一種用于配電柜的智能電力采集模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型設(shè)計的是一種用于配電柜的智能電力采集模塊，屬于能效監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]為了實現(xiàn)精細(xì)化用電管理及需求側(cè)響應(yīng)，達(dá)到有序用電及節(jié)能降耗的目的，用電單位除了對總用電回路監(jiān)測之外，還需擴(kuò)展到對各分支用電回路進(jìn)行監(jiān)測?，F(xiàn)有技術(shù)一般采用在各分支回路中加裝電流互感器、采集器、通信模塊等設(shè)備，實現(xiàn)對各用電回路的用電信息和電能質(zhì)量的監(jiān)測。
[0003]傳統(tǒng)電力系統(tǒng)中的電流互感器由一次互感器和二次互感器(一般稱為儀表互感器，裝在采集器中)組成，體積大、成本高，受現(xiàn)場安裝空間限制安裝困難，甚至有些分支回路需要改造才能安裝；用電單位的分支回路多，每回路均需接入電流互感器、采集器、通信模塊等設(shè)備，設(shè)備成本高；此外采集器需要從現(xiàn)場各支路中接入電壓信號，安裝時要進(jìn)行停電操作，給用電單位的生產(chǎn)、運營造成影響；由于接入電纜多，施工時要進(jìn)行專業(yè)的布線，安裝難度及工作量大、施工費用高、施工周期長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型提出了一種用于配電柜的智能電力采集模塊，旨在克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷，實現(xiàn)傳統(tǒng)一次電流互感器和二次電流互感器的融合，在安裝過程中對用電單位生產(chǎn)運營無影響。
[0005]本實用新型的技術(shù)解決方案:用于配電柜的智能電力采集模塊，其特征是模塊結(jié)構(gòu)件1的電壓電流信號引入采集模塊；所述的模塊結(jié)構(gòu)件1包括開關(guān)電源電路2、交采計量電路3、核心處理電路4、微功率無線通信電路5 ;其中開關(guān)電源電路2的信號輸出端與核心處理電路4的信號輸入端相接，核心處理電路4的第一信號輸入/輸出端與交采計量電路3的信號輸出/輸入端相接，核心處理電路4的第二信號輸入/輸出端與微功率無線通信電路5的信號輸出/輸入端相接；所述的模塊結(jié)構(gòu)件1，能在電力電纜線不斷電的情況下將模塊安裝到線纜上并通過針刺取電為采集模塊供電，同時將被測電壓電流信號弓I入采集模塊中，因此模塊安裝時不會給用戶帶來停電損失。
[0006]本實用新型優(yōu)點:通過感應(yīng)測量的方式，使得直接測量現(xiàn)場幾百安培大電流成為可能，無需通過二次電流互感器將采樣前端的信號進(jìn)行多次變換，降低成本的同時大大減小現(xiàn)場的接線復(fù)雜程度。模塊具有體積小、重量輕、成本低、易安裝等特點，通過對電力線路的用電信息和電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，從而實現(xiàn)精細(xì)化用電管理及需求側(cè)響應(yīng)，達(dá)到有序用電及節(jié)能降耗的目的，使得大規(guī)模推廣能效監(jiān)測成為可能。
[0007]【附圖說明】:
[0008]圖1為智能電力采集模塊結(jié)構(gòu)框圖；
[0009]圖2為開關(guān)電源電路原理圖；
[0010]圖3為交采計量電路原理圖；
[0011]圖4為核心處理電路原理圖；
[0012]圖5為微功率無線通信電路原理圖；
[0013]圖中2-1是2-交互接口 1，2-2是2-交互接口 2，3_1是3_交互接口 1，3_2是3-交互接口 2，4-1是4-交互接口 1，4-2是4-交互接口 2，4-3是4-交互接口 3，5-1是5-交互接口 1。
[0014]【具體實施方式】:
[0015]對照附圖1，用于配電柜的智能電力采集模塊，其結(jié)構(gòu)是模塊結(jié)構(gòu)件1的電壓電流信號引入采集模塊；所述的模塊結(jié)構(gòu)件1包括開關(guān)電源電路2、交采計量電路3、核心處理電路4、微功率無線通信電路5 ;其中開關(guān)電源電路2的信號輸出端與核心處理電路4的信號輸入端相接，核心處理電路4的第一信號輸入/輸出端與交米計量電路3的信號輸出/輸入端相接，核心處理電路4的第二信號輸入/輸出端與微功率無線通信電路5的信號輸出/輸入端相接；所述的模塊結(jié)構(gòu)件1，能在電力電纜線不斷電的情況下將模塊安裝到線纜上并通過針刺取電為采集模塊供電，同時將被測電壓電流信號引入采集模
[0016]塊中，因此模塊安裝時不會給用戶帶來停電損失。
[0017]所述開關(guān)電源電路2，采用斬波變換方式將220V交流電壓轉(zhuǎn)換為3.3V直流輸出，此方案拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單，元器件少，布板空間小，能在低成本、小體積的前提下實現(xiàn)AC/DC變換。
[0018]所述交采計量電路3，能采集接線回路的電壓并通過間接感應(yīng)的方式實現(xiàn)配電線路的電流計量，使得直接測量現(xiàn)場幾百安培大電流成為可能，無需通過二次電流互感器將采樣前端的信號進(jìn)行多次變換，降低成本的同時大大減小現(xiàn)場的接線復(fù)雜程度。
[0019]所述核心處理電路4，能將計量電路3采集的電壓電流進(jìn)行實時處理計算出被測線路的功率和不同時段的用電量信息，并且能夠?qū)ε潆娋€路進(jìn)行電能質(zhì)量監(jiān)測。
[0020]所述微功率無線通信電路5，能實現(xiàn)采集模塊與電力網(wǎng)關(guān)之間的命令交互和數(shù)據(jù)通信。
[0021]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本實用新型的技術(shù)方案:
[0022]對照附圖1，開關(guān)電源電路2實現(xiàn)將輸入電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)工作電源，交采計量電路3實現(xiàn)對接線線路電壓電流和功率的計量，核心處理電路4實現(xiàn)系統(tǒng)功能配置并起到協(xié)調(diào)、控制交采計量電路3和微功率無線通信電路5的作用，而微功率無線通信電路5則實現(xiàn)采集模塊與電力網(wǎng)關(guān)之間的通信功能。
[0023]對照附圖2，開關(guān)電源電路由整流濾波電路、降壓轉(zhuǎn)換電路和DC/DC電路組成。模塊結(jié)構(gòu)件1將220V交流電壓信號引入[2-交互接口 1]處，整流濾波電路將輸入的220V交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為脈動直流電壓，整流出的直流電壓約為輸入交流電壓有效值的1.4倍，D3為耐壓650V的開關(guān)芯片，在外圍電路的配合下將高壓直流轉(zhuǎn)換為12V直流電壓，D5為輸入電壓28V的DC/DC芯片，實現(xiàn)將12V直流電壓轉(zhuǎn)換為3.3V通過[2-交互接口 2]輸出為系統(tǒng)提供工作電源。
[0024]對照附圖3，交采計量電路由電壓取樣電路、電流取樣電路和計量芯片組成。交采計量電路的[3-交互接口 1]與開關(guān)電源電路的[2-交互接口 1]并聯(lián)，電壓取樣電路采用電阻分壓的方式實現(xiàn)將220V交流信號轉(zhuǎn)換為滿足計量芯片輸入范圍的220mV交流信號；分壓電阻采用5個的目的是提高耐壓，防止在輸入端有浪涌等波動時取樣電阻燒壞。電流取樣電路采用間接感應(yīng)的方式取樣電流信號:模塊結(jié)構(gòu)件中裝有環(huán)形磁芯，模塊安裝時待測電力線纜從磁芯中穿過，磁芯為開口式(從中間切斷)，霍爾芯片D2、D3安裝在環(huán)形磁芯的開口處；當(dāng)磁芯中的電纜通過交流電流時，磁芯感應(yīng)出交變的磁場，進(jìn)而霍爾芯片感應(yīng)出交變的電壓信號，將此信號通過運算放大器D1放大后輸入計量芯片D5，電流信號取樣完成。計量芯片實現(xiàn)將輸入的電壓、電流信號采集并計算對應(yīng)的有功、無功功率，計量芯片通過[3-交互接口 2]與核心處理電路4進(jìn)行數(shù)據(jù)交互和命令響應(yīng)。
[0025]對照附圖4，核心處理電路由單片機(jī)D1、存儲芯片D2、看門狗芯片D4和LED指示燈組成。單片機(jī)D1是采集模塊和核心，實現(xiàn)采集模塊功能配置和整體的協(xié)調(diào)管理。核心處理電路4的工作電壓為3.3V，由交采計量電路2通過[2-交互接口 2]提供；核心處理電路4通過[4交互接口 2]和[4交互接口 2]為交采計量模塊3和微功率無線通信模塊5提供電源和交互信號。存儲芯片D2存儲采集模塊的地址和采集的電量信息，看門狗芯片D4的作用是在單片機(jī)D1死機(jī)后給系統(tǒng)復(fù)位，保證采集模塊不會出現(xiàn)長時間死機(jī)情況。模塊的LED指示燈能指示模塊的工作狀態(tài)，而且現(xiàn)在安裝時當(dāng)指示燈亮后即模塊取電成功，無需對電力線纜進(jìn)行斷電操作，避免給用戶造成停電損失。
[0026]對照附圖5，微功率無線通信電路由射頻芯片D6和射頻收發(fā)電路組成。采集模塊與電力網(wǎng)關(guān)之間的通信依靠微功率無線通信電路5實現(xiàn):核心處理電路4與微功率無線通信電路5之間通過[5交互接口 1]進(jìn)行通信，射頻芯片D6對空中傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，射頻收發(fā)電路則完成數(shù)據(jù)的收發(fā)和頻帶外的信號過濾。
[0027]根據(jù)電磁感應(yīng)定理，電力線纜中通過交流電流時，周圍將產(chǎn)生交變磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和線纜中通過的電流成正比；將線纜穿過環(huán)形磁芯，則磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度與線纜中的電流成正比，測量磁芯中的場強(qiáng)，即可計算出線纜中通過的電流大小；利用霍爾效應(yīng)，將環(huán)形磁芯切開，在斷面處放入霍爾芯片，霍爾芯片的輸出電壓與磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比。因此測量霍爾芯片輸出電壓，即可計算出線纜中通過的電流。
【主權(quán)項】
1.用于配電柜的智能電力采集模塊，其特征是模塊結(jié)構(gòu)件的電壓電流信號引入采集模塊；所述的模塊結(jié)構(gòu)件包括開關(guān)電源電路、交采計量電路、核心處理電路、微功率無線通信電路；其中開關(guān)電源電路的信號輸出端與核心處理電路的信號輸入端相接，核心處理電路的第一信號輸入/輸出端與交采計量電路的信號輸出/輸入端相接，核心處理電路的第二信號輸入/輸出端與微功率無線通信電路的信號輸出/輸入端相接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電柜的智能電力采集模塊，其特征是所述開關(guān)電源電路由整流濾波電路、降壓轉(zhuǎn)換電路和DC/DC電路組成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電柜的智能電力采集模塊，其特征是所述交采計量電路由電壓取樣電路、電流取樣電路和計量芯片組成。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電柜的智能電力采集模塊，其特征是所述的模塊結(jié)構(gòu)件中裝有環(huán)形磁芯，環(huán)形磁芯為開口式即從中間切斷，兩個霍爾芯片安裝在環(huán)形磁芯的開口處。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電柜的智能電力采集模塊，其特征是所述核心處理電路由單片機(jī)、存儲芯片、看門狗芯片和LED指示燈組成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于配電柜的智能電力采集模塊，其特征是所述微功率無線通信電路由射頻芯片和射頻收發(fā)電路組成。
【專利摘要】本實用新型是用于配電柜的智能電力采集模塊，其特征是模塊結(jié)構(gòu)件1的電壓電流信號引入采集模塊；所述的模塊結(jié)構(gòu)件1包括開關(guān)電源電路2、交采計量電路3、核心處理電路4、微功率無線通信電路5；優(yōu)點：模塊具有體積小、重量輕、成本低、易安裝等特點，通過感應(yīng)和無線方式實現(xiàn)對配電回路的電壓電流和功率計量，對用電回路的用電信息和電能質(zhì)量進(jìn)行有效監(jiān)測，從而實現(xiàn)精細(xì)化用電管理及需求側(cè)響應(yīng)，達(dá)到有序用電及節(jié)能降耗的目的，使得大規(guī)模推廣能效監(jiān)測成為可能。
【IPC分類】G01R31/00, G08C17/02
【公開號】CN205080201
【申請?zhí)枴緾N201520625945
【發(fā)明人】楊飛, 童思普
【申請人】南京新聯(lián)電子股份有限公司
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年8月19日