基于电流互感器的电流采集装置、电力计量方法及系统与流程

1.本发明涉及配用电网技术领域，具体地涉及一种基于电流互感器的电流采集装置、一种电力计量方法以及一种电力计量系统。


背景技术：

2.随着智能电网的建设向特高压、自动化、智能化的方向发展，对电力设备的运行状态进行有效的监测越来越受到重视，其中一个重要方面就是电力的计量。一方面电力的需求不断增大，用电计量设备需求呈爆发式增长，另一方面，电力系统迫切需求依靠信息化技术手段提供精准服务。
3.目前中低压配电网多采用电压互感器和电流互感器分别与电网相连接，从而实现电力计量。然而，互感器类传感设备多采用有线连接方式，安装调试需要大量的人力资源，时间、效率都不能得到保证，且有线传输导致线路冗杂，不利于精细化管理。
4.电压互感器和电流互感器一般采用线路供电、太阳能或电池供电，供电电源受限于线路负荷电流大小及天气状况，电源不稳定影响数据采集的时效性，影响电力计量的可靠性。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种基于电流互感器的电流采集装置及电力计量方法、系统，以至少解决上述的问题。
6.为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种基于电流互感器的电流采集装置，包括：
7.电流互感器，用于采集电力导线的电流信号；
8.无线收发模块，用于获取电流互感器采集的电流信号，对获取的电流信号进行处理得到电流值数据，以及根据接收到的无线数据请求命令发送所述电流值数据；
9.无线取电模块，用于利用电力导线负荷电流产生的磁场感应进行取电，为无线收发模块提供工作所需的电能。
10.可选的，所述无线收发模块包括：
11.电流取样回路，用于获取电流互感器采集的电流信号；
12.处理器，用于对获取的电流信号进行处理得到电流值数据；
13.无线传输单元，用于接收所述无线数据请求命令，以及以无线方式发送处理器响应所述无线数据请求命令提供的电流值数据。
14.可选的，所述无线收发模块还包括：存储器和同步器；
15.所述存储器和同步器与处理器相连接；
16.所述存储器用于存储处理器处理得到的电流值数据；
17.所述处理器还用于根据所述无线数据请求命令的目标时间生成时间同步指令，以及从存储器提取电流值数据；
18.所述同步器用于根据所述时间同步指令对处理器从存储器提取的电流值数据进行时间同步，以确保处理器响应所述无线数据请求命令提供的电流值数据与无线数据请求命令的目标时间相匹配。
19.可选的，所述无线取电模块包括两个半圆子模块；
20.沿所述半圆子模块设置有多组感应线圈，所述多组感应线圈并联连接；
21.两个所述半圆子模块的感应线圈之间通过扩展接头并联连接。
22.可选的，两个所述半圆子模块之间通过圆形固定孔和半圆形固定孔进行装配。
23.本发明的基于电流互感器的电流采集装置，通过无线收发模块对电流互感器采集的电流值数据进行无线传送，无线取电模块利用磁场感应取电，对无线收发模块供电，稳定性更好，无需对电流采集装置单独配置供电电源或供电线路，不受外界环境影响，能够保证数据采集的时效性和稳定性。
24.本发明第二方面提供一种电力计量方法，所述方法包括：
25.采用上述的基于电流互感器的电流采集装置，采集电力导线的电流值数据，以无线方式发送所述电流值数据；
26.通过汇聚模块接收所述电流值数据，以有线传输方式将接收的电流值数据传输到网关节点的智能终端；
27.通过智能终端采集网关节点的电压值数据，将接收到的电流值数据与采集的电压值数据进行功率合成，以进行电力参数的计量。
28.进一步地，所述方法还包括：
29.所述汇聚模块根据智能终端采集电压值数据所对应的时间，向电流采集装置发送对应该时间的无线数据请求命令；
30.所述电流采集装置根据无线数据请求命令的目标时间生成时间同步指令，根据时间同步指令对响应所述无线数据请求命令提供的电流值数据与无线数据请求命令的目标时间进行同步。
31.本发明第三方面提供一种电力计量系统，所述系统包括：
32.基于电流互感器的电流采集装置，该电流采集装置用于采集电力导线的电流值数据，以及以无线方式发送所述电流值数据；
33.汇聚模块，与所述电流采集装置无线连接，用于接收所述电流值数据；
34.智能终端，位于网关节点，用于采集网关节点的电压值数据；
35.所述汇聚模块与所述智能终端以有线方式连接，所述汇聚模块还用于将接收的电流值数据传输至所述智能终端，所述智能终端还用于将接收到的电流值数据与采集的电压值数据进行功率合成，以进行电力参数计量。
36.进一步地，所述汇聚模块还用于根据智能终端采集电压值数据所对应的时间，向电流采集装置发送对应该时间的无线数据请求命令；
37.所述电流采集装置还用于根据无线数据请求命令的目标时间生成时间同步指令，根据所述时间同步指令对响应无线数据请求命令提供的电流值数据与无线数据请求命令的目标时间进行同步。
38.进一步地，所述电流采集装置包括：
39.电流互感器，用于采集电力导线的电流信号；
40.无线收发模块，用于获取电流互感器采集的电流信号，对获取的电流信号进行处理得到电流值数据，以及根据接收到的无线数据请求命令发送所述电流值数据；
41.无线取电模块，用于利用电力导线负荷电流产生的磁场感应进行取电，为无线收发模块提供工作所需的电能。
42.进一步地，所述无线收发模块包括：
43.电流取样回路，用于获取电流互感器采集的电流信号；
44.处理器，用于对获取的电流信号进行处理得到电流值数据；
45.无线传输单元，用于接收汇聚模块发送的无线数据请求命令，将处理器响应所述无线数据请求命令提供的电流值数据发送到汇聚模块。
46.进一步地，所述无线收发模块还包括：存储器和同步器；
47.所述存储器和同步器与处理器相连接；
48.所述存储器用于存储处理器处理得到的电流值数据；
49.所述处理器还用于根据无线数据请求命令的目标时间生成时间同步指令；
50.所述同步器用于根据时间同步指令对处理器从存储器提取的电流值数据进行时间同步，以确保处理器响应无线数据请求命令提供的电流值数据与无线数据请求命令的目标时间相匹配。
51.本发明的电力计量方法及系统，基于电流互感器的电流采集装置，通过无线收发模块对电流互感器采集的电流值数据进行无线传送，无线取电模块利用磁场感应取电，对无线收发模块供电，稳定性更好，无需对电流采集装置单独配置供电电源或供电线路，不受外界环境影响，能够保证数据采集的时效性和稳定性。
52.本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
53.附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
54.图1是本发明一种实施方式提供的基于电流互感器的电流采集装置的框图；
55.图2是本发明一种实施例提供的无线取电模块的结构示意图；
56.图3是本发明一种实施方式提供的电力计量方法的流程图；
57.图4是本发明一种实施方式提供的电力计量系统的框图。
具体实施方式
58.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
59.图1是本发明一种实施方式提供的基于电流互感器的电流采集装置的框图。如图1所示，本实施方式提供一种基于电流互感器的电流采集装置，所述装置包括电流互感器、无线收发模块以及无线取电模块。所述电流互感器用于采集电力导线的电流信号。所述无线收发模块用于获取电流互感器采集的电流信号，对获取的电流信号进行处理得到电流值数据，以及根据接收到的无线数据请求命令发送所述电流值数据。所述无线取电模块用于利
用电力导线负荷电流产生的磁场感应进行取电，为无线收发模块提供工作所需的电能。
60.所述无线收发模块包括电流取样回路、处理器、无线传输单元、存储器及同步器。所述电流取样回路与电流互感器连接，用于获取电流互感器采集的电流信号。所述处理器与电流取样回路连接，用于对获取的电流信号进行处理得到电流值数据。所述无线传输单元与处理器连接，用于接收无线数据请求命令，将接收到的无线数据请求命令传送给处理器，以无线方式发送处理器响应所述无线数据请求命令提供的电流值数据。所述无线取电模块与处理器和无线传输单元连接，为处理器和无线传输单元提供工作所需的电能。所述无线传输单元采用双向无线收发，构建自适应低功耗射频发送算法，综合ask、fsk或polling等制式机理，保证无线数据传输的可靠性。
61.所述存储器和同步器与处理器连接，存储器用于存储处理器处理得到的电流值数据，同步器用于实现时间同步。所述处理器根据无线数据请求命令的目标时间生成时间同步指令，所述同步器根据时间同步指令对处理器从存储器提取的电流值数据进行时间同步，以确保处理器响应无线数据请求命令提供的电流值数据与无线数据请求命令的目标时间相匹配，即处理器响应无线数据请求命令的电流值数据所对应的采集(处理)时间，与无线数据请求命令的目标时间一致。
62.图2是本发明一种实施例提供的无线取电模块的结构示意图。如图2所示，本实施例提供的无线取电模块为分体式结构，包括两个半圆子模块，沿半圆子模块设置有多组感应线圈，多组感应线圈之间并联连接，两个半圆子模块的感应线圈之间通过扩展接头并联连接。参照图2，沿半圆子模块的圆周方向设置4组感应线圈，感应线圈的匝数和面积根据无线收发模块所需的电压进行设计，依据电磁感应原理，线圈匝数和面积为：
[0063][0064]
其中，n为线圈匝数，b为磁场强度，s为线圈面积。
[0065]
结合无线收发模块所需的功率要求，无线取电模块采用环绕多组线圈的布局方式，采用多组感应线圈并联和子模块之间通过扩展接头进行线圈并联的方式，实现在获取本导线能量的同时获取另外两导线的能量(交流输电采用三相三线制，有三根导线)，提高电源电流。
[0066]
本实施例中，两个半圆子模块之间通过固定孔进行装配，实现在对现有设备(电流互感器等)不断电的情况下增设无线取电模块，以方便现场安装拆卸。其中固定孔包括圆形固定孔和半圆形固定孔，四个圆形固定孔分别设置于半圆子模块的四个象限内，两个半圆形固定孔对称设置于半圆子模块的边沿。无线取电模块采用模块组合的方式，可在有限空间内实现电能的有效采集，提高供电能力，提高现场的操作便利性，简化现场布线。
[0067]
本实施方式的基于电流互感器的电流采集装置，通过无线收发模块对电流互感器采集的电流值数据进行无线传送，无线取电模块利用磁场感应取电，对无线收发模块供电，稳定性更好，无需对电流采集装置单独配置供电电源或供电线路，不受外界环境影响，能够保证数据采集的时效性和稳定性。
[0068]
图3是本发明一种实施方式提供的电力计量方法的流程图。如图3所示，本实施方式提供一种电力计量方法，所述方法包括：
[0069]
s1、采用上述的基于电流互感器的电流采集装置，采集电力导线的电流值数据，以无线方式发送所述电流值数据；
[0070]
s2、通过汇聚模块接收所述电流值数据，以有线传输方式将接收的电流值数据传输到网关节点的智能终端；
[0071]
s3、通过智能终端采集网关节点的电压值数据，将接收到的电流值数据与采集的电压值数据进行功率合成，以进行电力参数的计量。
[0072]
在可选实施例中，电流采集装置安装在电力导线上(即末端节点)，汇聚模块和智能终端位于网关节点侧，汇聚模块与智能终端以有线方式连接，汇聚模块与电流采集装置以无线方式连接。汇聚模块根据智能终端采集电压值数据所对应的时间，向电流采集装置发送对应该时间的无线数据请求命令，启动同步算法。所述电流采集装置根据无线数据请求命令的目标时间(智能终端采集电压值数据所对应的时间)生成时间同步指令，根据时间同步指令对响应无线数据请求命令的电流值数据与无线数据请求命令的目标时间进行同步。汇聚模块根据同步算法实现电流采集装置采集电流值数据与智能终端采集电压值数据的精准同步。
[0073]
本实施方式的电力计量方法，基于末端节点侧电流采集装置和网关侧智能终端，通过汇聚模块实现电流采集装置与智能终端之间的计量数据交互和数据同步，确保数据的实时性，提升电力计量的可靠性。
[0074]
图4是本发明一种实施方式提供的电力计量系统的框图。如图4所示，本实施方式提供一种电力计量系统，所述系统包括：基于电流互感器的电流采集装置、汇聚模块和智能终端。所述电流采集装置安装在电力导线上，用于采集电力导线的电流值数据，以无线方式发送所述电流值数据。汇聚模块与电流采集装置无线连接，用于接收电流采集装置采集的电流值数据。汇聚模块和智能终端位于网关节点侧，智能终端用于采集网关节点的电压值数据。汇聚模块与智能终端以有线方式连接，汇聚模块将无线接收的电流值数据以有线方式传输至智能终端，智能终端(计量单元)将接收到的电流值数据与采集的电压值数据进行功率合成，进行电力参数计量。
[0075]
在一实施例中，汇聚模块根据智能终端(电压采集单元)采集电压值数据所对应的时间，向电流采集装置发送对应该时间的无线数据请求命令，启动同步算法，电流采集装置根据无线数据请求命令的目标时间(智能终端采集电压值数据所对应的时间)生成时间同步指令，根据时间同步指令对响应无线数据请求命令的电流值数据与无线数据请求命令的目标时间进行同步，汇聚模块根据同步算法实现电流采集装置采集电流值数据与智能终端采集电压值数据的精准同步。
[0076]
汇聚模块采用同步算法针对接收到的各支路数据，计算所有环节的延时，并进行时间修正，对每个点修正时间误差，保证数据的同步准确性。所述同步算法设定：智能终端发送给电流采集装置的第一下行消息的时间为t1，电流采集装置接收起始时间为t2，电流采集装置发送给智能终端的第一上行消息的时间为t3，以及智能终端接收电流采集装置发送的时间单元的时刻为t4。
[0077]
基于上述设定，t2与t1的关系式为：
[0078]
t2＝t1+t0+t
dl
[0079]
其中t
dl
为第一下行消息的时延，t0为电流采集装置与智能终端的时间偏差。
[0080]
t4与t3的关系式为：
[0081]
t4＝t
3-t0+t
ul
[0082]
其中t
ul
为第一上行消息的时延。
[0083]
理论上第一上行消息的时延与第一下行消息的时延相等，即：
[0084]
t
ul
＝t
dl
[0085]
根根据上述四个时间(第一下行消息的时间t1、电流采集装置接收起始时间t2、第一上行消息的时间t3、智能终端接收电流采集装置发送的时间单元的时刻t4)，计算电流采集装置与智能终端之间的时间偏差：
[0086]
t0＝(t
2-t
1-t4+t3)/2
[0087]
汇聚模块根据某时段内电流采集装置与智能终端之间的时间偏差，完成智能终端与电流采集装置之间的一次时间同步。
[0088]
参照图1，所述电流采集装置包括电流互感器、无线收发模块以及无线取电模块。所述电流互感器用于采集电力导线的电流信号。所述无线收发模块用于获取电流互感器采集的电流信号，对获取的电流信号进行处理得到电流值数据，以及根据接收到的无线数据请求命令发送所述电流值数据。所述无线取电模块用于利用电力导线负荷电流产生的磁场感应进行取电，为无线收发模块提供工作所需的电能。
[0089]
所述无线收发模块包括电流取样回路、处理器、无线传输单元、存储器及同步器。所述电流取样回路与电流互感器连接，用于获取电流互感器采集的电流信号。所述处理器与电流取样回路连接，用于对获取的电流信号进行处理得到电流值数据。所述无线传输单元与处理器连接，用于接收汇聚模块发送的无线数据请求命令，将无线数据请求命令传送给处理器，将处理器响应无线控制命令提供的电流值数据发送到汇聚模块。所述无线取电模块与处理器和无线传输单元连接，为处理器和无线传输单元提供工作所需的电能。无线传输单元与汇聚模块之间采用双向无线收发模式，采用ask、fsk或polling相结合的射频发送机制，保证无线数据传输的可靠性。
[0090]
所述存储器和同步器与处理器连接，存储器用于存储处理器处理得到的电流值数据，同步器用于实现时间同步。所述处理器根据无线数据请求命令的目标时间生成时间同步指令，所述无线数据请求命令的目标时间为智能终端采集电压值数据所对应的时间。所述同步器根据时间同步指令对处理器从存储器提取的电流值数据进行时间同步，以确保处理器响应无线数据请求命令提供的电流值数据与无线数据请求命令的目标时间相匹配。
[0091]
本实施方式的电力计量系统，基于电流互感器的电流采集装置，通过无线收发模块对电流互感器采集的电流值数据进行无线传送，无线取电模块利用磁场感应取电，对无线收发模块供电，稳定性更好，无需对电流采集装置单独配置供电电源或供电线路，不受外界环境影响，能够保证数据采集的时效性和稳定性。
[0092]
本发明的电力计量系统，基于末端节点侧电流采集装置和网关侧智能终端，增加汇聚模块实现电流采集装置与智能终端之间的计量数据以无线方式进行交互和数据同步，确保数据的实时性，提升电力计量的可靠性。
[0093]
本发明实施方式还提供一种机器可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被执行时实现上述的电力计量方法。
[0094]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统或计算机程序
产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0095]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、系统和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0096]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0097]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0098]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。