通信模块、交流采样模块、遥信输入模块、输出模块和智能电容器，主控
芯片同时和通信模块、交流采样模块、遥信输入模块和输出模块同时电连接，通信模块与后台配电监测系统电连接，输出模块与智能电容器电连接，交流采样模块用于采集一条进线的电压和电流以及多条出线的电压和电流，通信模块用于将集中式配电监控无功补偿控制终端采集的数据发送至配电监控系统，输出模块用于和智能电容器进行数据交换实现无功补偿控制输出。
14.遥信输入模块用于接收出线开关位置信号和出现开关故障信号，将主进线开关及各出线开关的位置信号及故障状态接到终端的信号输入接线端子。
15.当开关位置为合闸状态，输入一个空节点信号到接线端子，通过内部光耦产生一个高电平到cpu口线，cpu实时监测口线变化，实时显示开关位置状态及故障状态。stm32f103芯片支持rtc时钟功能，使用一个32.768khz的外部晶振和后备电池即可实现时钟日历功能。
16.当任意开关位置发生变化，或任意开关有故障信号输出，能够记录信号变化时间和变化情况。
17.交流采样模块包括电压采样单元和电流采样单元，电压采样模块用于采集进线三相电压的电压值，电流采样模块用于采集多条出线的a相电流、b相电流和c相电流。
18.电压采样单元包括第一电压互感器t1、第二电压互感器t2、第三电压互感器t3、第一电阻r1、第二电阻r4、第三电阻r3、第四电阻r6、第五电阻r9、第六电阻r8、第七电阻r10、第八电阻r13、第九电阻r12、第一电容c3、第二电容c8、第三电容c11和运算放大电路；第一电阻r1的一端与进线的a相电连接，另一端与第一电压互感器t1的2脚电连接，第二电阻r4的一端与进线的a相电连接，另一端与第一电压互感器t1的3脚电连接，第一电压互感器t1的1脚、第三电阻r3和第一电压互感器t1的4脚串联，第一电容c3与第三电阻r3并联，第一电容c3的一端与运算放大电路电连接，另一端与主控芯片电连接，运算放大电路与主控芯片电连接；第四电阻r6的一端与进线的b相电连接，另一端与第二电压互感器t2的2脚电连接，第五电阻r9的一端与进线的b相电连接，另一端与第二电压互感器t2的3脚电连接，第二电压互感器t2的1脚、第六电阻r8和第二电压互感器t2的4脚串联，第二电容c8与第六电阻r8并联，第二电容c8的一端与运算放大电路电连接，另一端与主控芯片电连接，运算放大电路与主控芯片电连接；第七电阻r10的一端与进线的c相电连接，另一端与第三电压互感器t3的2脚电连接，第八电阻r13的一端与进线的c相电连接，另一端与第三电压互感器t3的3脚电连接，第三电压互感器t3的1脚、第九电阻r12和第三电压互感器t3的4脚串联，第三电容c11与第九电阻r12并联，第三电容c11的一端与运算放大电路电连接，另一端与主控芯片电连接，运算放大电路与主控芯片电连接。
19.系统中所有进出线电压都一样，所以终端只取了进线侧的电压进行测量。这里拿a相相电压采样来说，输入电压ua、un，经过第一电阻r1和第二电阻r4限流，接到第一电压互感器t1内部2脚和3脚的线圈产生感应信号，通过电第一压互感器t1内部1脚和4脚的线圈与第三电阻r3电阻输出感应电压信号。将输出的电压信号uain通过c3电容滤波处理后连接到运放电路，和vg信号一起接到stm32f103芯片芯片的adc口线上。进线电流采样如图2所示。
20.主进线电压、电流信号较重要，直接将小信号输入到cpu的adc采样口线。进线ua、
ub、uc相电压信号与主进线ia、ib、ic电流信号都经过处理转换为小电压信号后直接接到stm32f103芯片的adc测量口线，共6个采样信号，对应相的电压ua、电流ia同步采样，通过芯片自带的dma控制技术，实现一个周期128个点不间断的12位adc交流采样，基于fft改进算法，计算出相关的电压、电流、有功、无功、功率因数、频率等，测量精度高，稳定性好。
21.电流采样单元包括模拟开关转换电路和多个穿心式二次电流采样模块，多个穿心式二次电流采样模块和模拟开关转换电路均与主控芯片电连接。
22.由于要采样的出线信号较多，stm32f103芯片的adc口线有限，出线电流信息采集通过3个cd4053模拟转换开关实现电流信号的切换输入，同样相电流与进线相电压进行同步采集，通过芯片自带的dma控制技术，实现一个周期128个点不间断的12位adc交流采样，实时检测各出线运行信息。
23.图2中介绍了出线电流信号通过多个cd4053数字模拟开关，实现将多个信号切换输入到cpu的adc采样口线。cd4053是三输入2通道的数字模拟开关，将出线1的ia、ib、ic电流转换后的小电压信号接到ax\bx\cx管脚，将出线2对应的ia、ib、ic电流转换后的小电压信号接到ay\by\cy管脚，通过inh和aa、bb、cc口线控制电流信号的输出，当inh为=1高电平时，所有输出通道截止；当inh为=0时，输出通道打开。同时将aa、bb、cc控制口线都=1时，x通道被选通，将出线1对应的ia、ib、ic电流信号送到cpu的adc口线；当同时将aa、bb、cc控制口线=0时，y通道被选通，将出线2对应的ia、ib、ic电流信号送到cpu的adc口线。与相电压信号同步进行交流采样，通过芯片自带的dma控制技术，实现一个周期128个点不间断的12位adc交流采样，采样精度高，稳定性好。以此类推，可以扩展出多条支路的电流信号采集输入。
24.进线和每一条出线的电流是通过外部独立的穿心式二次电流采样模块来采集的。每个穿心式二次电流采样模块都可以采集a相、b相、c相的电流信号。
25.将一次电流互感器输出的0~5a的电流信号，分别穿过二次电流采样模块上的a相、b相、c相电流输入口，将电流信号转换成小电压信号，并通过网络口输出，图3中，二次电流a相电流通过ia 方向进入到ia-方向出，通过感应线圈i1并联一个精密电阻r30，将二次电流信号转换成小电压信号。同样将b相、c相电流通过另外两个二次电流互感器转换成小电压信号，a、b、c三相电流转换后的小电压信号iaout、ibout、icout信号间隔连接到网络口输出。
26.二次电流采样模块是作为终端的配件，进线及每条出线都需要，有几个出线需要几个二次电流采样模块。出线1的二次电流采样模块输出必须接到对应的终端出线1的电流采样网络输入口。
27.进线及每个出线电流经过一个二次电流采样模块转换成小电压信号，将这个小电压信号连接到网络口输出。终端上也留有进线和多条出线电流采样输入的网络接口，利用网络线两头的水晶头将二次电流采样模块与终端连接起来，通过网络线将小电压信号iaout、ibout、icout、vg连接到stm32f103芯片的adc口线。采用网络线将二次电流采样模块与控制器电流采样接口直接对插，接线简洁方便。避免二次电流线拉得太多太长，接线复杂。
28.输出模块包括数据存储和usb接口模块、人机交互模块、rs485通信模块和支路保护模块，数据存储和usb接口模块包括两片25p16闪存数据存储芯片和ch376文件管理控制芯片，数据存储和usb接口模块用于存储和读取数据，人机交互模块用于实现操作人员对终
端进行交互控制，rs485通信模块用于与智能电容器连接进行数据交换，实现无功补偿控制输出。
29.主控芯片为stm32f103芯片。
30.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。