本发明实施例涉及配电技术领域，尤其涉及一种数字配电终端及其控制方法。
背景技术：
配电系统是将电力系统中从降压配电变电站(高压配电变电站)出口到用户端的这一段系统。配电系统是由多种配电设备(或元件)和配电设施所组成的变换电压和直接向用户端分配电能的一个电力网络系统。
在传统的配电系统中，配电柜上通过配备大量的仪表，如电流表、电压表、电能表等等，对电流、电压、电能等数据进行指示。当电流、电压、电能等数据出现异常，容易对配电柜造成损害甚至安全事故时，配电柜无法对自身进行保护和控制。
技术实现要素：
本发明实施例提供了一种数字配电终端及其控制方法，以解决现有的配电柜无法对自身进行保护和控制的问题。
根据本发明实施例的一方面，提供了一种数字配电终端，所述数字配电终端与断路器连接，所述数字配电终端包括：主控电路和输入输出控制电路；其中，所述输入输出控制电路分别与所述主控电路和断路器连接；所述主控电路包括：
运算模块，用于对所述数字配电终端的采样数据进行运算处理，输出各项运行参数；
保护模块，用于根据所述各项运行参数判断是否需要启动保护操作；
执行模块，用于若需要启动保护操作，则通过所述输入输出控制电路发送控制信号至所述断路器，使所述断路器执行与所述控制信号对应的操作。
根据本发明实施例的一方面，还提供了一种数字配电终端的控制方法，所述数字配电终端与断路器连接，所述数字配电终端包括：主控电路和输入输出控制电路；其中，所述输入输出控制电路分别与所述主控电路和断路器连接；所述主控电路包括：微处理器；
采用所述微处理器对所述数字配电终端的采样数据进行运算处理，输出各项运行参数；
根据所述各项运行参数判断是否需要启动保护操作；
若需要启动保护操作，则通过所述输入输出控制电路发送控制信号至所述断路器，使所述断路器执行与所述控制信号对应的操作。
根据本发明实施例提供的一种数字配电终端及其控制方法，该数字配电终端与断路器连接，该数字配电终端包括：主控电路，用于判断是否需要对配电系统进行保护；输入输出控制电路，用于连接主控电路和断路器，并传输主控电路的控制信号至断路器；断路器由主控电路控制，用于保护配电线路和用电设备。在一种可行的实施方式中，主控电路包括：运算模块，用于对数字配电终端的采样数据进行运算处理，输出各项运行参数；保护模块，用于根据各项运行参数判断是否需要启动保护操作；执行模块，用于若需要启动保护操作，则通过输入输出控制电路发送控制信号至断路器，使断路器执行与控制信号对应的操作。本发明实施例数字配电终端增加了保护和控制功能，通过主控电路控制断路器对配电系统进行保护，提高了配电系统的安全性和可靠性。
附图说明
图1是根据本发明实施例一的一种数字配电终端的结构框图；
图2是根据本发明实施例二的一种数字配电终端的结构框图；
图3是根据本发明实施例三的一种数字配电终端的控制方法的步骤流程图；
图4是根据本发明实施例四的一种数字配电终端的控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面结合附图(若干附图中相同的标号表示相同的元素)和实施例，对本发明实施例的具体实施方式作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本领域技术人员可以理解，本发明实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等，既不代表任何特定技术含义，也不表示它们之间的必然逻辑顺序。
实施例一
参照图1，示出了根据本发明实施例一的一种数字配电终端的结构框图。
本实施例中的数字配电终端与断路器104连接，数字配电终端包括：主控电路100和输入输出控制电路102。其中，输入输出控制电路102分别与主控电路100和断路器104连接。主控电路100包括：运算模块1000，用于对数字配电终端的采样数据进行运算处理，输出各项运行参数。保护模块1002，用于根据各项运行参数判断是否需要启动保护操作。执行模块1004，用于若需要启动保护操作，则通过输入输出控制电路102发送控制信号至断路器104，使断路器执行与控制信号对应的操作。
本实施例中，主控电路100通过其内部的微处理器(Microcontroller Unit，MCU)(可以为高级精简指令集计算机(Advanced RISC Machines，ARM)单片机、数字信号处理器(Digital Signal Processing，DSP)、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)，优选ARM单片机)进行运算处理并输出各项运行参数，以及保护功能的分析判断，并执行控制功能，发送控制信号给输入输出控制电路102，以控制配电线路中的断路器104动作，实现保护和控制功能。
本实施例中，主控电路100还包括通讯/电源隔离电路和通讯接口模块，MCU通过通讯/电源隔离电路与通讯接口模块连接(通讯接口可以为RS485接口、控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)接口)。主控电路100还包括存储模块(如电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)和串行外围设备接口(Serial Peripheral Interface Flash，SPI Flash)等、实时时钟(Real Time Clock，RTC)模块、备份电池。主控电路100还连接有显示模块，用于显示数字配电终端实时监测的各项运行参数。
输入输出控制电路102由数字隔离电路和干接点输入/输出电路组成。其中，干接点输入电路用于将断路器的状态数据输入给主控电路100，由主控电路100判断断路器的分合闸状态；干接点输出电路用于传输主控电路100输出的控制信号，以控制配电线路中的断路器104动作，例如，可以通过控制电动操作机构来实现断路器104的分合闸。
根据本实施例提供的一种数字配电终端，该数字配电终端与断路器连接，该数字配电终端包括：主控电路，用于判断是否需要对配电系统进行保护；输入输出控制电路，用于连接主控电路和断路器，并传输主控电路的控制信号至断路器；断路器由主控电路控制，用于保护配电线路和用电设备。在一种可行的实施方式中，主控电路包括：运算模块，用于对数字配电终端的采样数据进行运算处理，输出各项运行参数；保护模块，用于根据各项运行参数判断是否需要启动保护操作；执行模块，用于若需要启动保护操作，则通过输入输出控制电路发送控制信号至断路器，使断路器执行与控制信号对应的操作。本实施例数字配电终端增加了保护和控制功能，通过主控电路控制断路器对配电系统进行保护，提高了配电系统的安全性和可靠性。
实施例二
参照图2，示出了根据本发明实施例二的一种数字配电终端的结构框图。
本实施例在于强调与上述实施例的不同之处，相同之处可以参照上述实施例中的介绍和说明，在此不再赘述。
本实施例中的数字配电终端包括：电压电流采集电路106、温度采集电路108和模数(Analog Digital，AD)采样模块110。上述采样数据可以通过电压电流采集电路106和温度采集电路108采集得到。其中，电压电流采集电路106包括电压互感器1060、电流互感器1061、剩余电流互感器1062、滤波电路1063、电表芯片1064、放大电路1065和端口保护模块1066。电压电流采集电路106用于采集配电线路的电压信号、电流信号和剩余电流信号，包括计量采集和保护采集。计量采集是将电压信号和电流信号经过滤波电路1063连接到电表芯片1064，电表芯片1064与主控电路100的MCU连接，可以进行电能计费、电压电流实时检测、电能质量分析、电能脉冲输出、用户用电统计等。保护采集是将电压信号、电流信号和剩余电流信号通过放大电路1065和端口保护模块1066后，经过AD采样模块110传递至主控电路100，通过主控电路100的MCU进行运算、分析和判断，通过控制断路器104来保护配电线路和用电设备。上述电流信号和剩余电流信号分别通过电流互感器1061和剩余电流互感器1062检测，电压信号通过电压互感器1060检测。温度采集电路108中的温度传感器1080采集温度信号后，通过温度采集电路108的数字隔离电路1081传递至主控电路100的MCU，可用于采集线缆、铜排、接插件等的温度，主控电路100的MCU通过对温度信号进行判断，可以对电气火灾进行报警，然后通过控制断路器104保护配电线路。
可选地，保护模块1002包括：采样瞬断处理线程和保护处理线程；其中，采样瞬断处理线程，用于根据各项运行参数计算得到的第一数据，判断是否需要启动瞬时保护操作；执行模块1004，用于若需要启动瞬时保护操作，则调用瞬断处理保护程序，以执行瞬时保护操作；若不需要启动瞬时保护操作，则计算第一数据的有效值，将有效值发送至保护处理线程。上述第一数据可以为电流值、电压值、剩余电流值等。
采样瞬断处理线程由AD采样模块110中断触发，为最高优先级线程，是所有保护处理的时基触发线程，每T2(0.3125ms)运行一次，实时采样和计算数据(电流值、电压值、剩余电流值等)，并保存到临时缓冲区中，同时进行瞬时保护功能的分析判断和执行，如果已执行瞬时保护功能，则调用瞬断处理保护程序；否则，如果连续运行预设次数，如64次后，即一个周波，则计算数据的有效值，并通知保护处理线程，进行除瞬断保护外的其他保护的判断处理。
一个周波的时间为T1，T1为交流电频率的倒数，一个周波的运行次数为64次，如频率为50HZ时，T1为20ms。
保护处理线程，用于根据有效值计算得到第二数据，并根据第二数据判断是否需要启动除瞬时保护操作之外的其他保护操作；执行模块1004，用于若需要启动除瞬时保护操作之外的其他保护操作，则触发断路器104脱扣。上述第二数据可以为实际平均电压值、实际平均电流值、电流不平衡率等。
保护处理线程每周波T1(20ms)运行1次，根据采样瞬断处理线程计算的有效值计算其他保护功能的相关数据(可以为实际平均电压值、实际平均电流值、电流不平衡率等)，并通过分析判断后，执行相应保护动作，触发断路器脱扣，进行判断处理和执行除了瞬断保护外的其他保护功能(可以为长延时保护、热记忆过载保护、欠压保护和电流不平衡保护等)。
保护模块1002判断是否执行欠压保护的步骤如下：
一、欠压保护：当三相配电线路中电压最大值Vmax小于欠压保护整定值VL，且累计时间大于欠压保护动作延时时间TL，则触发欠压保护，进行报警或触发断路器脱扣跳闸，进而对配电线路及用电设备进行保护的一种高级保护方式。
实现欠压保护的步骤为：
1.采样瞬断处理线程，实时采样配电线路的三相电压信号，同时转换为数字信号Vadc，然后取绝对值︱Vadc︱，并对一个周波的各︱Vadc︱求和，然后取平均值，得出一个周波的平均电压值Va。
一个周波的时间为T1，T1为交流电频率的倒数，如频率为50HZ时，T1为20ms；
实时采样三相电压信号的时间间隔为T2，T2＝T1/64，如T1为20ms时，T2为0.3125ms；
2.保护处理线程，实时将每个周波的平均电压值Va转换为实际平均电压值Voa＝Va*k。
其中：k：电压转换系数；
电压转换系数根据实际电路的电压测量范围和模数转换位数而设定，比如电压测量范围为0～100V，模数转换位数为12位时，k为0.04883。
确定电压最大值Vmax：当配电线路为三相时，Vmax为三相中最大的实际平均电压值Voa；当配电线路为单相时，Vmax为实际平均电压值Voa。
3、数据分析判断及处理；
首先，在数字配电终端设定以下参数，并且以下参数为根据实际配电线路电压值而设置，进而起到保护配电线路或用电设备的目的。
欠压保护整定值VL：当电压最大值Vmax低于VL一定时间TL，会触发欠压保护；
欠压保护动作延时时间TL：当欠压时间超过TL，会触发欠压保护；
欠压保护返回值VH：如果配电线路已经处于欠压状态，则当电压最大值Vmax高于VH一定时间TH时，欠压保护恢复，电压正常，其中VH＞VL；
欠压保护返回延时时间TH：如果配电线路已经处于欠压状态，则当电压最大值Vmax高于VH并且持续时间大于TH时，欠压保护恢复，电压正常；
欠压保护计算方法为：保护处理线程，每一周波T1(20ms)判断一次电压最大值Vmax，如果Vmax小于欠压保护整定值VL，则开始进行欠压时间累计，否则欠压累计时间清零；如果欠压累计时间大于欠压保护动作延时时间TL，则触发欠压保护，采样瞬断处理线程发出信号给分励脱扣器或/和电动操作机构，进而触发断路器脱扣跳闸，切断配电线路，实现欠压保护，保护配电线路和用电设备的安全。
当数字配电终端已经处于欠压保护中，则当电压最大值Vmax大于欠压保护返回值VH，则开始进行恢复时间累计，否则恢复累计时间清零；如果恢复累计时间大于欠压保护返回延时时间TH，则配电线路和用电设备从欠压状态恢复，欠压保护状态解除。
保护模块1002判断是否执行电流不平衡保护的步骤如下：
二、电流不平衡保护：三相配电系统中，当分相电流最大不平衡度UBmax大于电流不平衡率保护整定值UBH，并且持续时间超过电流不平衡保护动作延时时间TH，则触发电流不平衡保护，进行报警或触发断路器脱扣，进而对配电线路及用电设备进行保护的一种高级保护方式。
1.采样瞬断处理线程，实时采样电流互感器测量配电线路的三相电流信号，同时转换为三相的数字信号IadcA、IadcB、IadcC，然后对各分相数字信号取绝对值︱IadcA︱、︱IadcB︱、︱IadcC︱，并对一个周波的各分相绝对值求和，然后取平均值，得出一个周波的各分相采样平均电流值IADCA、IADCB、IADCC。
一个周波的时间为T1，T1为交流电频率的倒数，如频率为50HZ时，T1为20ms；
实时采集三相电流信号的时间间隔为T2，T2＝T1/64，如T1为20ms时，T2为0.3125ms；
2.保护处理线程，实时将每个周波的各分相采样平均电流值IADCA、IADCB、IADCC转换为各分相实际平均电流值Ia、Ib、Ic：
Ia＝IADCA*k；
Ib＝IADCB*k；
Ic＝IADCC*k；
其中：k：电流转换系数；
电流转换系数根据实际电路的电流电压测量范围和模数转换位数而设定，比如电流测量范围为0～100A，模数转换位数为12位时，k为0.04883；
对三分相实际平均电流值Ia、Ib、Ic取平均值，得到三相平均电流值Iavg：
Iavg＝(Ia+Ib+Ic)/3
计算各分相电流的不平衡率UBa、UBb、UBc：
如A相的不平衡率：
并取三分相电流的不平衡率UBa、UBb、UBc的最大值，作为电流不平衡率值UBmax，作为后续进行电流不平衡判断的值；
3、数据分析判断及处理；
首先，在数字配电终端设定以下参数，并且以下参数为根据实际配电线路负载情况而设置，进而起到保护配电线路或设备的目的。
电流不平衡率保护整定值UBH：当电流不平衡率值UBmax高于UBH，则表示配电线路出现电流不平衡状态；
电流不平衡保护动作延时时间TH：当电流不平衡状态持续时间超过TH，会触发电流不平衡保护，进入电流不平衡保护状态；
电流不平衡率保护返回值UBL：当电流不平衡率值UBmax小于UBL，则表示配电线路处于电流平衡状态，UBL＜UBH；
电流不平衡保护返回延时时间TL：如果配电线路已经处于电流不平衡保护状态，则当电流不平衡率值UBmax处于平衡状态持续时间大于TL时，电流不平衡保护恢复；
电流不平衡保护计算方法：保护处理线程，每一周波T1(20ms)计算一次电流不平衡率值UBmax，如果UBmax大于电流不平衡率保护整定值UBH，则开始进行电流不平衡状态时间累计，否则电流不平衡状态累计时间清零；如果电流不平衡状态累计时间大于电流不平衡保护动作延时时间TH，则触发电流不平衡保护，采样瞬断处理线程发出信号给分励脱扣器或/和电动操作机构，进而触发断路器脱扣跳闸，切断配电线路，实现电流不平衡保护，保护配电线路和用电设备的安全。
当数字配电终端已经处于电流不平衡保护中，当电流不平衡率值UBmax小于电流不平衡率保护返回值UBL，则开始进行恢复时间累计，否则恢复累计时间清零；如果恢复累计时间大于电流不平衡保护返回延时时间TL，则配电线路和用电设备从电流不平衡保护状态恢复，电流不平衡保护状态解除。
可选地，本实施例中的数字配电终端还包括：电源电路112，用于将交流电转换为直流电，为数字配电终端的各电路供电。
可选地，MCU通过通讯/电源隔离电路114与通讯接口模块1161连接。输入输出控制电路102由数字隔离电路1020和干接点输入/输出电路1021组成，数字隔离电路1020与MCU连接。
根据本实施例提供的一种数字配电终端，该数字配电终端与断路器连接，该数字配电终端包括：主控电路，用于判断是否需要对配电系统进行保护；输入输出控制电路，用于连接主控电路和断路器，并传输主控电路的控制信号至断路器；断路器，由主控电路控制用于保护配电线路和用电设备。在一种可行的实施方式中，主控电路包括：运算模块，用于对数字配电终端的采样数据进行运算处理，输出各项运行参数；保护模块，用于根据各项运行参数判断是否需要启动保护操作；执行模块，用于若需要启动保护操作，则通过输入输出控制电路发送控制信号至断路器，使断路器执行与控制信号对应的操作。本实施例数字配电终端增加了保护和控制功能，通过主控电路控制断路器对配电系统进行保护，提高了配电系统的安全性和可靠性。
本实施例提供的数字配电终端应用于配电系统中，可以显示所监测配电系统的各项运行参数，可以使配电柜/配电箱等不需要安装大量仪表，节约了物料和成本。
本实施例提供的数字配电终端还实现了对配电系统各项运行参数的监测和管理，实现参数分析、故障分析、数据存储和信息显示功能，丰富了配电系统的功能。
实施例三
参照图3，示出了根据本发明实施例三的一种数字配电终端的控制方法的步骤流程图。
本实施例中的数字配电终端的控制方法可以由任意适当的终端设备实现，本发明实施例对此不作限制，本实施例仅以数字配电终端为例进行说明。本实施例中，数字配电终端与断路器连接，数字配电终端包括：主控电路和输入输出控制电路。输入输出控制电路分别与主控电路和断路器连接；主控电路包括：微处理器。
本实施例的数字配电终端的控制方法包括如下步骤：
步骤S300、采用微处理器对数字配电终端的采样数据进行运算处理，输出各项运行参数。
步骤S302、根据各项运行参数判断是否需要启动保护操作，若需要启动保护操作，则执行步骤S304；若不需要启动保护操作，则结束本次流程。
步骤S304、通过输入输出控制电路发送控制信号至断路器，使断路器执行与控制信号对应的操作。
根据本实施例提供的一种数字配电终端的控制方法，该数字配电终端与断路器连接，该数字配电终端包括：主控电路，用于判断是否需要对配电系统进行保护；输入输出控制电路，用于连接主控电路和断路器，并传输主控电路的控制信号至断路器；断路器由主控电路控制用于保护配电线路和用电设备。在一种可行的实施方式中，对数字配电终端的采样数据进行运算处理，输出各项运行参数；根据各项运行参数判断是否需要启动保护操作；若需要启动保护操作，则通过输入输出控制电路发送控制信号至断路器，使断路器执行与控制信号对应的操作。本实施例数字配电终端增加了保护和控制功能，通过控制断路器对配电系统进行保护，提高了配电系统的安全性和可靠性。
实施例四
参照图4，示出了根据本发明实施例四的一种数字配电终端的控制方法的步骤流程图。
本实施例仍以数字配电终端为例进行说明。本实施例中，数字配电终端与断路器连接，该数字配电终端包括：主控电路和输入输出控制电路。输入输出控制电路分别与主控电路和断路器连接；主控电路包括：微处理器。
本实施例的数字配电终端的控制方法包括如下步骤：
步骤S400、采用微处理器对数字配电终端的采样数据进行运算处理，输出各项运行参数。
可选地，各项运行参数包括：电压、电流、频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功电能示值、无功电能示值、累计有功电能量、累计无功电能量、电压电流谐波数据、电流不平衡度、电压不平衡度、有功最大需量及发生时间、无功最大需量及发生时间、断相数据、开关量、剩余电流、温度。
步骤S402、根据各项运行参数判断是否需要启动保护操作，若需要启动保护操作，则执行步骤S404；若不需要启动保护操作，则结束本次流程。
可选地，微处理器包括：采样瞬断处理线程和保护处理线程。
本步骤S402可以包括如下步骤：
步骤S4020、采用采样瞬断处理线程根据对各项运行参数进行计算得到的第一数据，判断是否需要启动瞬时保护操作；若需要启动瞬时保护操作，则调用瞬断处理保护程序，以执行瞬时保护操作；若不需要启动瞬时保护操作，则计算第一数据的有效值，将有效值发送至保护处理线程。
步骤S4022、采用保护处理线程对有效值进行计算得到第二数据，并根据第二数据判断是否需要启动除瞬时保护操作之外的其他保护操作；若需要启动除瞬时保护操作之外的其他保护操作，则触发断路器脱扣跳闸。
可选地，在上述步骤S4020计算第一数据的有效值之前，还可以判断采样瞬断处理线程的运行次数是否达到预设次数，预设次数可以为64，本发明实施例对预设次数的具体数值不做限制。
可选地，其他保护操作包括以下至少之一：长延时保护操作、热记忆过载保护操作、欠压保护操作、电流不平衡保护操作。
步骤S404、通过输入输出控制电路发送控制信号至断路器，使断路器执行与控制信号对应的操作。
本实施例的数字配电终端的控制方法可以采前述多个实施例中相应的数字配电终端作为执行主体，即由前述多个实施例中的数字配电终端执行本实施例的控制方法，并具有相应的数字配电终端的实施例的有益效果，在此不再赘述。
需要指出，根据实施的需要，可将本发明实施例中描述的各个部件/步骤拆分为更多部件/步骤，也可将两个或多个部件/步骤或者部件/步骤的部分操作组合成新的部件/步骤，以实现本发明实施例的目的。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。
以上实施方式仅用于说明本发明实施例，而并非对本发明实施例的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明实施例的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明实施例的范畴，本发明实施例的专利保护范围应由权利要求限定。