输电线路接地极集中式有线电流同步采集装置、运行方法、计算机存储介质与流程

本发明涉及输电线路在线监测领域，尤其是一种输电线路接地极集中式有线电流同步采集装置、运行方法、计算机存储介质。

背景技术：

随着国家经济的快速发展，各地电力需求不断增加，我国电网建设得到了前所未有的发展，高压直流输电工程发展十分迅速。高压直流输电线路接地极在直流输电系统运行中起着极其重要的作用：一是钳制中性点并提供直流电流通路。如单极大地回路、双极两端接地直接长时间地为系统输送电力，提高系统运行的可靠性；二是钳制中性点电位，避免两极对地电压不平衡而损害设备，如单极金属回路、双极两端不接地等。由于强大的直流电流经接地极注入大地，因此导致极大地电位升高，出现跨步电压、土壤发热、电极被电腐蚀等新问题，危害直流系统正常运行，故对接地极系统进行监测非常重要，为接地极运行、维护、检测和管理工作提供重要依据。

目前直流接地极的运行参数采集等基本上都是依靠人工测量来完成，自动化程度很低，馈电电流采集的同步性极差，而接地极的总电流并非一直保持不变的，这会导致馈电分流系数计算存在误差，不能很好地反馈出整个接地极系统的运行情况。但是直流换流站作为直流输电系统中的关键设备，设备的运行直接关系到整个高压直流输电系统的稳定，因此，对接地极馈电入地电流和跨步电压数据的采集，采集检测井水位水温、中心区设备温度、土壤温湿度、视频等进行实时在线监测能够很好的完成对接地极运行工况的监控。而其中馈电电流和馈电电缆分流系数能够快速反馈的整个接地极系统的运行状况，因此保证馈电电流测量的同步性十分关键。

技术实现要素：

本发明目的在于同步采集输电线路集中式接地极的有线馈电电流。

为实现所述目的，依据本发明的一个方面，提供一种输电线路接地极集中式有线电流同步采集装置，包括主控单元和采集单元；所述主控单元包括主控mcu，以及电连接主控mcu且用于接入模拟信号传感器的同步采集控制模块；所述采集单元具有多路采集模块，每一路采集模块独立设置依序连接的从机mcu、adc模块、用于采集接地极馈线入地电流的电流传感器，各路采集模块相互独立采集电流并保存于从机mcu本地；各路采集模块的从机mcu均经同步采集控制模块来与主控mcu进行有线串口通讯连接，各路采集模块的从机mcu的外部中断引脚分别连接至主控mcu。

进一步的，所述主控单元包含电连接主控mcu的无线同步通信模块，所述采集单元具有多个可实现无线通讯且位置分散的电流采集模块，各个电流采集模块分别与无线同步通信模块通讯。

进一步的，所述主控单元包含分别电连接主控mcu的rs485数据接口模块、开关量采集模块、以太网模块，所述采集单元具有超声波气象传感器来与rs485数据接口模块连接、具有翻斗式雨量传感器来与开关量采集模块连接，以及具有数字摄像机来与接入以太网模块。

进一步的，所述主控单元包含全制式网络无线通信模块来通过移动网络与系统后台远程通讯。

进一步的，全制式网络无线通信模块来是全网通4g无线通信模块。

进一步的，所述主控单元包含电连接主控mcu的数据存储模块。

进一步的，还包括供电单元，其具有电池充放电控制模块以及分别电连接电池充放电控制模块的取电模块、储能模块，所述主控单元具有用于受控于主控mcu管理装置内部电源分配及供给的电源管理模块来与所述电池充放电管理模块电气连接。

进一步的，所述主控单元包含为系统提供时钟的断电保护时钟模块来电连接主控mcu。

还提供上述装置的运行方法，包括依序执行的以下步骤：

步骤s1.当请求采集馈电电流数据时，主控mcm经串口总线向各路采集模块广播下发采集指令；

步骤s2.每一路采集模块收到采集指令则启动进行ad采集馈线电流数据；

步骤s3.当主控mcu以中断触发方式同步下发中断信号至各个从机mcu的外部中断引脚时，每一路采集模块受中断触发停止采集并保存当前采集数据于从机mcu本地；

步骤s4.主控mcu获取每一路采集模块的所述当前采集数据后，进行分析处理计算并上送后台。

进一步的，在无需要采集时，主控mcu控制各路从机mcu关闭电源进入省电模式，所述步骤s1还执行有主控mcm打开每一路采集模块电源的操作。

进一步的，当定时采样时间点到达时，执行步骤s1。

还提供一种计算机可读存储介质，其中，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被处理器执行时，实现上述的方法。

本发明的技术具有如下特点：

提出馈线电流集中式同步采集方法，通过有线连接的方式实现各路馈电电流的同步采集，提高馈电电流分流系数准确度，更加准确监测直流接地极整个系统的运行情况，为接地极运行、维护、检测和管理工作提供重要依据，有效提高线路运行可靠性。

所述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的所述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的台件。

在附图中：

图1示出了本发明的接地极综合在线监测系统的系统框图；

图2示出了本发明的集中式有线同步采集的通讯示意图；

图3示出了本发明的集中式有线同步采集的流程图；

图4示出了本发明的电子设备的结构示意图；

图5示出了本发明的计算机可读存储介质的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本发明的整个接地极综合在线监测系统共分为主控单元1、供电单元2、采集单元3。

其中主控单元1与供电单元2之间是电气连接，采集单元3与主控单元1之间是电气连接。供电单元2为整个系统的运行提供电源，主控单元1为整个系统功能实现控制部分，分管采集单元3的电源和实现数据采集的外部传感器和图像视频采集。

主控单元1包括中央处理模块11、断电保护时钟模块15、数据存储模块16、调试模块17、电源管理模块12、上位机全网通4g无线通信模块13、下位机通信模块14等。断电保护时钟模块15、数据存储模块16、调试模块17、电源管理模块12、上位机全网通4g无线通信模块13(既全制式网络无线通信模块)、下位机通信模块14以嵌入式的方式分别与中央处理模块11连接。

中央处理模块11包括主控mcu111和硬件看门狗电路112。主控mcu111用于整体装置功能的实现，包括数据的采集、处理、上送后台，以及个传感器和图像视频模块的电源控制等。硬件看门狗电路112运行时不受主控mcu111控制，当主控mcu111程序运行出现异常时，硬件看门口电路112输出复位电平至主控mcu111的复位引脚进行复位。

断电保护时钟模块15与主控mcu111电气连接，为系统提供时钟，当设备断电或者重启期间，能够保护时钟继续走时，当设备恢复运行时，保证系统时钟准确。

数据存储模块16与主控mcu111电气连接，主要用于存储主控mcu111处理后的数据，保证数据完整性。当无线网络通信与后台服务器断开时，能够将需要上送的数据保存，带网络恢复后继续上送，确保数据的完整性。

调试模块17的作用包括对装置进行调试、参数配置、下载程序等。

主控单元1的电源管理模块12与供电单元2的电池充放电管理模块电气连接。电源管理模块12用于管理装置内部电源分配及供给，由主控mcu111分管控制。

上位机全网通4g无线通讯模块13支持移动、联通、电信三大运营商4g/3g/2g的全制式网络。作用在于可通过无线方式将经采集分析处理后的传感器数据、图像视频数据等传输至系统后台，实现无线远程监测。

下位机模块14，包含同步采集控制模块141、rs485数据接口模块142、无线同步通信模块143、开关量采集模块144、以太网模块145。模块14用于连接外部数据类传感器接入，其中同步采集控制模块141可用于接入模拟信号传感器；rs485数据接口模块142用于接入rs485数字传感器，如超声波气象传感器；开关量采集模块144用于接入开关量类型的传感器，如翻斗式雨量传感器；无线同步通信模块143用于接入距离较远不适于使用有线方式接入的传感器，如传感器安装位置分散的分布型接地极入地电缆电流采集传感器、跨步电压采集传感器等；以太网通讯模块145用于数字摄像机的接入等。

供电单元2为整个装置的供电单元，由电池充放电控制模块21、取电模块22、储能模块23组成。电池充放电控制模块21分别与取电模块22、储能模块23电性连接。取电模块22根据现场坏境可选择太阳能电池组件，或风能、地线感应取能等，储能模块23可选铅酸蓄电池、锂电池等。电池充放电控制器模块21具备自动浮充电能、过压保护、欠压保护、过流保护和温度补偿等功能。

采集单元3可根据实际监测需要可接入不同类型的传感器。如需测量集中式馈电电缆入地电流时，可使用有线电流传感器接入同步采集控制模块实现对馈线入地电流的同步采集；如需测量分布式馈电电缆电流时，可选用分布式无线同步测量电流传感器，实现对馈线入地电流的同步采集并通过短距离无线通信模块将数据上送主机；rs485数据接口模块可接入rs485超声波气象数字传感器；开关量采集模块接入翻斗式雨量传感器；以太网模块等接入数字摄像机等。

本发明提出一种集中式有线电流同步采集方法，用于解决接地极入地电缆分布集中，实现同步采集馈电电流的问题。

一般来说在使用有线的方式测试接地极馈线入地电流时，往往是在馈电入地电缆分布较为集中的接地极，在进行有线线采集时，以往是通过主控mcu向采集模块的串口发送采集指令的方式来依次采集的，这种方法只是一种粗略同步的方式，具有存在一定的时计算的准确度存在误差，为此，如图2-图3所示，本发明提出的解决方案如下：

(1)设多路采集模块，每一路采集模块独立设置依序连接的依序连接的从机mcu、adc模块、用于采集接地极馈线入地电流的电流传感器，各路采集模块相互独立采集电流，并将电流数据保存从机mcu本地，各路采集模块的从机mcu均经同步采集控制模块来与主控mcu进行有线串口通讯连接，各路采集模块的从机mcu的外部中断引脚分别连接至主控mcu。

(2)主控mcu同时控制每一路采集模块的电源开关和采集过程，在无需要采集时，控制各路从机mcu关闭电源进入省电模式。

(3)当定时采样时间点到达时，或者请求采集馈电电流数据时，主控mcm打开每一路采集模块电源，经串口总线向各路采集模块广播下发采集指令。

(4)每一路采集模块开始进行高速ad采集并循环存储数据于从机mcu本地以供回溯。

(5)当主控mcu经io脚以中断触发方式同步下发电平中断信号至各个从机mcu的外部中断引脚时，每一路采集模块受中断触发停止采集并保存当前采集数据于从机mcu本地。其中，采用中断的方式响应更快，同步性更高，对比采用串口广播停止的方式，这种方式需要各路从机mcu的接收和解析、切换进程等过程，会造成不确定的时间延迟，影响同步性造成误差，而采用中断方式，在接收到中断信号时，直接进入中断，时间响应快，同步性高，大大减少时间误差。

(6)主控mcu获取每一路采集模块的馈线电流数据后，进行分析处理计算并上送后台，然后关闭每一路采集模块的电源。

本发明的直流接地极综合在线监测装置可同时采集各种不同的数据(包括无线、有线传感器数据等)、视频、图像的采集，可对所有的采集量进行综合统一处理，短距离传感器等数据运用有线方式连接，而距离较远的传感器数据采集无线方式对不同安装点的监测量进行监测。

装置通讯模块配置4g全网通通讯模块。装置可通过移动网络将处理过后的数据上送服务器后台。

此外，本发明的集中式同步采集装置，可实现对不同接地极馈电电缆分布特点的，进行馈电电流同步采集和馈电电缆分流系数的计算，提高数据测量精准度和接地极测量工作效率，是一种通用性强、安装方便、方法简易、测量准确、性能稳定、能够消除接地极馈电电缆分流系数的测试误差，具有安全、简便、高效的特点。

本发明的集中式同步采集装置，同时兼容馈线电流集中式同步采集和馈线电流分布式同步采集方案，适用范围广，通用性强，方便用户在不同接地极的综合监测需求进行大规模部署，具有安全、简便、高效的特点，间接提高输电线路的运行可靠性。

集中式同步采集针对接地极入地馈电电缆的分布集中且各路馈电电缆距离短的特点，电流传感器通过有线连接方式接入电缆，通过有线同步测量的办法，实现馈电电流数据的同步采集，整个装置可灵活配置馈线电流传感器数量最多128路。

主控mcu对不同传感器的测量、图像视频数据的采集数据进行分析、处理、计算，并通过无线通信方式上送后台服务器，实现对直接接地极系统的远程监测。

采用电源负载分级管理方法，可根据任务情况，开关电源，达到节能效果。

需要说明的是：

本实施例所用的方法，可转化为可存储于计算机存储介质中的程序步骤及装置，通过被控制器调用执行的方式进行实施，其中所述装置应当被理解为计算机程序实现的功能模块。

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟装置或者其它设备固有相关。各种通用装置也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类装置所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

例如，图4示出了根据本发明一个实施例的电子设备的结构示意图。该电子设备传统上包括处理器31和被安排成存储计算机可执行指令(程序代码)的存储器32。存储器32可以是诸如闪存、eeprom(电可擦除可编程只读存储器)、eprom、硬盘或者rom之类的电子存储器。存储器32具有存储用于执行实施例中的任何方法步骤的程序代码34的存储空间33。例如，用于程序代码的存储空间33可以包括分别用于实现上面的方法中的各种步骤的各个程序代码34。这些程序代码可以从一个或者多个计算机程序产品中读出或者写入到这一个或者多个计算机程序产品中。这些计算机程序产品包括诸如硬盘，紧致盘(cd)、存储卡或者软盘之类的程序代码载体。这样的计算机程序产品通常为例如图5所述的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质可以具有与图4的电子设备中的存储器32类似布置的存储段、存储空间等。程序代码可以例如以适当形式进行压缩。通常，存储单元存储有用于执行根据本发明的方法步骤的程序代码41，即可以由诸如31之类的处理器读取的程序代码，当这些程序代码由电子设备运行时，导致该电子设备执行上面所描述的方法中的各个步骤。

应该注意的是所述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。