配电网中低压侧数据采集传输装置的制作方法

本实用新型涉及配电网信息采集技术领域，尤其涉及配电网中低压侧数据采集传输装置。

背景技术：

目前我国的配电网在运行上却存在着诸多问题需要尽快解决，主要表现在以下几个方面：可靠性低、网损高、远方监测与控制困难、故障定位困难、抄表计费困难、电网电能质量低。由于缺少对配电网的有效监测措施，农村配电网中偷盗电力设施的行为、用户盗窃电行为等都得不到有效制止。同时，城区和农网供电主干网络延伸负荷中心，分支线路和主要用户快速增长。一旦分支线路或0.4kV线路发生单相接地或短路跳闸事故，不能够及时反应至电力调度控制中心，尽快进行故障和事故处理。发生单相接地时，需要人工拉闸进行接地故障点的逐一停电查找，严重影响供电的可靠性；特别是在0.4kV线路供电系统中发生短路、缺相或接地故障时，不能够直接反映到调度控制中心，维护人员不能及时了解或接收到故障时的准确信息，极大地制约了对事故处理的快速抢修反应能力。

这几年来，随着配电自动化在电力系统的广泛应用，一系列新技术开始实施运用，也给配电的故障处理问题带来了新的契机。专利号为201420208637.5 的专利涉及电力技术领域，特别是智能终端配电管理系统，包括处理器、电源单元和多路串行口，所述电源单元和多路串行口均与所述处理器连接，还包括有用来采集开关、插座电流电压信号的传感单元，所述传感单元通过采集执行单元与处理器连接；所述处理器还连接有内部时钟单元和E2PROM数据存储单元。采用上述结构后，可以精确的检测电源电压、电流、功率等电气参数，对出现电流超限运行回路做出精确判断，并发出即时指令关闭该回路电源，提高了安全性。

在这样一种背景下针对配网点多面广、运行环境复杂的特点，急需研究一套“配电网中低压侧数据采集传输装置”，能够为工作人员准确快速的找到故障发生点提供数据，对减少故障查找时间、缩短因故障停电时间、提高配电网可靠性、提高工作效率都有十分重要的意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供配电网中低压侧数据采集传输装置，通过对中低压侧线路的运行数据来监测运行状况，通过监测运行数据的变化并记录传输数据，为反应线路的故障类型、类别提供依据，可以起到综合性的保护监测功能。

为实现本实用新型的目的所采用的技术方案是：配电网中低压侧数据采集传输装置，包括安装于中低压侧线路上的前端采集模块以及与所述前端采集模块通过通信传输模块连接的预处理模块，所述前端采集模块上设置采集网络和音视频感知单元；所述音视频感知单元包括可控光源、专用高清摄像头和图像识别模块；所述预处理模块包括ARM处理器及其附属组件，所述附属组件包括时钟电路、存储器和人机交互界面。

进一步地，所述采集网络包括传感器模块、数据集中模块和降噪滤波模块，所述数据集中模块包括数据集中器，所述降噪滤波模块包括电子式整形滤波电路。

进一步地，所述人机交互界面包括LED阵列和控制键盘。

进一步地，所述传感器模块为多种传感器组成，包括电压传感器、电流传感器、功率传感器和谐波传感器，各传感器之间进行相互协作，实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通信传输模块直接与数据集中模块相连，通过数据集中模块实现降噪滤波模块与传感器之间的通信。

进一步地，所述通信传输模块包括远程传输模块和本地数据传输模块，所述本地数据传输模块包括JTAG接口和系统总线，所述远程传输模块包括LTE 通信组件和光纤通信单元。

进一步地，所述LTE通信组件包括TD-LTE通信芯片和LTE230通信芯片。

进一步地，所述系统总线设置数据加密装置。

本方案的配电网中低压侧数据采集传输装置有益效果主要体现在以下几个方面：

1、本实用新型可以通过前端采集模块对中低压侧，如分支线路和0.4kV线路的运行数据来监测运行状况，为反应线路的故障类型、类别提供依据，能够极大的减轻工作人员的劳动强度，缩短停电时间，减少用电损失，提高供电可靠性，提高作业自动化、信息化水平。

2、本实用新型的通信传输模块可以根据实际采集环境和需求，自主实现上行及下行通信选择，即能够根据所处的电压等级以及配电场景实现不同的测量功能以及上下通信信道的选择，具有很强的自适应功能。

3、本实用新型通过引入与配电网连接的预处理模块，一方面作为本装置进行数据采集和管理的核心，另一方面还提供各通信部分的接口以及操作接口，从而可以有效实现多代理信息处理功能和协议转换功能。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理图。

具体实施方式

如图1所示，配电网中低压侧数据采集传输装置，包括安装于中低压侧线路上的前端采集模块以及与前端采集模块通过通信传输模块4连接的预处理模块3，前端采集模块上设置采集网络1和音视频感知单元2；音视频感知单元2 包括可控光源8、专用高清摄像头9和图像识别模块10；预处理模块3包括 ARM处理器11及其附属组件，附属组件包括时钟电路12、存储器13和人机交互界面14，人机交互界面包括LED阵列和控制键盘。

采集网络1包括传感器模块5、数据集中模块6和降噪滤波模块7，数据集中模块包括数据集中器，降噪滤波模块包括电子式整形滤波电路。

传感器模块为多种传感器组成，包括电压传感器、电流传感器、功率传感器和谐波传感器，各传感器之间进行相互协作，实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通信传输模块直接与数据集中模块相连，通过数据集中模块实现降噪滤波模块与传感器之间的通信。

通信传输模块包括远程传输模块15和本地数据传输模块16，本地数据传输模块包括JTAG接口和系统总线，远程传输模块包括LTE通信组件和光纤通信单元。

LTE通信组件包括TD-LTE通信芯片和LTE230通信芯片。

本实用新型各组件所分解的功能主要体现为三个部分，第一部分为全面采集功能，包括各种传感器和可视化界面等，它们可以通过嵌入式集成为采集模块，用于采集多应用场景的采集信息。各本装置之间通过协议栈实现通信网络的自组织，满足本装置线路间的通信需求；第二部分为通信功能，分别为远程传输模块和本地数据传输模块，各通信传输模块可依据应用场景采集信息的通信要求自动切换通信信道，从而满足各应用场景的采集信息传输需求；第三部分为处理器功能，该部分电路是本装置进行数据采集和管理的核心，同时提供各种传输接口以及操作接口。

在实际应用中，本实用新型的前端采集模块主要依靠采集网络，采集网络由传感器模块、数据集中模块、降噪滤波模块等部分构成。传感器模块集成在各本装置线路内，实时感知、采集和处理中低压侧线路中的信息，并通过“多跳”网络把数据传送到数据集中模块，数据集中模块也可以用同样的方式将信息发送给各节点。数据集中模块直接实现降噪滤波模块与传感器之间的通信。在节点损坏失效等问题出现的情况下，系统能够自动调整，从而确保整个系统的通信正常。

本装置集成了多种传感器，包括：电压、电流、功率和谐波传感器等，各传感器之间相互协作构成了采集网络，实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到配电网的信息处理中心。通信传输模块直接与数据集中模块相连，通过数据集中模块实现降噪滤波模块与传感器之间的通信，这样就通过采集的线路电压值、电流值和功率值等，为研究线路故障预警和故障排查技术提供数据，为安全用电提供技术指导，从而提高整个线路安全用电水平。

对于可视化操作，主要依靠的是音视频感知单元，音视频感知单元包括可控光源、专用高清摄像头和图像识别模块，主要可以实现在一定时间内对线路区域所有可视信息进行监测与记录，在实际运用时，音视频感知单元还可以直接由计算机网络实现可视化数据调取，即WEB视窗化，WEB视窗可以显示当前线路的运行状态、电压数据、功率数据和电流数据等，监测软件不用固定在某一台主机，任何以太网联网的主机运行该软件均能获取到每个监测点的监测数据，即配电网以太网线路上的任一计算机均可通过输入前端采集模块的IP 地址远程访问WEB页面。

本实用新型的通信传输模块通过与采集网络的结合，就可以通过对多个零星分布的传感器的级联，形成基于传感器的通信网络，由于通信传输模块包括远程传输模块和本地数据传输模块，所以，基于传感器的通信也分为近距离通信和广域网络通信。在近距离通信方面，以IEEE802.15.4为代表的近距离通信技术是目前的主流技术，802.15.4规范是IEEE制定的用于低速近距离通信的物理层和媒体介入控制层规范，工作在ISM频段，免许可证的2.4GHz ISM频段全世界都可通用。在广域网路通信方面，IP互联网、2G/3G移动通信、卫星通信技术等实现了信息的远程传输，特别是以IPv6为核心的下一代互联网的发展，将为每个传感器分配IP地址创造可能，也为传感网的发展创造了良好的基础网条件。传感网络相关通信技术，常见的有蓝牙、IrDA、Wi-Fi、ZigBee、RFID、 UWB、NFC、WirelessHart等。

在实际应用时，通信传输模块的系统总线设置数据加密装置，一方面，在安全接入和安全传输方面，采用移动本装置和无线接入网建立加密网关，从而本装置和配电网主站都能安全、可靠的收发数据，另一方面，在本地数据链路层上，通过使用线路地址、认证私钥、加密私钥和随机码等多个参数保证通信安全，为调试、维护以及操作提供方便、安全等有利保证。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，本领域的一般技术人员将认识到，使用本实用新型的方案还可以实现许多可选的实施例。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。