一种用于配电柜的智能电力采集模块的制作方法

文档序号:10169821阅读:507来源:国知局
一种用于配电柜的智能电力采集模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型设计的是一种用于配电柜的智能电力采集模块,属于能效监测技术领域。
【背景技术】
[0002]为了实现精细化用电管理及需求侧响应,达到有序用电及节能降耗的目的,用电单位除了对总用电回路监测之外,还需扩展到对各分支用电回路进行监测。现有技术一般采用在各分支回路中加装电流互感器、采集器、通信模块等设备,实现对各用电回路的用电信息和电能质量的监测。
[0003]传统电力系统中的电流互感器由一次互感器和二次互感器(一般称为仪表互感器,装在采集器中)组成,体积大、成本高,受现场安装空间限制安装困难,甚至有些分支回路需要改造才能安装;用电单位的分支回路多,每回路均需接入电流互感器、采集器、通信模块等设备,设备成本高;此外采集器需要从现场各支路中接入电压信号,安装时要进行停电操作,给用电单位的生产、运营造成影响;由于接入电缆多,施工时要进行专业的布线,安装难度及工作量大、施工费用高、施工周期长。

【发明内容】

[0004]本实用新型提出了一种用于配电柜的智能电力采集模块,旨在克服现有技术所存在的上述缺陷,实现传统一次电流互感器和二次电流互感器的融合,在安装过程中对用电单位生产运营无影响。
[0005]本实用新型的技术解决方案:用于配电柜的智能电力采集模块,其特征是模块结构件1的电压电流信号引入采集模块;所述的模块结构件1包括开关电源电路2、交采计量电路3、核心处理电路4、微功率无线通信电路5 ;其中开关电源电路2的信号输出端与核心处理电路4的信号输入端相接,核心处理电路4的第一信号输入/输出端与交采计量电路3的信号输出/输入端相接,核心处理电路4的第二信号输入/输出端与微功率无线通信电路5的信号输出/输入端相接;所述的模块结构件1,能在电力电缆线不断电的情况下将模块安装到线缆上并通过针刺取电为采集模块供电,同时将被测电压电流信号弓I入采集模块中,因此模块安装时不会给用户带来停电损失。
[0006]本实用新型优点:通过感应测量的方式,使得直接测量现场几百安培大电流成为可能,无需通过二次电流互感器将采样前端的信号进行多次变换,降低成本的同时大大减小现场的接线复杂程度。模块具有体积小、重量轻、成本低、易安装等特点,通过对电力线路的用电信息和电能质量进行监测,从而实现精细化用电管理及需求侧响应,达到有序用电及节能降耗的目的,使得大规模推广能效监测成为可能。
[0007]【附图说明】:
[0008]图1为智能电力采集模块结构框图;
[0009]图2为开关电源电路原理图;
[0010]图3为交采计量电路原理图;
[0011]图4为核心处理电路原理图;
[0012]图5为微功率无线通信电路原理图;
[0013]图中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]【具体实施方式】:
[0015]对照附图1,用于配电柜的智能电力采集模块,其结构是模块结构件1的电压电流信号引入采集模块;所述的模块结构件1包括开关电源电路2、交采计量电路3、核心处理电路4、微功率无线通信电路5 ;其中开关电源电路2的信号输出端与核心处理电路4的信号输入端相接,核心处理电路4的第一信号输入/输出端与交米计量电路3的信号输出/输入端相接,核心处理电路4的第二信号输入/输出端与微功率无线通信电路5的信号输出/输入端相接;所述的模块结构件1,能在电力电缆线不断电的情况下将模块安装到线缆上并通过针刺取电为采集模块供电,同时将被测电压电流信号引入采集模
[0016]块中,因此模块安装时不会给用户带来停电损失。
[0017]所述开关电源电路2,采用斩波变换方式将220V交流电压转换为3.3V直流输出,此方案拓扑结构简单,元器件少,布板空间小,能在低成本、小体积的前提下实现AC/DC变换。
[0018]所述交采计量电路3,能采集接线回路的电压并通过间接感应的方式实现配电线路的电流计量,使得直接测量现场几百安培大电流成为可能,无需通过二次电流互感器将采样前端的信号进行多次变换,降低成本的同时大大减小现场的接线复杂程度。
[0019]所述核心处理电路4,能将计量电路3采集的电压电流进行实时处理计算出被测线路的功率和不同时段的用电量信息,并且能够对配电线路进行电能质量监测。
[0020]所述微功率无线通信电路5,能实现采集模块与电力网关之间的命令交互和数据通信。
[0021]下面结合附图进一步描述本实用新型的技术方案:
[0022]对照附图1,开关电源电路2实现将输入电压转换为系统工作电源,交采计量电路3实现对接线线路电压电流和功率的计量,核心处理电路4实现系统功能配置并起到协调、控制交采计量电路3和微功率无线通信电路5的作用,而微功率无线通信电路5则实现采集模块与电力网关之间的通信功能。
[0023]对照附图2,开关电源电路由整流滤波电路、降压转换电路和DC/DC电路组成。模块结构件1将220V交流电压信号引入[2-交互接口 1]处,整流滤波电路将输入的220V交流输入电压转换为脉动直流电压,整流出的直流电压约为输入交流电压有效值的1.4倍,D3为耐压650V的开关芯片,在外围电路的配合下将高压直流转换为12V直流电压,D5为输入电压28V的DC/DC芯片,实现将12V直流电压转换为3.3V通过[2-交互接口 2]输出为系统提供工作电源。
[0024]对照附图3,交采计量电路由电压取样电路、电流取样电路和计量芯片组成。交采计量电路的[3-交互接口 1]与开关电源电路的[2-交互接口 1]并联,电压取样电路采用电阻分压的方式实现将220V交流信号转换为满足计量芯片输入范围的220mV交流信号;分压电阻采用5个的目的是提高耐压,防止在输入端有浪涌等波动时取样电阻烧坏。电流取样电路采用间接感应的方式取样电流信号:模块结构件中装有环形磁芯,模块安装时待测电力线缆从磁芯中穿过,磁芯为开口式(从中间切断),霍尔芯片D2、D3安装在环形磁芯的开口处;当磁芯中的电缆通过交流电流时,磁芯感应出交变的磁场,进而霍尔芯片感应出交变的电压信号,将此信号通过运算放大器D1放大后输入计量芯片D5,电流信号取样完成。计量芯片实现将输入的电压、电流信号采集并计算对应的有功、无功功率,计量芯片通过[3-交互接口 2]与核心处理电路4进行数据交互和命令响应。
[0025]对照附图4,核心处理电路由单片机D1、存储芯片D2、看门狗芯片D4和LED指示灯组成。单片机D1是采集模块和核心,实现采集模块功能配置和整体的协调管理。核心处理电路4的工作电压为3.3V,由交采计量电路2通过[2-交互接口 2]提供;核心处理电路4通过[4交互接口 2]和[4交互接口 2]为交采计量模块3和微功率无线通信模块5提供电源和交互信号。存储芯片D2存储采集模块的地址和采集的电量信息,看门狗芯片D4的作用是在单片机D1死机后给系统复位,保证采集模块不会出现长时间死机情况。模块的LED指示灯能指示模块的工作状态,而且现在安装时当指示灯亮后即模块取电成功,无需对电力线缆进行断电操作,避免给用户造成停电损失。
[0026]对照附图5,微功率无线通信电路由射频芯片D6和射频收发电路组成。采集模块与电力网关之间的通信依靠微功率无线通信电路5实现:核心处理电路4与微功率无线通信电路5之间通过[5交互接口 1]进行通信,射频芯片D6对空中传输的信号进行调制和解调,射频收发电路则完成数据的收发和频带外的信号过滤。
[0027]根据电磁感应定理,电力线缆中通过交流电流时,周围将产生交变磁场,磁感应强度大小和线缆中通过的电流成正比;将线缆穿过环形磁芯,则磁芯中的磁感应强度与线缆中的电流成正比,测量磁芯中的场强,即可计算出线缆中通过的电流大小;利用霍尔效应,将环形磁芯切开,在断面处放入霍尔芯片,霍尔芯片的输出电压与磁芯中的磁感应强度成正比。因此测量霍尔芯片输出电压,即可计算出线缆中通过的电流。
【主权项】
1.用于配电柜的智能电力采集模块,其特征是模块结构件的电压电流信号引入采集模块;所述的模块结构件包括开关电源电路、交采计量电路、核心处理电路、微功率无线通信电路;其中开关电源电路的信号输出端与核心处理电路的信号输入端相接,核心处理电路的第一信号输入/输出端与交采计量电路的信号输出/输入端相接,核心处理电路的第二信号输入/输出端与微功率无线通信电路的信号输出/输入端相接。2.根据权利要求1所述的用于配电柜的智能电力采集模块,其特征是所述开关电源电路由整流滤波电路、降压转换电路和DC/DC电路组成。3.根据权利要求1所述的用于配电柜的智能电力采集模块,其特征是所述交采计量电路由电压取样电路、电流取样电路和计量芯片组成。4.根据权利要求1所述的用于配电柜的智能电力采集模块,其特征是所述的模块结构件中装有环形磁芯,环形磁芯为开口式即从中间切断,两个霍尔芯片安装在环形磁芯的开口处。5.根据权利要求1所述的用于配电柜的智能电力采集模块,其特征是所述核心处理电路由单片机、存储芯片、看门狗芯片和LED指示灯组成。6.根据权利要求1所述的用于配电柜的智能电力采集模块,其特征是所述微功率无线通信电路由射频芯片和射频收发电路组成。
【专利摘要】本实用新型是用于配电柜的智能电力采集模块,其特征是模块结构件1的电压电流信号引入采集模块;所述的模块结构件1包括开关电源电路2、交采计量电路3、核心处理电路4、微功率无线通信电路5;优点:模块具有体积小、重量轻、成本低、易安装等特点,通过感应和无线方式实现对配电回路的电压电流和功率计量,对用电回路的用电信息和电能质量进行有效监测,从而实现精细化用电管理及需求侧响应,达到有序用电及节能降耗的目的,使得大规模推广能效监测成为可能。
【IPC分类】G01R31/00, G08C17/02
【公开号】CN205080201
【申请号】CN201520625945
【发明人】杨飞, 童思普
【申请人】南京新联电子股份有限公司
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年8月19日
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