一种配电终端通讯系统的制作方法

本实用新型涉及配电网通讯技术领域，特别涉及一种配电终端通讯系统。

背景技术：

配电自动化是西方发达国家70年代提出的概念，目前在日本、欧美已得到了充分发展。国内也有了很多的尝试，但主要集中在城市。配电自动化将配电网在正常及事故情况下的监测、保护、控制、计量和供电部门的工作管理有机地融合在一起，改进供电质量，与用户建立更密切更负责的关系，以合理的价格满足用户要求的多样性，力求供电经济性最好。

目前，大多数配电网自动化系统在配电网正常运行时也能起到监视配电网运行状况和遥控改变运行方式的作用，故障时能及时察觉，但是，目前电力系统的配电自动化主要还是依赖于公网进行遥测数据的上行传输，在偏远的郊区，由于公网的网络差，甚至没有公网信号，这样配电自动化的遥测数据没法上传到主站，这是配电自动化终端处于无监督状态，没法即使了解配电线路的工作信息。

对于没有公网或者公网信号差的地方，解决方案一般有三种，分别是无线自组网、微波站、光纤。在电力调度领域，由于实时性、可靠性、安全性的要求高，普遍采用微波站和光纤，但是这两种方式属于高投入高成本。在配电自动化领域，实时性、可靠性、安全性的要求相对低一些，配电自动化的节点非常多，对成本很敏感，因此无线通讯方式受到了普遍应用。

目前无线自主网的的方式有WIFI、蓝牙、GPRS、3G、4G， WIFI传输速率高，但是传输距离短，功耗高；蓝牙传输速率较高、低功耗但是传输距离很短；GPRS覆盖范围大但是需要依赖基础设施建设；3G、4G传输速率高，但是也依赖基础设施建设且需要密集的基站支持。

组成局域网的无线技术主要有2.4GHz的WiFi，蓝牙、Zigbee等，组成广域网的无线技术主要有2G/3G/4G等。这些无线技术，优缺点非常明显，在低功耗广域网（Low Power Wide Area Network, LPWAN）产生之前，似乎远距离和低功耗两者之间只能二选一；当采用LPWAN技术之后，设计人员可做到两者都兼顾，最大程度地实现更长距离通信与更低功耗，同时还可节省额外的中继器成本。

LoRa 是LPWAN通信技术中的一种，是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案。这一方案改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。目前，LoRa 主要在全球免费频段运行，包括433、868、915 MHz等。LoRa技术具有远距离、低功耗（电池寿命长）、多节点、低成本的特性。

技术实现要素：

本实用新型提供一种配电终端通讯系统，用以解决现有配电网采用无线通讯中传输功耗、传输速率、传输数据量以及传输距离不能很好匹配以及多数需要依赖基础设施提供通讯支撑导致建设成本高的技术问题。

为解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案实现：

一种配电终端通讯系统，包括数据采集装置、数据集中器、网络服务器和监控终端，所述数据采集装置通过无线方式与数据集中器连接，所述数据集中器通过网络与网络服务器连接，所述网络服务器与监控终端连接；

所述数据采集装置至少包括1个；

所述数据采集装置包括LoRa终端主控模块、参数输入控制模块、数据采集接口模块、取电模块、数据收发模块， LoRa终端主控模块第一接口与所述参数输入控制模块连接， LoRa终端主控模块第二接口与所述数据采集接口模块连接， LoRa终端主控模块第三接口与所述取电模块连接，LoRa终端主控模块第四接口与数据收发模块连接；

所述LoRa终端主控模块包括微电脑控制器、LoRa无线传输单元，所述LoRa终端主控模块用于接收所述数据采集接口模块传送来的信息并进行加工，然后通过数据收发模块发送给数据集中器；

所述参数输入控制模块包括按键单元、显示单元，参数输入控制模块用于向所述LoRa终端主控模块输入控制指令；

所述数据采集接口模块用于与现场的各种检测装置连接并获取检测数据；

所述数据收发模块包括发射天线，用于将数据通过无线电波发射给所述数据集中器；

所述取电模块包括互感器单元、防雷隔离滤波单元、第一整流稳压单元、通道切换单元、太阳能电池板单元、第二整流单元、风能发电机单元、防雷单元以及整流滤波稳压单元，所述互感器单元与防雷隔离滤波单元进线端连接，防雷隔离滤波单元出线端与第一整流稳压单元进线端连接，第一整流稳压单元出线端与通道切换单元第二接口连接；所述太阳能电池板单元与第二整流单元进线端连接，第二整流单元出线端与通道切换单元第三接口连接；风能发电机单元与防雷单元进线端连接，防雷单元出线端与整流滤波稳压单元进线端连接，整流滤波稳压单元出线端与通道切换单元第四接口连接；通道切换单元第一接与LoRa终端主控模块第三接口；

所述通道切换单元包括峰峰值检测单元、IGBT导通管，用于检测和切换与LoRa终端主控模块连接的电源回路；

所述无线方式为LoRa无线传输方式。

优选地，所述网络为以太网或3G、4G网络。

优选地，所述数据采集接口模块采用485协议传输。

优选地，所述互感器单元由至少一个电压互感器构成，用于从被检测电路上获取电能并提供给数据采集装置；

所述防雷隔离滤波单元包括防雷器、滤波电容，防雷隔离滤波单元用于互感器单元送来的电进行防雷以及滤波处理；

优选地，太阳能电池板单元主要由太阳能电池板构成。

优选地，所述数据集中器包括数据收发模块，用于接收所述数据采集装置发送来的数据并将数据通过网络发送给网络服务器。

本实用新型采用基于LoRa技术所独有的低能耗、传输距离元无需基站支持等特点，通过从太阳能、风能、电压互感器以及现场检查设备获取能源并自动调整工作模式以适应能耗，从而能够长期、高效保证配电网通讯的连接。

附图说明

图1是本实用新型提供的实施例总体结构框图；

图2是本实用新型提供的实施例中数据采集装置结构框图；

图3是本实用新型提供的实施例中取电模块的结构框图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的图1-3，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1是本实用新型提供的实施例总体结构框图，图2是本实用新型提供的实施例中数据采集装置结构框图，图3是本实用新型提供的实施例中取电模块的结构框图，如图1-3所示，一种配电终端通讯系统，包括数据采集装置、数据集中器、网络服务器和监控终端，数据采集装置通过LoRa无线传输方式与数据集中器连接，数据集中器通过以太网或3G、4G网络与网络服务器连接，网络服务器与监控终端连接；

数据采集装置至少包括1个，本实施例采用4个，分别与用于采集架空线路三相电流、电压的装置连接；

数据采集装置包括LoRa终端主控模块、参数输入控制模块、数据采集接口模块、取电模块、数据收发模块， LoRa终端主控模块第一接口与参数输入控制模块连接， LoRa终端主控模块第二接口与数据采集接口模块连接， LoRa终端主控模块第三接口与取电模块连接，LoRa终端主控模块第四接口与数据收发模块连接；

LoRa终端主控模块包括微电脑控制器、LoRa无线传输单元，LoRa终端主控模块用于接收数据采集接口模块传送来的信息并进行加工，然后通过数据收发模块发送给数据集中器；

参数输入控制模块包括按键单元、显示单元，参数输入控制模块用于向LoRa终端主控模块输入控制指令；

数据采集接口模块采用485协议传输，包括但不限于FTU、RTU、TTU协议连接，用于与现场的各种检测装置连接并获取检测数据；

数据收发模块包括发射天线，用于将数据通过无线电波发射给数据集中器；

取电模块包括互感器单元、防雷隔离滤波单元、第一整流稳压单元、通道切换单元、太阳能电池板单元、第二整流单元、风能发电机单元、防雷单元以及整流滤波稳压单元，互感器单元与防雷隔离滤波单元进线端连接，防雷隔离滤波单元出线端与第一整流稳压单元进线端连接，第一整流稳压单元出线端与通道切换单元第二接口连接；太阳能电池板单元与第二整流单元进线端连接，第二整流单元出线端与通道切换单元第三接口连接；风能发电机单元与防雷单元进线端连接，防雷单元出线端与整流滤波稳压单元进线端连接，整流滤波稳压单元出线端与通道切换单元第四接口连接；通道切换单元第一接与LoRa终端主控模块第三接口；

通道切换单元包括峰峰值检测单元、IGBT导通管，用于检测和切换与LoRa终端主控模块连接的电源回路；

其中，

互感器单元由至少一个电压互感器构成，用于从被检测电路上获取电能并提供给数据采集装置；

防雷隔离滤波单元包括防雷器、滤波电容，防雷隔离滤波单元用于互感器单元送来的电进行防雷以及滤波处理；

太阳能电池板单元主要由太阳能电池板构成；

数据集中器包括数据收发模块，用于接收数据采集装置发送来的数据并将数据通过网络发送给网络服务器。

取电模块主要是从线路中取电给中控模块供电，取电装置内部有三种取电模式，一个是从数据采集接口模块取电，二是从电压互感器和太阳能电池取电，第三个是从风力发电机取电。当线路没有架设电压互感器或者不方便安装电压互感器时，取电模块就从太阳能电池或风力发电机取电。如果遇上连续长时间的阴雨天气或者太阳能电池板损坏时，就从风力发电机或者数据采集接口模块取电，同时给主控模块发送当前的取电模式信号，这时候由于取电的功率较小，主控模块以低功耗模式工作，降低主处理器内部总线时钟频率，间歇性开启或关闭主控模块内部处理器不常工作的外设，增大通信时间间隔，设置Lora终端主控模块降低信号发射功率，同时增加冗余码的比重，从而保证系统在实现基本功能的情况下，电能消耗不超过当前取电模式的供给能力。当外部有电压互感器时，取电模块用从电压互感器取电，这时候给主控模电的供电能力较强，主控模块可以用最高性能模式工作，将线路采集接口的信息进行更密集，更快速的上传。

取电模块在从电压互感器取电工作状况下，由电压互感器、防雷隔离滤波模块、整流稳压模块组成，取电模块在数据采集接口取电工作状况下，由峰峰值检测单元、IGBT导通管、自动阈值设定模块、整流稳压模块组成。其中峰峰值检测单元用于检测线路采集接口电压峰峰值，自动阈值设置模块根据峰峰值的大小自动设置一个阈值，大于这个阈值时候，发出驱动信号控制IGBT管导通，这样数据采集接口的电能量即可流出，进入到整理稳压装置对主控模块输出电能。依赖于峰峰值检测模块和自动阈值控制模块，使得只有在数据采集接口的电压高于主控模块能识别的逻辑电压时才进行取电操作，从而取电的时候并不会数据采集接口与主控模块的正常工作。

为了保证数据传输的高效和准确，数据采集装置在将数据发射给数据集中器前将信号经过调制好，调制所用的方法如下：1、生产一个频率的正弦波；2、根据参数输入模块的码率参数，设置正弦波的变换范围，如码率控制设置为125KHz，则正弦波的变换范围就是125KHz，如码率控制设置为250KHz，则正弦波的变换范围就是250KHz，如码率控制设置为500KHz，则正弦波的变换范围就是500KHz；3、正弦波的频率变化规律按照输入数据的不同而不同，包括但不限于一下变换方法：当数据是1时，正弦波从低频率往高频率变化，当数据是0时，正弦波从高频率往低频率变化；或者当数据是0时，正弦波从低频率往高频率变化，当数据是1时，正弦波从高频率往低频率变化；或者当数据是1时，正弦波的频率先变高在变低，当数据是0时，正弦波的频率先变低在变高；或者当数据是0时，正弦波的频率先变高在变低，当数据是1时，正弦波的频率先变低在变高；或者当数据是1时，正弦波频率在最大的设置范围内变换，当数据是0时，正弦波在最大设置范围的一半变换；或者当数据是0时，正弦波频率在最大的设置范围内变换，当数据是1时，正弦波在最大设置范围的一半变换。

本实用新型采用基于LoRa技术所独有的低能耗、传输距离元无需基站支持等特点，通过从太阳能、风能、电压互感器以及现场检查设备获取能源并自动调整工作模式以适应能耗，从而能够长期、高效保证配电网通讯的连接。