專利名稱：一種電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電工儀器儀表行業(yè)能效采集裝置，具體講涉及一種電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中基礎(chǔ)技術(shù)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的匱乏給節(jié)能產(chǎn)業(yè)的整體發(fā)展帶來了很大障礙。 準確的能效基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是評價所有節(jié)能技術(shù)效果的關(guān)鍵。當前各種節(jié)能數(shù)據(jù)、能效信息混亂給節(jié)能產(chǎn)業(yè)帶來很多隱患。因此，亟待建立統(tǒng)一的能效數(shù)據(jù)中心，獲取全面的節(jié)能服務(wù)行業(yè)數(shù)據(jù)，為節(jié)能行業(yè)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)保障，對節(jié)能項目進行監(jiān)測和節(jié)能服務(wù)機構(gòu)進行評估，為國家和各級政府機構(gòu)節(jié)能政策提供支撐。準確的能效基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要依賴于現(xiàn)場實時采集，需采用專用采集終端進行采集并傳輸。實際現(xiàn)場存在許多諸如相/線電壓/電流、功率因數(shù)、基波功率、諧波功率等電參數(shù)， 這些參數(shù)的實時采集效果直接影響能效分析結(jié)果的可靠性。因此，亟待開發(fā)一種滿足工業(yè)現(xiàn)場及能效監(jiān)測要求的實時電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端。專利號為ZL201020214236. 2的實用新型披露了一種安裝模塊化通信模塊的專變采集終端，用以采集專變用戶電能信息的裝置。所述專變采集終端內(nèi)固化的遠程通信模塊和信號擴展接口模塊都設(shè)計成插拔式的模塊，并制定統(tǒng)一的管腳。專利號為ZL200920069055. 2的實用新型披露了一種無線數(shù)據(jù)采集終端，該終端包括射頻識別模塊、主控模塊以及通信模塊，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線采集和無線傳輸。專利號為ZL200920279096. 4的實用新型披露了一種電量管理系統(tǒng)用采集終端， 以便于部署及擴展。專利號為ZL200920236498. 6的實用新型披露了一種用于低壓電力用戶集中抄表系統(tǒng)的采集終端，可以在主站上操作，實現(xiàn)遠程系統(tǒng)更新。以上的實用新型為電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端的研發(fā)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，但沒有達到集群式部署、多種數(shù)據(jù)類型采集、多種接口傳輸?shù)韧耆m應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場能效諧波電量采集的要求。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端，通過集群式部署，可以對多種諧波電量參數(shù)進行采集。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端，所述采集終端包括外殼、MCU模塊、與所述MCU模塊連接的電源存儲模塊，其改進之處在于，與所述MCU 模塊分別連接的AD轉(zhuǎn)換模塊和通信模塊；上述全部模塊都設(shè)置在所述外殼中，所述外殼內(nèi)部涂覆有電磁屏蔽層。本發(fā)明提供的優(yōu)選技術(shù)方案中，所述MCU模塊控制所述電源存儲模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊和通信模塊，并接收所述AD轉(zhuǎn)換模塊傳遞的參數(shù)。
本發(fā)明提供的第二優(yōu)選技術(shù)方案中，所述電源存儲模塊包括直流電源、輔助電源和數(shù)據(jù)存儲器。本發(fā)明提供的第三優(yōu)選技術(shù)方案中，所述AD轉(zhuǎn)換模塊為型號ADS1178的芯片；所述AD轉(zhuǎn)換模塊采集三相電壓、三相電流及中性線電流的模擬量，并將采集的模擬量A/D轉(zhuǎn)換后進行運算處理，把處理的結(jié)果傳遞到所述MCU模塊。本發(fā)明提供的第四優(yōu)選技術(shù)方案中，所述通信模塊包括RS485和擴展接口 ；所述擴展接口根據(jù)通信需求可插入PLC單元或微功率無線單元。本發(fā)明提供的第五優(yōu)選技術(shù)方案中，所述外殼的電磁屏蔽層為高分子層；所述外殼設(shè)有顯示采集到的參數(shù)的顯示裝置和采集數(shù)據(jù)的輔助端子；所述顯示裝置與所述MCU模塊連接，所述輔助端子分別與所述AD轉(zhuǎn)換模塊、所述傳感器模塊和所述通信模塊連接。本發(fā)明提供的第六優(yōu)選技術(shù)方案中，所述MCU模塊記錄下述事件及下述功能諧波1曲線、諧波2曲線、電壓/電流曲線、功率曲線、諧波越限事件、諧波功率曲線、ABC電流 /電壓偏差越限事件、失壓/失流事件、電壓/電流不平衡度曲線、閃變曲線、跨月結(jié)算、電能量凍結(jié)、上電、掉電、清零、斷相和校時。本發(fā)明提供的第七優(yōu)選技術(shù)方案中，所述MCU模塊是型號為AT91SAM9260的芯片。本發(fā)明提供的第八優(yōu)選技術(shù)方案中，所述數(shù)據(jù)存儲器是型號為ATMC64的芯片。本發(fā)明提供的第九優(yōu)選技術(shù)方案中，所述PLC單元為型號為74HTC244的芯片，所述微功率無線單元為型號為CCllOO的芯片。本發(fā)明提供的第十優(yōu)選技術(shù)方案中，所述顯示裝置為2048色液晶顯示屏，大小為 3. 5英寸。本發(fā)明提供的較優(yōu)選技術(shù)方案中，所述高分子層選自聚苯胺、聚噻吩或聚對苯撐。本發(fā)明提供的第二較優(yōu)選技術(shù)方案中，所述諧波1曲線是指對2至19次的諧波以及相應(yīng)的電壓總諧波畸變率THDU、電流總諧波畸變率THDI的曲線進行記錄；所述諧波2曲線是指對20至50次的諧波以及相應(yīng)的電壓總諧波畸變率THDU、電流總諧波畸變率THDI的曲線進行記錄；所述掉電是指三相電壓均低于電能表臨界電壓，且負荷電流不大于5%額定電流的工況；所述失壓是指在三相供電系統(tǒng)中，任一相負荷電流大于啟動電流，但電壓線的電壓低于電能表參比電壓的78%時，且持續(xù)時間大于1分鐘；所述失流是指在三相供電系統(tǒng)中，三相電壓大于電能表的臨界電壓，三相電流中任一相或兩相小于啟動電流，且其他相線負荷電流大于5%額定電流的工況；所述電能量凍結(jié)是指對當前凍結(jié)的電能量進行通知。本發(fā)明提供的第三較優(yōu)選技術(shù)方案中，所述校時操作采用軟時鐘和網(wǎng)絡(luò)對時。本發(fā)明提供的第四較優(yōu)選技術(shù)方案中，所述高分子層由聚乙烯二氧噻吩制成。與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案可根據(jù)能效測評的實際需要，不僅解決了電能質(zhì)量電量型能效數(shù)據(jù)采集和傳輸難題，而且電能質(zhì)量分析功能靈活，完全滿足實時能效監(jiān)測的目的；電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端實現(xiàn)了多種電能量信息的顯示和多種接口安全、穩(wěn)定、可靠的傳輸，使能效諧波電量型數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸成為可能，特別是對2至 19次諧波進行實時采集，解決了應(yīng)用智能電表成本高的缺點，適于全面推廣，而且可為能效
5數(shù)據(jù)中心提供準確的能效基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為節(jié)能政策提供技術(shù)支撐；此外，該終端還充分考慮了不同工作環(huán)境需求，如通訊模式可選擇微功率無線或PLC等信號傳輸，并為未來主站實現(xiàn)智能控制留下擴展接口 ；再者，所述采集終端抗干擾性強，所采用的電磁屏蔽層具備完善周密的電磁兼容性設(shè)計，能夠使采集終端在高低溫、高壓和高濕等惡劣環(huán)境運行時免除電磁干擾，還具備完善周密的三級防雷措施。


圖1為電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為采集終端外殼的前部示意圖。圖3為采集終端外殼的后部和側(cè)部示意圖。圖4為輔助端子示意圖。圖5為RS485接口的遠程本地示意圖。圖6為PLC單元和微功率無線單元的遠程本地示意圖。
具體實施例方式如圖1至圖4所示，所述電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端采集電壓傳感器、電流傳感器的相電壓、相電流及中性線電流模擬量，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換模塊運算處理獲得功率、功率因數(shù)、 頻率、諧波及電能等信息。由微控制單元(MCU)實現(xiàn)數(shù)據(jù)運算存儲與管理，再通過RS485接口、PLC或微功率無線等方式實現(xiàn)上行通訊。所述微控制單元(MCU)，采用具有ARM9內(nèi)核的AT91SAM擬60作為MCU， AT91SAM9260的最高頻率可達180MHZ。所述AD轉(zhuǎn)換模塊采用TI的ADS1178模數(shù)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器精度達到了 16位，轉(zhuǎn)換速率最高可達52kSPS，以保證在進行諧波計算時的速度和精度。所述微控制單元(MCU)模塊為整個終端的核心，所述MCU模塊是型號為 AT91SAM9260的芯片；所述MCU模塊通過數(shù)據(jù)運算處理實現(xiàn)下述事件及下述功能的記錄諧波1曲線、諧波2曲線、電壓/電流曲線、功率曲線、諧波越限事件、諧波功率曲線、ABC電流 /電壓偏差越限事件、失壓/失流事件、電壓/電流不平衡度曲線、閃變曲線、跨月結(jié)算、電能量凍結(jié)、上電、掉電、清零、斷相和校時。其中，所述諧波1曲線是指對2至19次的諧波以及相應(yīng)的電壓總諧波畸變率 THDU、電流總諧波畸變率THDI的曲線進行記錄；所述諧波2曲線是指對20至50次的諧波以及相應(yīng)的電壓總諧波畸變率THDU、電流總諧波畸變率THDI的曲線進行記錄；所述掉電事件是指三相電壓均低于電能表臨界電壓，且負荷電流不大于5%額定電流的工況。所述失壓是指在三相供電系統(tǒng)中，某相負荷電流大于啟動電流，但電壓線路的電壓低于電能表參比電壓的78%時，且持續(xù)時間大于1分鐘。所述失流是指在三相供電系統(tǒng)中，三相電壓大于電能表的臨界電壓，三相電流中任一相或兩相小于啟動電流，且其他相線負荷電流大于5%額定電流的工況。所述電能量凍結(jié)事件是指對當前凍結(jié)的電能量進行通知。
對電壓/電流曲線、功率曲線、諧波越限事件、諧波功率曲線、ABC電流/電壓偏差越限事件、電壓/電流不平衡度曲線、閃變曲線、跨月結(jié)算、上電、清零、斷相和校時的記錄均符合以下國家標準GB123^-2000標準、GB12325-2003標準、GB/T 14549-1993標準、和 GB/T 15945-1995 標準。其中，所述諧波越限事件、電壓/電流不平衡度越限事件、ABC電流/電壓偏差越限事件記錄，是根據(jù)現(xiàn)場電能質(zhì)量要求，通過上述標準限值下裝到設(shè)備中，實現(xiàn)電能質(zhì)量分析功能。其中，所述曲線記錄，抄收時間間隔缺省為15min，可以靈活設(shè)置其他數(shù)值。如圖5、6所示，所述通信模塊利用RS485接口、微功率無線單元或者PLC單元中的其中之一，其中RS485接口作為儀表的標準配置接口，微功率無線模塊和PLC模塊設(shè)計成可插拔的擴展接口的形式，在儀表上使用同一個接口標準，以便根據(jù)環(huán)境不同及成本使用相應(yīng)通信模塊。所述RS485接口還可作為參數(shù)設(shè)置的維護接口。其中，所述PLC單元為型號為74HTC244的芯片；所述微功率無線單元為型號為 CCllOO的芯片。所述CCl 100芯片的規(guī)格為工作頻段402 470mhz ；微發(fā)射功率最大發(fā)射功率 IOmw ；休眠電流< IOua ；所述CC1100芯片支持高精度溫補晶體，可進行8/16/32信道等多信道選擇并具有rs232/rs485/uart接口等多種用戶接口，并支持1200/2400/4800/9600/1 9200/38400bps等通信速率，支持8nl、8el等通信格式，還可自動、快速完成收/發(fā)模式切換，方便用戶使用。所述電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端采取了軟時鐘和網(wǎng)絡(luò)對時結(jié)合的集約方式設(shè)計，降低硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜度和功耗，使工作環(huán)境溫度、濕度、大氣壓力均滿足用電信息采集系統(tǒng)標準；為降低裝置成本，可采用芯片時鐘。在所述電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端進行數(shù)據(jù)采集與存儲操作中，由于此采集終端不作為計費計量用，采集精度按照設(shè)備B級精度?；蛘卟杉K端精度達到(GB/T 17215. 321-2008/IEC 62053-21 :2003)規(guī)定的不低于2級精度。曲線記錄抄收時間間隔缺省為15min，且可以靈活設(shè)置；根據(jù)所采集的數(shù)據(jù)量的大小，選擇合適的存儲器大小。其中，所述數(shù)據(jù)存儲器使用的是型號為ATMC64的芯片；電能質(zhì)量電量型能效采集終端由于不采用集中器采集數(shù)據(jù)，所以所述數(shù)據(jù)存儲器在保存數(shù)據(jù)時間設(shè)計為存儲30 乘以96個點的曲線數(shù)據(jù)，在不存儲20-50次諧波數(shù)據(jù)時，每個點存儲530個Byte，共需 1491K ；若需要存儲20-50次諧波數(shù)據(jù)，則再需增加1308K的存儲空間。所述電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端的外殼涂覆有電磁屏蔽層，所述電磁屏蔽層由導(dǎo)電高分子層形成，所述導(dǎo)電高分子層可以是具有可溶性或分散性的材料，如聚苯胺、聚噻吩和聚對苯撐；所述導(dǎo)電高分子層優(yōu)選由聚乙烯二氧噻吩制成。所述電能質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端的尺寸可以為長260mm至270mm，寬165mm至 175mm,高70mm至80mm ；最優(yōu)選的尺寸為長265mm，寬170mm，高75mm。需要聲明的是，本發(fā)明內(nèi)容及具體實施方式
意在證明本發(fā)明所提供技術(shù)方案的實際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對本發(fā)明保護范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原理啟發(fā)下，可作各種修改、等同替換、或改進。但這些變更或修改均在申請待批的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電量質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端，所述采集終端包括外殼、MCU模塊、與所述MCU 模塊連接的電源存儲模塊，其特征在于，與所述MCU模塊分別連接的AD轉(zhuǎn)換模塊和通信模塊；上述全部模塊都設(shè)置在所述外殼中，所述外殼內(nèi)部涂覆有電磁屏蔽層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集終端，其特征在于，所述MCU模塊控制所述電源存儲模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊和通信模塊，并接所述AD轉(zhuǎn)換模塊傳遞的參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集終端，其特征在于，所述電源存儲模塊包括直流電源、輔助電源和數(shù)據(jù)存儲器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集終端，其特征在于，所述AD轉(zhuǎn)換模塊為型號ADSl178的芯片；所述AD轉(zhuǎn)換模塊采集三相電壓、三相電流及中性線電流的模擬量，并將采集的模擬量A/D轉(zhuǎn)換后進行運算處理，把處理的結(jié)果傳遞到所述MCU模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集終端，其特征在于，所述通信模塊包括RS485和擴展接口 ；所述擴展接口包括PLC單元和微功率無線單元，所述擴展接口根據(jù)通信需求可插入PLC 單元或微功率無線單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采集終端，其特征在于，所述外殼的電磁屏蔽層為高分子層； 所述外殼設(shè)有顯示采集到的參數(shù)的顯示裝置和采集數(shù)據(jù)的輔助端子；所述顯示裝置與所述 MCU模塊連接，所述輔助端子分別與所述AD轉(zhuǎn)換模塊、所述傳感器模塊和所述通信模塊連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采集終端，其特征在于，所述MCU模塊記錄下述事件及下述功能諧波1曲線、諧波2曲線、電壓/電流曲線、功率曲線、諧波越限事件、諧波功率曲線、 ABC電流/電壓偏差越限事件、失壓/失流事件、電壓/電流不平衡度曲線、閃變曲線、跨月結(jié)算、電能量凍結(jié)、上電、掉電、清零、斷相和校時。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采集終端，其特征在于，所述MCU模塊是型號為AT91SAM9260 的芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的采集終端，其特征在于，所述數(shù)據(jù)存儲器是型號為ATMC64的
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的采集終端，其特征在于，所述PLC單元為型號為74HTC244的芯片，所述微功率無線單元為型號為CCllOO的芯片。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采集終端，其特征在于，所述顯示裝置為2048色液晶顯示屏，大小為3. 5英寸。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的采集終端，其特征在于，所述高分子層選自聚苯胺、聚噻吩或聚對苯撐。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的采集終端，其特征在于，所述諧波1曲線是指對2至19次的諧波以及相應(yīng)的電壓總諧波畸變率THDU、電流總諧波畸變率THDI的曲線進行記錄；所述諧波2曲線是指對20至50次的諧波以及相應(yīng)的電壓總諧波畸變率THDU、電流總諧波畸變率THDI的曲線進行記錄；所述掉電是指三相電壓均低于電能表臨界電壓，且負荷電流不大于5%額定電流的工況；所述失壓是指在三相供電系統(tǒng)中，任一相負荷電流大于啟動電流，但電壓線的電壓低于電能表參比電壓的78%時，且持續(xù)時間大于1分鐘；所述失流是指在三相供電系統(tǒng)中，三相電壓大于電能表的臨界電壓，三相電流中任一相或兩相小于啟動電流，且其他相線負荷電流大于5%額定電流的工況； 所述電能量凍結(jié)是指對當前凍結(jié)的電能量進行通知。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的采集終端，其特征在于，所述校時操作采用軟時鐘和網(wǎng)絡(luò)對時。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的采集終端，其特征在于，所述高分子層由聚乙烯二氧噻吩制成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電量質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端，該終端包括外殼、MCU模塊、與所述MCU模塊連接的電源存儲模塊，與所述MCU模塊分別連接的AD轉(zhuǎn)換模塊和通信模塊；所述外殼涂覆有電磁屏蔽層；其中，所述通信模塊選自RS485接口、PLC單元或微功率無線單元。本發(fā)明所提供的電量質(zhì)量型能效數(shù)據(jù)采集終端，通過集群式部署，可以對多種電量參數(shù)進行采集。
文檔編號G08C17/02GK102436732SQ20111031530
公開日2012年5月2日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者何桂雄, 周昭茂, 李德智, 李濤永, 楊湘江, 王紅梅, 王鶴, 章欣, 苗常海, 蔣利民, 鐘鳴, 閆華光 申請人:中國電力科學(xué)研究院