一种配变台区感知终端装置及方法与流程

本发明涉及一种配变台区感知终端装置及方法，属于智能电网、智能用电技术领域。

背景技术：

随着坚强智能电网的建设，我国电网的可靠性不断提高，电网公司自身对供电服务的考核要求也逐年提高。我国居民用电增速极快，居民用户台区又呈现出用户数量大、个体用电行为复杂、故障定位难度大、电网状态监测水平低等问题。

目前，居民台区故障主动感知水平低，故障排除时间长，居民台区停电故障处理的技术水平还处于被动抢修阶段，同时还存在定位不准、事故责任认定水平低等问题。

被动抢修造成复电慢、报修电话工作量大。智能电表在客户失电时仅对停电事件做记录，复电后再统一上报停电和复电事件，所以公司无法在第一时间开展抢修工作，只能被动等待用户拨打95598报修电话之后再开展抢修，造成故障处理时间大幅延长，而且同一台区的大量停电用户都会拨打抢修电话，引起了不必要的报修电话处理工作量。

故障自动化定位水平低。低压居民供电台区的拓扑非常复杂，涉及10kv进线、变压器、配电箱、分支箱、供电电缆、表箱和用户内部电路，仅仅从用户的报修电话难以有效定位故障点，依靠人工的故障定位和排除难度很大，目前故障排查平均耗时高达3小时。

故障原因分析和责任界定难度大。据统计，用户内部引发的故障报修排报修总数的第1位（占５7%），故障包括电能表出线断路器（漏电开关）烧坏、表后线路短路或断路、家用电器漏电或短路等，以上故障的维修责任归用户自己，但大多数用户仍然会通过95598报修；台区总保护开关跳闸排第2位（占23%），故障原因主要是台区线路漏电、短路等；其它故障还包括熔断器故障（占8%）、变压器故障（6%）、接户装置故障（5%）、线路故障4%等。对用户停电报修的责任界定非常重要，可以有效避免纠纷，同时又可为用户提供用电安全方面的诊断意见，大幅提高用户满意度。

台区电网状态感知水平低，增加了运维难度。

从服务和运维的角度，公司最关心的台区电网状态量包括电能质量、线路阻抗、用户相别等，目前居民台区的电能质量感知和分析主要存在以下问题：

电能质量监测装备的覆盖度有限，实时性差。一般而言，居民台区只在变压器出线处安装电能质量监测设备，对电网末端（居民用户进线）的电能质量数据采集和分析能力不足，存在比较普遍的三相不平衡、负载率高、电压低、无功过大等问题，同时缺乏智能数据分析系统给出整体治理方案。

线路阻抗、用户相别等状态量的在线监测还缺乏有效技术手段。过大的接触电阻、中性线断线、保险丝老化、线路老化等问题都会引起线路阻抗显著变化，及时检修可以减少网络损耗，防止发生电气火灾和人员触电等严重事故；用户所属相别由电表安装人员手工记录，一旦建档之后就很难发现错误，对公司的网损分析和三相不平衡治理工作造成了困惑。上述线路阻抗、用户相别等状态量还缺乏专门的装备和系统来就行监测和分析。

为解决上述问题，国内外开展了大量配变台区监测终端的研究和实践，但多数为解决各自关心的问题，开发了大量独立的终端设备和系统，但检测技术的不完备性、检测算法实际应用效果差、装置设备本身过大、安装复杂、系统孤立等问题给电力公司运维带来了巨大的压力。

技术实现要素：

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种配变台区感知终端装置及方法，其具体技术方案如下：

一种配变台区感知终端装置，包括主控制模块、采样输入控制模块和电源控制模块，所述主控制模块、采样输入控制模块和电源控制模块呈垂直三层堆叠方式布置。

所述主控制模块位于最上面，实现数据的分析与处理，并通过通讯接口将处理结果上送；

所述采样输入控制模块位于中间，采样输入控制模块与主控制模块采用插针连接，通过此插针实现采样信号和电源信号向主控制模块的输入，同时通过插针与电源控制摸连接，其供电电源来自于下边的电源控制模块。

所述电源控制模块位于底层，实现交流电源的输入转换，并实现备用电源功能。

所述主控制模块包括微处理器mcu、定时器电路及复位电路、多功能人机接口电路、插拔式通讯接口电路和采样二次滤波电路，所述微控制器mcu分别与定时器电路及复位电路、多功能人机接口电路、插拔式通讯接口电路和采样二次滤波电路连接，实现数据的分析与处理，并将结果通过插拔式通讯接口电路或多功能人机接口电路输出。

所述定时器电路及复位电路实现整个硬件系统的复位，并在整个运行期间实时监测系统运行状态，并在系统故障时，及时触发定时器电路，主动复位系统，实现系统重启。

所述采样二级滤波电路对采样输入信号进行二级滤波，实现信号调整。

所述多功能人机接口电路完成若干种人机接口功能，如液晶显示、按键处理、系统调试接口以及数据存储接口；

所述插拔式通讯接口电路采用接插件方式，统一端子定义，安装若干种通讯方式的通讯卡，如gprs通讯模块、4g模块以及nb-iot模块，通过此种方式，应用现场实现灵活的应用配置，便于现场的应用。

所述采样输入模块包括电流电压采样输入电路、信号滤波电路和信号调理电路；

所述电流电压采样输入电路实现多通道的电流电压输入采集，其匹配外部的互感器输入，实现电流、电压信号的接入；信号滤波电路对输入的电流、电压信号进行滤波；信号调理电路对输入的信号进行拾取及放大，满足采集精度的需求。

所述电源控制模块包含三相冗余供电电路、宽电压电源转换电路和备用电源电路；

所述三相冗余供电电路实现三相电源的输入，并保证在任意两相掉电的情况下，终端仍能正常供电工作；

所述宽电压电源转换电路实现前端电源输入后的电源转换工作，其能接受500v的宽范围的电压输入，满足现场不同工作情况下的应用，并能提供系统工作的正常工作电压；

正常工作电压输入到备用电源电路，备用电源电路采用超级电容作为备用电源，实现快速、大容量的电能存储，当终端失电后，超级电容提供后备电源，保证维持终端短时正常工作，在此期间，终端上报失电信息，保存重要数据等功能。

所述采样输入控制模块安装固定在底板上。

一种配变台区感知方法，该方法基于上述的配变台区感知终端装置，包括以下步骤：

步骤1：实时监测电压电流信号：电流电压采样输入电路接在入户线上，用于实时监测入户的电压和电流，并将采集到的电压电流信息传递给信号滤波电路和信号调理电路；

步骤2：调理滤波：信号滤波电路和信号调理电路将电压电流信号进行滤波和拾取及放大，并将经过滤波和拾取及放大输入的信号传送到微处理器mcu；

步骤3：判断数据是否有效：微处理器mcu首先判断数据是否有效，如果为无效数据，进入步骤1，如果有有效数据，进入步骤4；

步骤4：数据分析：微控制器mcu分别与定时器电路及复位电路、多功能人机接口电路、插拔式通讯接口电路和采样二次滤波电路连接，将有效数据进行基于暂态特征模糊识别算法分析计算分析与处理，并将处理后的数据输出；

步骤5：数据输出：来自步骤4的数据输出至通讯接口电路或多功能人机接口电路，实现台区全状态的监测和诊断、台区拓扑自动识别、停电主动上报。

本发明的有益效果是：

本发明结构紧凑，功能强大，仅通过三个功能板就实现台区感知终端的功能。其通过多通道采样输入电路，实现了多通道的电流电压输入采集；具有的插拔式通讯接口电路采用接插件方式，统一端子定义，可以安装多种通讯方式的通讯卡，如gprs通讯模块、4g模块以及nb-iot模块，通过此种方式，应用现场可实现灵活的应用配置，便于现场应用；具有冗余电源输入，接入三相四线电源时，任意两相断电设备均能保证系统正常工作。

本发明具有多功能人机接口电路完成多种人机接口功能，如液晶显示、按键处理、系统调试接口以及数据存储接口；具备由超级电容构成的后备电源，其电量存储及释放快，当终端完全断电后，仍可维持终端短时正常工作，此时保证正常通信，从而将断电信息正常上送。

本发明通过采集实时电流、电压数据，经过特有基于暂态特征模糊识别算法分析计算处理，即可实现台区全状态的监测和诊断、台区拓扑自动识别、停电主动上报技术等用电高级量测功能。

附图说明

图1是本发明的结构框图，

图2是本发明中的主控制模块结构框图，

图3是本发明中的采样输入模块结构框图，

图4是本发明中的电源控制模块结构框图，

图5是本发明的控制流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图1是本发明的结构框图，结合附图可见，本配变台区感知终端装置，包括：主控制模块、采样输入控制模块、电源控制模块。终端整体采用三层结构，各个模块采用堆叠方式布置。位于终端的最上边的是主控制模块，其实现数据的分析与处理，并通过通讯接口将处理结果上送，其通过插针与采样输入控制模块相连；位于中间层的是采样输入控制模块，采样输入控制模块与主控制模块采用插针连接，通过此插针实现采样信号和电源信号向主控制模块的输入，同时通过插针与电源控制摸连接，其供电电源来自于下边的电源控制模块；位于最下边的是电源输入模块，其实现交流电源的输入转换，并实现备用电源等一系列功能。

结合图2，主控制模块包括微处理器mcu、定时器电路及复位电路、多功能人机接口电路、插拔式通讯接口电路、采样二次滤波电路等。定时器电路的英文名称为watchdogtimer，缩写为wdt电路，中文翻译为看门狗。所述的微控制器mcu连接各个功能电路，实现数据的分析与处理，并将结果通过插拔式通讯接口电路或多功能人机接口电路输出。定时器电路及复位电路输出复位信号到微处理器mcu，实现整个硬件系统的复位，并在整个运行期间实时监测系统运行状态，当系统发生故障时，触发定时器电路，主动复位系统，实现系统重启。采样输入模块的采样信号经过滤波、调理后，通过插针输出至主控制模块的二级滤波电路，此电路对采样输入信号进行二级滤波，实现信号调整，并将最终采样信号输出送至微处理器mcu。多功能人机接口电路连接至微处理器，完成多种人机接口功能，如液晶显示、按键处理、系统调试接口以及数据存储接口。所述的插拔式通讯接口电路通过光电隔离电路连接至为处理器，并采用接插件方式，统一引脚定义，可以安装多种通讯方式的通讯卡，如gprs通讯模块、4g模块以及nb-iot模块。

结合图3，采样输入模块包含电流电压采样输入电路、信号滤波电路、信号调理电路。多通道采样输入电路实现多通道的电流电压输入采集，其匹配外部的互感器输入，实现电流、电压信号的接入；信号滤波电路对输入的电流、电压信号进行滤波；信号调理电路对输入的信号进行拾取及放大，满足采集精度的需求。

结合图4，电源控制模块包含三相冗余供电电路、宽电压电源转换电路、备用电源电路。三相冗余供电电路实现三相电源的输入，并保证在任意两相掉电的情况下，终端仍能正常供电工作。

宽电压电源转换电路实现前端电源输入后的电源转换工作，其能接受580v的宽范围的电压输入，满足现场不同工作情况下的应用，并能提供系统工作的正常工作电压。正常工作电压输入到备用电源电路，备用电源电路采用超级电容作为备用电源，实现快速、大容量的电能存储，当终端失电后，超级电容提供后备电源，保证维持终端短时正常工作，在此期间，终端上报失电信息，保存重要数据等功能。

结合图5可见，本配变台区感知方法，该方法基于上述任一权利要求所述的配变台区感知终端装置，包括以下步骤：

步骤1：实时监测电压电流信号：电流电压采样输入电路接在入户线上，用于实时监测入户的电压和电流，并将采集到的电压电流信息传递给信号滤波电路和信号调理电路；

步骤2：调理滤波：信号滤波电路和信号调理电路将电压电流信号进行滤波和拾取及放大，并将经过滤波和拾取及放大输入的信号传送到微处理器mcu；

步骤3：判断数据是否有效：微处理器mcu首先判断数据是否有效，如果为无效数据，进入步骤1，如果有有效数据，进入步骤4；

步骤4：数据分析：微控制器mcu分别与定时器电路（wdt电路）及复位电路、多功能人机接口电路、插拔式通讯接口电路和采样二次滤波电路连接，将有效数据进行基于暂态特征模糊识别算法分析计算分析与处理，并将处理后的数据输出；

步骤5：数据输出：来自步骤4的数据输出至通讯接口电路或多功能人机接口电路，实现台区全状态的监测和诊断、台区拓扑自动识别、停电主动上报。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。