一种配电变压器分支负荷监测装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例公开了一种配电变压器分支负荷监测装置，包括：电压检测单元，用于测量得到配电变压器的三相电压模拟信号；电流检测单元，用于测量得到所述配电变压器每一分支回路的三相电流模拟信号；分别与所述电压检测单元和所述电流检测单元相连的分支回路采样芯片，用于根据所述三相电压模拟信号和所述三相电流模拟信号，处理得到每一分支回路的每一相线的电网负荷参数数字信号；以及与所述分支回路采样芯片相连的主控芯片，用于读取所述电网负荷参数数字信号，并处理得到每一分支回路的每一相线的实际电网负荷参数，从而实现对配电变压器的分支负荷分配情况的在线监测。
【专利说明】一种配电变压器分支负荷监测装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力负荷监测【技术领域】，更具体地说，涉及一种配电变压器分支负荷监测装置。
【背景技术】
[0002]配电变压器通常具有多条分支回路，若各条分支回路上承载的电力负荷(即分支负荷)严重不平衡，则会影响到配电网的安全经济运行。因此有必要对配电变压器的分支负荷分配情况进行在线监测，以便在出现分支负荷分配严重不失衡的现象时，可及时发现并快速进行各分支回路间的负荷转移，从而保证配电网的安全经济运行。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明提供一种配电变压器分支负荷监测装置，以实现对配电变压器的分支负荷分配情况的在线监测。
[0004]一种配电变压器分支负荷监测装置，包括:
[0005]电压检测单元，用于测量得到配电变压器的三相电压模拟信号；
[0006]电流检测单元，用于测量得到所述配电变压器每一分支回路的三相电流模拟信号;
[0007]分别与所述电压检测单元和所述电流检测单元相连的分支回路采样芯片，用于对接收到的所述三相电压模拟信号和所述三相电流模拟信号进行模数转换及计算，得到每一分支回路的每一相线的电网负荷参数数字信号；
[0008]以及与所述分支回路采样芯片相连的主控芯片，用于读取所述电网负荷参数数字信号，并处理得到每一分支回路的每一相线的实际电网负荷参数。
[0009]其中，所述电压检测单元包括:
[0010]第一电压互感器，用于测量得到配电变压器的A相电压模拟信号；
[0011]第二电压互感器，用于测量得到配电变压器的B相电压模拟信号；
[0012]第三电压互感器，用于测量得到配电变压器的C相电压模拟信号。
[0013]其中，所述电流检测单元包括:分别设置在配电变压器的不同分支回路的不同相线上的电流互感器。
[0014]其中，所述电压互感器包括电流型电压互感器；所述电流互感器包括测量用电流互感器。
[0015]其中，所述分支回路采样芯片包括多个单相电能计量芯片。
[0016]其中，所述单相电能计量芯片包括CS5463芯片。
[0017]其中，所述主控芯片包括STM32F103系列微控制器。
[0018]可选地，所述配电变压器分支负荷监测装置还包括:连接于所述主控芯片和配电终端之间的通信模块，用于将所述实际电网负荷参数输出至所述配电终端；其中所述通信模块包括隔离型RS485通信模块。[0019]可选地，所述配电变压器分支负荷监测装置还包括:与所述主控芯片相连接的存储模块，用于存储所述实际电网负荷参数；其中所述存储模块包括铁电存储器FRAM。
[0020]可选地，所述配电变压器分支负荷监测装置还包括:与所述主控芯片相连的指示模块；所述指示模块用于指示所述配电变压器分支负荷监测装置的运行工况。
[0021]从上述的技术方案可以看出，本发明实施例通过电压、电流检测单元获取得到配电变压器在各条分支回路的各个相线上的电压电流模拟信号；并通过分支回路采样芯片对每一分支回路的每一相线上的所述电压电流模拟信号进行模数转换及计算，得到对应相线的电网负荷参数数字信号；主控芯片通过对所述数字信号进行采集、处理，最终得到各分支回路的各相线的实际电网负荷参数。由此，工作人员根据所述主控芯片的输出结果即可分析得到各条分支回路分别承载的电力负荷，并在发现分支负荷分配严重不平衡时及时进行分支负荷的转移，从而保证了配电网始终处于安全经济的运行状态；另外，本发明所述装置结构简单、操作方便，便于推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本发明实施例一公开的一种配电变压器分支负荷监测装置结构示意图；
[0024]图2为本发明实施例一公开的又一种配电变压器分支负荷监测装置结构示意图；
[0025]图3为本发明实施例二公开的一种配电变压器分支负荷监测装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]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。
[0027]参见图1，本发明实施例一公开了一种配电变压器分支负荷监测装置，以实现对配电变压器的分支负荷分配情况的在线监测，包括:电压检测单元100、电流检测单元200、分支回路采样芯片300和主控芯片400 ；
[0028]具体的，电压检测单元100，用于测量得到配电变压器的三相电压模拟信号；
[0029]电流互感器200，用于测量得到所述配电变压器每一分支回路的三相电流模拟信号;
[0030]分支回路采样芯片300分别与电压检测单元100和电流检测单元200相连，用于对接收到的所述三相电压模拟信号和所述三相电流模拟信号进行模数转换及计算，得到每一分支回路的每一相线的电网负荷参数数字信号；其中，所述电网负荷参数具体包括电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率以及功率因数等；
[0031]主控芯片400与分支回路采样芯片300相连，用于读取所述电网负荷参数数字信号，并处理得到每一分支回路的每一相线的实际电网负荷参数。[0032]在所述配电变压器分支负荷监测装置工作过程中，主控芯片400对分支回路采样芯片300进行初始化配置，并实时监控其运行状态，待分支回路采样芯片300采样并计算完成后会提示主控制器300待读取数据已准备就绪，此时主控芯片400读取分支回路采样芯片300处理得到的所述每一分支回路的每一相线的电网负荷参数数字信号并进行相应转换，得到相对应的电网负荷参数的实际值；此时，工作人员通过分析主控芯片400输出的各条分支回路的三相电网负荷参数，即可得到对应分支回路所承载的电力负荷，从而实现了对所述配电变压器分支负荷分配情况的在线监测；工作人员根据准确掌握的所述配电变压器的实时运行工况，一旦发现所述配电变压器的分支负荷分配严重不平衡时，即可快速采取相应的处理措施来维护所述分支负荷的均衡分配，保证了配电网的安全经济运行。
[0033]下面针对本实施例一所述的配电变压器分支负荷监测装置的各个组成部件进行进一步解释说明:
[0034]I)关于电压检测单元100
[0035]本实施例一所述的电压检测单元100包括三个电压互感器；其中，单个所述电压互感器用于对应测量得到配电变压器的单相电压模拟信号；
[0036]具体的，电压检测单元100包括:
[0037]第一电压互感器，用于测量得到配电变压器的A相电压模拟信号；
[0038]第二电压互感器，用于测量得到配电变压器的B相电压模拟信号；
[0039]第三电压互感器，用于测量得到配电变压器的C相电压模拟信号。
[0040]由于配电变压器的各分支回路相并联，因此各分支回路的相同相线的电压值相等，此时通过测量得到配电变压器任一分支回路的三相电压模拟信号，即可获取得到配电变压器每一分支回路的三相电压模拟信号。
[0041]更为具体的，所述电压互感器可优选电流型电压互感器；
[0042]现有的电压互感器用于将高电压变换为低电压，供测量和继电保护用，同时还可将高电压与电气工作人员隔离，以保护电气工作人员人身安全；因此，根据所述电压互感器的不同用途，可将所述电压互感器分为保护用电压互感器和测量用电压互感器。其中，所述保护用电压互感器用于在电网发生故障时，向电气保护装置提供电网故障信息，一般不用于测量线路电压；而所述测量用电压互感器则可用于在电网正常供电时，测量输电线路的电压信息。本实施例一中的电压互感器100即为测量用电压互感器，且优选为抗干扰性较强的电流型电压互感器，以保证测量结果的准确性。
[0043]2)关于电流检测单元200
[0044]本实施例一所述的电流检测单元200包括:分别设置在配电变压器的不同分支回路的不同相线上的电流互感器；所述电流互感器的总个数为所述分支回路的总个数的3倍；其中，一个所述电压互感器用于测量得到所述配电变压器的一条分支回路的单相电流模拟信号。
[0045]更为具体的，所述电流互感器可采用测量用电流互感器。
[0046]现有的电流互感器用于将主回路中的大电流变换为小电流，供计量和继电保护用，其中根据变电流时产生的误差大小，可以将所述电流互感器的准确级划分为0.2级、
0.5级、I级、3级等，其中，I级以下用于测量用，3级以上用于继电保护用；由此根据所述电流互感器的不同用途，可将所述电流互感器分为保护用电流互感器和测量用电流互感器。其中所述保护用电流互感器用于在电网发生故障(如输电线路短路、输电线路过负荷等)时，向电气保护装置提供电网故障信息，以切断故障输电线路，一般不用于测量线路电流；而所述测量用电流互感器则可用于在电网正常供电时，测量输电线路的电流信息，至于具体选用何种准确级的所述测量用电流互感器，则可根据实际的应用情况来做进一步限定，并不局限。
[0047]3)关于分支回路采样芯片300
[0048]其中，分支回路采样芯片300可采用多个单相电能计量芯片；所述单相电能计量芯片与所述电流互感器数量相等；其中，一个所述单相电能计量芯片用于对同一分支回路的同一相线的电压、电流模拟信号进行同步采样及计算，得到该分支回路的该相线的电网负荷参数的数字量；
[0049]现有的分支回路采样芯片包括单相电能计量芯片和三相电能计量芯片等。相较于所述单相电能计量芯片，虽然所述三相电能计量芯片具有计算更为简便且计算精度更高的优点，但是其生产成本也相对较高且芯片引脚较多不利于PCB(Printed Circuit Board,印制电路板)布局走线，由此，从节约成本、结构简单、易于推广应用的角度考虑，本实施例一优选所述单相电能计量芯片。
[0050]具体的，在实际应用中，可作为所述单相电能计量芯片使用的芯片类型繁多，本实施例优选CS5463芯片；
[0051]所述CS5463芯片具有高性价比、低功耗、高采样精度等特性。并且，由于所述CS5463芯片内部至少包含两路模数转换通道，因此在本实施例中，通过将应用于同一分支回路的同一相线的电压互感器和电流互感器分别连接于所述CS5463芯片的两路模数转换通道，即可实现同时采样电压模拟信号和电流模拟信号的目的，减少了芯片个数、保证了同一分支回路的同一相线上的电压信号、电流信号的采样时刻相同，避免了因某一个采样值采样延迟导致电网负荷参数信息计算延迟或错误。
[0052]4)关于主控芯片400
[0053]主控芯片400可采用STM32F103系列微控制器；
[0054]所述STM32F103系列微控制器是首款基于ARMv7-M体系结构的32位标准RISC(Reduced Instruction Set Computer,精简指令集计算机)处理器,作为最新一代的嵌入式ARM处理器，所述STM32F103系列微控制器的性能指标远远优于传统的51系列单片机，但是其开发使用方法却和51系列单片机一样简便。并且，丰富的片上资源使得所述STM32F103系列微控制器更易于今后升级扩展。
[0055]配电变压器一般设置有2-4条分支回路，其中又以设置有2条分支回路者最为常见。基于此，本实施例一以具有2条分支回路的配电变压器作为监测对象，对所述配电变压器分支负荷监测装置的结构及功能进行进一步说明。具体如下:
[0056]设定所述配电变压器的2条分支回路分别为第一分支回路和第二分支回路；已知所述配电变压器的三相输电线路分别为A相线、B相线和C相线，则参见图2，所述配电变压器分支负荷监测装置包括:
[0057]应用于A相线上的第一电压互感器100A、应用于B相线上的第二电压互感器100B、应用于C相线上的第三电压互感器100C ；
[0058]应用于第一分支回路的A相线上的第一电流互感器2001A、应用于第一分支回路的B相线上的第二电流互感器2001B、应用于第一分支回路的C相线上的第三电流互感器2001C ；
[0059]应用于第二分支回路的A相线上的第四电流互感器2002A、应用于第二分支回路的B相线上的第五电流互感器2002B、应用于第二分支回路的C相线上的第六电流互感器2002C ；
[0060]应用于第一分支回路的A相线上的第一单相电能计量芯片3001A、应用于第一分支回路的B相线上的第二单相电能计量芯片3001B、应用于第一分支回路的C相线上的第三单相电能计量芯片3001C ；
[0061]应用于第二分支回路的A相线上的第四单相电能计量芯片3002A、应用于第二分支回路的B相线上的第五单相电能计量芯片3002B、应用于第二分支回路的C相线上的第六单相电能计量芯片3002C ；
[0062]以及王控心片400 ;其中:
[0063]第一单相电能计量芯片3001A分别接收第一电压互感器100A采集到的A相线的电压模拟信号和第一电流互感器2001A采集到的第一分支回路的A相线的电流模拟信号，并对其进行模数转换及计算，得到第一分支回路的A相线的电网负荷参数数字信号；
[0064]第二单相电能计量芯片3001B分别接收第二电压互感器100B采集到的B相线的电压模拟信号和第二电流互感器2001B采集到的第一分支回路的B相线的电流模拟信号，并对其进行模数转换及计算，得到第一分支回路的B相线的电网负荷参数数字信号；
[0065]第三单相电能计量芯片3001C分别接收第三电压互感器100C采集到C相线的电压模拟信号和第三电流互感器2001C采集到的第一分支回路的C相线的电流模拟信号，并对其进行模数转换及计算，得到第一分支回路的C相线的电网负荷参数数字信号；
[0066]第四单相电能计量芯片3002A分别接收第一电压互感器100A采集到的A相线的电压模拟信号和第四电流互感器2002A采集到的第二分支回路的A相线的电流模拟信号，并对其进行模数转换及计算，得到第二分支回路的A相线的电网负荷参数数字信号；
[0067]第五单相电能计量芯片3002B分别接收第二电压互感器100B采集到的B相线的电压模拟信号和第五电流互感器2002B采集到的第二分支回路的B相线的电流模拟信号，并对其进行模数转换及计算，得到第二分支回路的B相线的电网负荷参数数字信号；
[0068]第六单相电能计量芯片3002C分别接收第三电压互感器100C采集到的C相线的电压模拟信号和第六电流互感器2002C采集到的第二分支回路的C相线的电流模拟信号，并对其进行模数转换及计算，得到第二分支回路的C相线的电网负荷参数数字信号；
[0069]由此，根据主控芯片400获取的2条分支回路的三相(A相、B相和C相)电网负荷参数，即可分析得到任一分支回路的负荷情况。
[0070]由上述结构及功能可知，本实施例一通过电压、电流检测单元获取得到配电变压器在各条分支回路的各个相线上的电压电流模拟信号；并通过分支回路采样芯片对每一分支回路的每一相线上的所述电压电流模拟信号进行模数转换及计算，得到对应相线的电网负荷参数数字信号；主控芯片通过对所述数字信号进行采集、处理，最终得到各分支回路的各相线的实际电网负荷参数。由此，工作人员根据所述主控芯片的输出结果即可分析得到各条分支回路分别承载的电力负荷，并在发现分支负荷分配严重不平衡时及时进行分支负荷的转移，从而避免了因所述配电变压器的分支负荷分配不平衡而影响配电网的安全经济运行；另外，本发明所述装置结构简单、操作方便，便于推广应用。
[0071]基于实施例一，本发明实施例二公开了一种配电变压器分支负荷监测装置，以实现对配电变压器的分支负荷分配情况的在线监测，参见图3，包括:电压检测单元100、电流检测单元200、分支回路采样芯片300、主控芯片400和通信模块500 ；
[0072]具体的，通信模块500连接于主控芯片400和配电终端之间，用于将主控芯片400处理得到的实际电网负荷参数输出至所述配电终端，从而实现对智能配变终端的深化应用；
[0073]其中，鉴于隔离型RS485通信模块具有网络连接方便、抗干扰性能好、传输距离远等特点，通信模块500优选隔离型RS485通信模块，保证了主控芯片400处理得到的实际电网负荷参数的准确传输。
[0074]此外，仍参见图3，本发明实施例二提供的配电变压器分支负荷监测装置还可包括:存储模块600。
[0075]存储模块600与主控芯片400相连接，用于存储主控芯片400处理得到的实际电网负荷参数。
[0076]为保证快速而准确的存储、读取所述实际电网负荷参数，存储模块600优选铁电存储器(FRAM) ;FRAM利用铁电效应实现数据存储，可将ROM (Read-Only Memory，只读存储器)的非易失性数据存储特性和RAM (random access memory,随机存储器)的无限次读写、高速读写以及低功耗等优势结合在一起，相较于闪存和EEPROM (Electrically ErasableProgrammable Read-Only Memory,电可擦可编程只读存储器)等较早期的非易失性存储器，FRAM具有更高的写入速度和更长的读写寿命。
[0077]在本申请实施例二中，主控芯片400对分支回路采样芯片300进行初始化配置，并实时监控其运行状态，待分支回路采样芯片300采样、计算完成后会提示主控芯片400待读取数据已准备就绪，此时主控芯片400读取分支回路采样芯片300处理得到的所述每一分支回路的每一相线的电网负荷参数数字信号并进行相应转换，得到相对应的电网负荷参数的实际值，并将其存储于存储模块600中；当需要与配电终端通信时，主控芯片400从存储模块600中读取相应的数据，通过通信模块500传输至配电终端。
[0078]此外，仍参见图3，本发明实施例二提供的配电变压器分支负荷监测装置还可包括:指示模块700。
[0079]指示模块700与主控芯片400相连，用于指示所述配电变压器分支负荷监测装置的运行工况。
[0080]具体的，主控芯片400实时监控分支回路采样芯片300、通信模块500、存储模块600等的运行状态，并控制指示模块700显示监控结果；如:当所述配电变压器分支负荷监测装置正常运行时，主控芯片400控制指示模块700的第一信号灯持续闪烁；当所述配电变压器分支负荷监测装置出现故障或停止运行时，控制所述第一信号灯熄灭；当所述配电变压器分支负荷监测装置与配电终端进行通讯时，主控芯片400控制指示模块700的第二信号灯持续闪烁；当所述通讯过程中断或通讯故障时，控制所述第二信号灯熄灭。由此，可方便相关工作人员实时了解所述配电变压器分支负荷监测装置的运行工况，并及时做出相应处理。
[0081]另外，本发明所述的任一种配电变压器分支负荷监测装置，其供电电源均可优先选用线性电源，以避免出现谐波干扰，保证分支负荷监测结果的准确性。
[0082]综上所述，本发明实施例通过电压、电流检测单元获取得到配电变压器在各条分支回路的各个相线上的电压电流模拟信号；并通过分支回路采样芯片对每一分支回路的每一相线上的所述电压电流模拟信号进行模数转换及计算，得到对应相线的电网负荷参数数字信号；主控芯片通过对所述数字信号进行采集、处理，最终得到各分支回路的各相线的实际电网负荷参数。由此，工作人员根据所述主控芯片的输出结果即可分析得到各条分支回路分别承载的电力负荷，并在发现分支负荷分配严重不平衡时及时进行分支负荷的转移，从而保证了配电网始终处于安全经济的运行状态；另外，本发明所述装置结构简单、操作方便，便于推广应用。
[0083]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0084]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明实施例的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明实施例将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种配电变压器分支负荷监测装置，其特征在于，包括: 电压检测单元，用于测量得到配电变压器的三相电压模拟信号； 电流检测单元，用于测量得到配电变压器每一分支回路的三相电流模拟信号； 分别与所述电压检测单元和所述电流检测单元相连的分支回路采样芯片，用于对接收到的所述三相电压模拟信号和所述三相电流模拟信号进行模数转换及计算，得到每一分支回路的每一相线的电网负荷参数数字信号； 以及与所述分支回路采样芯片相连的主控芯片，用于读取所述电网负荷参数数字信号，并处理得到每一分支回路的每一相线的实际电网负荷参数。
2.根据权利要求1所述的配电变压器分支负荷监测装置，其特征在于，所述电压检测单元包括: 第一电压互感器，用于测量得到配电变压器的A相电压模拟信号； 第二电压互感器，用于测量得到配电变压器的B相电压模拟信号； 第三电压互感器，用于测量得到配电变压器的C相电压模拟信号。
3.根据权利要求2所述的配电变压器分支负荷监测装置，其特征在于，所述电流检测单元包括:分别设置在配电变压器的不同分支回路的不同相线上的电流互感器。
4.根据权利要求3所述的配电变压器分支负荷监测装置，其特征在于，所述电压互感器包括电流型电压互感器；所述电流互感器包括测量用电流互感器。
5.根据权利要求1所述的配电变压器分支负荷监测装置，其特征在于，所述分支回路采样芯片包括多个单相电能计量芯片。
6.根据权利要求5所述的配电变压器分支负荷监测装置，其特征在于，所述单相电能计量芯片包括CS5463芯片。
7.根据权利要求1所述的配电变压器分支负荷监测装置，其特征在于，所述主控芯片包括STM32F103系列微控制器。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的配电变压器分支负荷监测装置，其特征在于，还包括:连接于所述主控芯片和配电终端之间的通信模块，用于将所述实际电网负荷参数输出至所述配电终端；其中， 所述通信模块包括隔离型RS485通信模块。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的配电变压器分支负荷监测装置，其特征在于，还包括:与所述主控芯片相连接的存储模块，用于存储所述实际电网负荷参数；其中， 所述存储模块包括铁电存储器FRAM。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的配电变压器分支负荷监测装置，其特征在于，还包括:与所述主控芯片相连的指示模块； 所述指示模块用于指示所述配电变压器分支负荷监测装置的运行工况。
【文档编号】H02J3/14GK103683299SQ201310755611
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】叶勤风, 姜衍, 欧建有, 刘若挺, 黄余林 申请人:温州市图盛科技有限公司