專利名稱：一種基于分布式發(fā)電的輸配電網(wǎng)戶外節(jié)點狀態(tài)測傳儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量儀和通信儀，尤其涉及一種用于分布式發(fā)電電網(wǎng)運行環(huán)境中的可進行運行參數(shù)、狀態(tài)檢測和多種通信、控制的輸配電網(wǎng)戶外狀態(tài)檢測和傳輸儀器。
背景技術：
有分布式發(fā)電后，電網(wǎng)中會有逆送電現(xiàn)象，需要保護戶外線路安全，同時控制中心也需要對電網(wǎng)的安全調(diào)度，因此都需要有戶外狀態(tài)信息。在分布式發(fā)電后，需要經(jīng)常了解各支路的狀態(tài)及支路對整個電網(wǎng)的影響，需要相關的信息參數(shù)進行計算分析處理，以方便控制中心對整個電網(wǎng)進行管理、監(jiān)控和調(diào)度。為適應分布式發(fā)電環(huán)境，電網(wǎng)中各支路根據(jù)不同條件選擇合適的通信方式并進行分級通信后傳輸?shù)娇刂浦行?。目前，還缺乏對分布式電網(wǎng)的各節(jié)點和支路的運行情況進行實時跟蹤、分析、控制的系統(tǒng)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于分布式發(fā)電的輸配電網(wǎng)戶外節(jié)點狀態(tài)測傳儀。適應于分布式發(fā)電環(huán)境下的輸配電網(wǎng)戶外狀態(tài)檢測傳輸，實現(xiàn)運行參數(shù)和狀態(tài)檢測以及各支路狀態(tài)信息檢測傳輸并實現(xiàn)與控制中心進行數(shù)據(jù)傳輸和遠程監(jiān)控、管理、調(diào)度；或根據(jù)節(jié)點自身狀態(tài)直接控制其執(zhí)行機構(gòu)的動作。包括系統(tǒng)模塊、控制中心，系統(tǒng)模塊包括數(shù)據(jù)采集前端連數(shù)據(jù)處理和傳輸單元；在輸配電網(wǎng)的節(jié)點和支路處連數(shù)據(jù)采集前端，系統(tǒng)模塊連控制中心。數(shù)據(jù)采集前端對用戶側(cè)電網(wǎng)的電壓過零點時間，線電壓(包括掉相電壓、過電壓、欠電壓等狀態(tài))、相電流(包括浪涌或瞬動電流)、電壓和電流都是包含過零點時間信息的矢量；正序阻抗、正序電容、正序?qū)Ъ{(即阻抗的倒數(shù))、零序阻抗、零序電容、零序互感、零序感應勢、感應電壓、頻率、功率因素和線路上開關的開閉狀態(tài)進行檢測，通過采集處理成標準信號后送入微電腦芯片上，再經(jīng)程序計算、命令處理及通信等相關處理之后再通過載波通信模塊及對應的接口與控制中心通信，進行數(shù)據(jù)傳輸、分析處理和遠程監(jiān)控及調(diào)度，同時接收下一級支路狀態(tài)測傳儀測量的信息，并傳輸給控制中心，以便控制中心同時對各支路狀態(tài)、用戶的發(fā)電、受電和用電狀態(tài)的管理及監(jiān)控，便于調(diào)度、檢修、安全運行；或根據(jù)節(jié)點自身狀態(tài)直接控制其執(zhí)行機構(gòu)的動作?？刂浦行慕邮蛰斉潆娋W(wǎng)戶外狀態(tài)測傳儀所傳輸?shù)男畔?，?jīng)工業(yè)計算機軟件程序的分析計算，可監(jiān)控各支路用戶的用電、受電、發(fā)電狀態(tài)，同時可分析各支路之間、支路與電網(wǎng)之間的影響。進一步，所述數(shù)據(jù)采集前端是測量交流電壓、電流帶過零點時間信息矢量的電路。進一步，數(shù)據(jù)采集前端和數(shù)據(jù)處理傳輸單元之間內(nèi)部用通信口連接。進一步，所述控制單元設置采用微電腦芯片并嵌入GPRS/3G模塊、TCP/IP協(xié)議模塊、載波通信模塊和RS232/RS485接口電路實現(xiàn)有線和無線多種通信方式，以方便與控制中心和下級支路用戶進行通信。
進一步，所述數(shù)據(jù)處理和傳輸單元的微電腦芯片采用DSP芯片TMS320C200。開發(fā)中充分利用DSP集成度高、模塊功能強、處理速度快的優(yōu)點，裝置的軟件存放在片內(nèi)大容量FLASHEEPR0M，片內(nèi)RAM存放實時數(shù)據(jù)、程序中變量等，EEPROM內(nèi)存放定值、數(shù)據(jù)。本發(fā)明適應于分布式發(fā)電環(huán)境，在分布式發(fā)電電網(wǎng)中，用戶側(cè)有用電、及逆送電(即發(fā)電)狀態(tài)出現(xiàn)，為了戶外線路安全，為了控制中心對電網(wǎng)的統(tǒng)一調(diào)度，都需要戶外側(cè)狀態(tài)信息，進行對電網(wǎng)的狀態(tài)分析和用戶側(cè)對輸配電網(wǎng)的影響分析，通過分析進行安全調(diào)度，因此這種戶外狀態(tài)測傳儀即解決了這些狀態(tài)信息的安全、精確測量和計算，同時也解決了狀態(tài)信息的安全傳輸，保證了控制中心對成千上萬的用戶狀態(tài)信息的管理及分析，保證了控制中心對電網(wǎng)的統(tǒng)一安全調(diào)度或根據(jù)節(jié)點自身狀態(tài)直接控制其執(zhí)行機構(gòu)的動作。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。圖2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集前端圖。圖3為本發(fā)明的數(shù)據(jù)與串行總線通信圖。圖4為本發(fā)明的GPRS/3G通信系統(tǒng)框圖。圖5為本發(fā)明的載波通信模塊框圖。圖6為本發(fā)明的電力線接口電路框圖。圖7為本發(fā)明的正序阻抗和正序電容測量接線圖。圖8為本發(fā)明的頻率和功率因素系統(tǒng)框圖。圖9為本發(fā)明的相角測量合成模塊圖。`圖10為本發(fā)明的電流、電壓測量主程序流程圖。圖11為本發(fā)明的頻率測量流程圖。圖12為本發(fā)明的功率因素測量流程圖。圖13為本發(fā)明的零序阻抗測量圖。圖14為本發(fā)明的感應電壓測量圖。圖15為本發(fā)明的零序阻抗測量等值電路向量示意圖。圖16為本發(fā)明的互感測量圖。圖17為本發(fā)明的零序電容測量圖。圖18為電能、瞬時功率流測量原理圖。圖19測量交流電壓、電流帶過零點時間信息矢量的電路原理圖。
具體實施例方式
在輸配電網(wǎng)的每一個節(jié)點上，根據(jù)節(jié)點的支路數(shù)，每條支路配備一個數(shù)據(jù)采集前端，數(shù)據(jù)采集前端和數(shù)據(jù)處理傳輸單元之間內(nèi)部用通信口連接(如圖1 )，包括和支路數(shù)相等數(shù)據(jù)采集前端以及數(shù)據(jù)處理和傳輸二個部分。數(shù)據(jù)采集前端(如圖2)對用戶側(cè)電網(wǎng)的電壓過零點時間，線電壓UAB、UBC、UAC ;相電流IA、IB、IC，電壓和電流都是包含過零點時間信息的矢量；正序阻抗Zl ;正序電容Cl ;正序?qū)Ъ{Y ;零序阻抗ZO ;零序電容CO ;零序互感ZOM ；零序感應勢UZ ;感應電壓UO ;頻率f ;功率因素V和線路上開關的開閉狀態(tài)Q分、Q閉進行檢測，通過采集處理成標準信號后送入微電腦芯片上，再經(jīng)程序計算、命令處理及通信等相關處理之后再通過載波通信模塊及對應的接口與控制中心通信，進行數(shù)據(jù)傳輸、分析處理和遠程監(jiān)控及調(diào)度，同時接收下一級支路狀態(tài)測傳儀測量的信息，并傳輸給控制中心，以便控制中心同時對各支路狀態(tài)、用戶的發(fā)電、受電和用電狀態(tài)的管理及監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集前端I (圖2)采用ATMAL公司的89C51芯片為核心器件，其PO 口作為開關量I和模擬量I的接口，P3.4和P3.5 口驅(qū)動時鐘芯片，時鐘芯片帶有后備電池，供CPU讀取日期、時間。和P3.2、P3.3 口做內(nèi)部通訊使用，通過通訊功能可將支路信息傳至數(shù)據(jù)處理和傳輸單元。增強的定時器模塊可用來產(chǎn)生能精確到微秒級的中斷，同時使用內(nèi)部和外部兩級看門狗，確保裝置正常運行。設置的通過電壓互感器PT測試的三相線電壓UAB、UBC、UAC通過光電隔離與微電腦芯片相連；通過電流互感器CT測試的相電流IA、IB、IC通過光電隔離與微電腦芯片相連；根據(jù)測試的線電壓和相電流經(jīng)(圖9)測量系統(tǒng)A、B的分解計算程序，分別計算得出正序阻抗Z1、正序電容Cl和正序?qū)Ъ{Y通過A/D轉(zhuǎn)換、光電隔離后送至微電腦芯片；根據(jù)測試的線電壓和相電流經(jīng)整形電路和相角修正電路得到電壓和電流的波形圖，再經(jīng)相角測量合成模塊得到合成角并計算出線路的頻率f和功率因素V，后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、光電隔離后送至微電腦芯片；根據(jù)(圖13)零序感應勢的測量模塊，通過Va、Aa、Wa三個測量模塊，得到零序感應勢Uz，根據(jù)(圖14)零序感應電壓測量模塊測量出零序感應電壓U0，再通過(圖15)向量分析后，經(jīng)程序計算模塊，計算得出零序阻抗ZO后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、光電隔離送至微電腦芯片；根據(jù)(圖16、圖17)零序互感測量模塊和零序電容測量模塊，經(jīng)程序計算模塊，得出零序互感ZOM和零序電容ZO后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、光電隔離后送至微電腦芯片；線路上的開關根據(jù)電流判斷分合閘狀態(tài)Q分、Q合經(jīng)光耦后送入數(shù)據(jù)處理傳輸單元，最后通過數(shù)據(jù)處理傳輸單元相應通信模塊傳輸至控制中心。數(shù)據(jù)處理和傳輸單元(圖3)的微電腦芯片采用TI公司的DSP芯片:TMS320C200，開發(fā)中充分利用DSP集成度高、模塊功能強、處理速度快的優(yōu)點，裝置的軟件存放在片內(nèi)大容量FLASHEEPR0M，片內(nèi)RAM存放實時數(shù)據(jù)、程序中變量等，EEPROM內(nèi)存放定值、數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理和傳輸單元設置的TCP/IP協(xié)議模塊是一個標準協(xié)議套件，可以用分層模型來描述。數(shù)據(jù)打包處理數(shù)據(jù)時，每一層把自己的信息添加到一個數(shù)據(jù)頭中，而這個數(shù)據(jù)頭又被下一層中的協(xié)議包裝到數(shù)據(jù)體中。數(shù)據(jù)解包處理程序接收到通信數(shù)據(jù)時，把相應的數(shù)據(jù)頭剝離，并把 數(shù)據(jù)包的其余部分當作數(shù)據(jù)體對待。使用EEPROM可以將IP地址、PPP協(xié)議等參數(shù)保存在里面。單片機復位后首先調(diào)取這些數(shù)據(jù)以初始化網(wǎng)絡。單片機主要完成采集數(shù)據(jù)的打包，通過通信模塊，將數(shù)據(jù)輸出到網(wǎng)絡中。數(shù)據(jù)處理和傳輸單元設置的GPRS/3G通信模塊(圖4)，是采用自帶TCP/IP協(xié)議處理功能的GPRS無線Modem和內(nèi)置3G模塊化芯片Sim5210，支持GPRS/3G無線數(shù)據(jù)傳輸。GPRS無線Modem連入GPRS/3G網(wǎng)絡并和控制中心、各支路建立連接，通過GPRS無線Modem內(nèi)置的協(xié)議處理器對數(shù)據(jù)進行處理、協(xié)議封裝，然后實時發(fā)送到GPRS/3G網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)包經(jīng)由GPRS/3G網(wǎng)絡傳遞到Internet，再通過固定網(wǎng)絡傳送到控制中心，保證控制中心對電網(wǎng)和各支路的狀態(tài)信息管理、監(jiān)控和調(diào)度。數(shù)據(jù)處理和傳輸單元設置的載波通信模塊(圖5)采用AT89C51作為微控制器，電力線載波調(diào)制解調(diào)器采用專用芯片ST7536。AT89C51和ST7536之間采用通用串行通信接口，用I2C總線和串行EEPROM通信，EEPROM采用鐵電的24C02，此芯片具有無限次可擦寫功能。通過電力載波實現(xiàn)整個網(wǎng)絡的通信，通過兩總線實現(xiàn)模塊與其它設備的通信。這樣，通信模塊就可以通過軟件及通信協(xié)議實現(xiàn)對多個實際設備通信與控制。所有的數(shù)據(jù)幀均采用CRC校驗。AT89C51和ST7536均采用外部硬件上電復位，同時使用AT89C51的內(nèi)部看門狗功能，對AT89C51和ST7536進行必要的復位，以防止系統(tǒng)死機造成網(wǎng)絡通信中斷。多路選擇開關采用CD4052，通過其進行電力載波和兩總線的選擇，以實現(xiàn)電力載波通信和兩總線通信的分時控制。然后分別通過電力線接口電路(圖6)與電力線相連和RS232/RS485接口電路與RS232/RS485總線相連進行傳輸。參照圖2、圖3、圖7、圖8、圖9、圖13、圖14、圖16和圖17，本發(fā)明在分布式發(fā)電電網(wǎng)中，用戶側(cè)有用電、受電及逆送電(即發(fā)電)等狀態(tài)出現(xiàn)，為了戶外線路安全，為了控制中心對電網(wǎng)的統(tǒng)一調(diào)度，都需要戶外側(cè)狀態(tài)信息，因此需對電網(wǎng)的數(shù)據(jù)進行采集。通過圖19測得電壓過零點時間信息，通過圖9的電壓互感器PT測試的三相線電壓UAB、UBC、UAC經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后通過TLP521光耦分別與微電腦AT89C51芯片的P0.3-P0.5 口與相連；通過電流互感器CT測試的相電流IA、IB、IC經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后通過TLP521光耦分別與微電腦AT89C51芯片的P0.6-P0.8 口與相連；根據(jù)測試的線電壓和相電流經(jīng)圖9中的測量系統(tǒng)A、B的分解計算程序，分別計算得出正序阻抗Z1、正序電容Cl和正序?qū)Ъ{Y通過A/D轉(zhuǎn)換、TLP521光電隔離后分別與微電腦AT89C51芯片的PL 0-P1.2 口與相連；根據(jù)測試的線電壓和相電流經(jīng)整形電路和相角修正電路得到電壓和電流的波形圖，再經(jīng)相角測量合成模塊得到合成角并計算出線路的頻率f和功率因素V，后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、TLP521光電隔離后分別與微電腦AT89C51芯片的P2.2-P2.3 口與相連；根據(jù)圖13零序感應勢的測量模塊，通過Va、Aa、Wa三個測量模塊，計算得到零序感應勢Uz，根據(jù)圖14零序感應電壓測量模塊測量出零序感應電壓U0，再通過圖15向量分析后，經(jīng)程序計算模塊，計算得出零序阻抗ZO后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、TLP521光電隔離分別與微電腦AT89C51芯片的P1.3-P1.5 口與相連；根據(jù)圖16零序互感測量模塊和圖17和零序電容測量模塊，經(jīng)程序計算模塊，得出零序互感ZOM和零序電容ZO后經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換、TLP521光電隔離后分別與微電腦AT89C51芯片的PL 6-P1.7 口與相連；線路上的開關根據(jù)電流判斷分合閘狀態(tài)Q分、Q合經(jīng)TLP521光耦分別與微電腦AT89C51芯片的P0.1-P0.2 口與相連。參照圖1、圖3和圖4，本發(fā)明選用GPRS/3G通信時，數(shù)據(jù)采集前端采集的數(shù)據(jù)通過AT89C51芯片進行數(shù)據(jù)預處理后存儲 ，GPRS/3G通信模塊采集芯片的存儲數(shù)據(jù)信息，通過GPRS無線Modem內(nèi)置的協(xié)議處理器對數(shù)據(jù)進行處理、協(xié)議封裝，然后通過SGSN實時發(fā)送到GPRS/3G網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)包經(jīng)由GPRS/3G網(wǎng)絡傳遞到Internet，再固定網(wǎng)絡傳送到控制中心；下級支路狀態(tài)測傳儀發(fā)送數(shù)據(jù)信息包給上級GPRS/3G數(shù)據(jù)采集終端，GPRS/3G數(shù)據(jù)采集終端接收到數(shù)據(jù)包后，數(shù)據(jù)解包處理程序?qū)邮盏臄?shù)據(jù)進行剝離處理后，通過RS232數(shù)據(jù)總線傳輸?shù)紸T89C51芯片進行預處理，并通過TCP/IP協(xié)議模塊把各下級支路的實際地址與IP相對應的數(shù)據(jù)信息封裝成數(shù)據(jù)包后傳輸給控制中心。參照圖1、圖3和圖5、圖6，本發(fā)明選用載波通信時，采用專用芯片ST7536的調(diào)制解調(diào)器通過型號為TLP521光耦隔離經(jīng)美信公司的MAX232驅(qū)動芯片驅(qū)動RS232串口與型號為AT89C51芯片相連，來采集型號為AT89C51芯片中存儲的數(shù)據(jù)信息，采集的信號通過ST7536輸出端(ATO)輸出，以放大和濾波(濾波器采用72KHZ載頻)，然后通過耦合電路將信號調(diào)制到電力線上(如圖6)，通過電力線把調(diào)制好的信號傳輸?shù)娇刂浦行牡妮d波通信模塊上。下級各支路狀態(tài)測傳儀發(fā)送狀態(tài)信息，經(jīng)終端的電力接口電路處理后，載波信號通過電力線傳輸?shù)缴霞墵顟B(tài)測傳儀的載波通信模塊上，再經(jīng)耦合電路隔離和預放大后傳輸?shù)絊T7536芯片的接收端(RAI)。然后通過RS232串口通信至AT89C51芯片，再通過處理、地址封裝后傳輸至控制中心。另外，從AT89C51芯片中采集的信息通過⑶4052多路選擇開關進行對RS232/RS485總線通信的選擇，使其通過RS232/RS485接口電路進行與其它設備的通信。通過電力載波實現(xiàn)整個網(wǎng)絡的通信，通過兩總線實現(xiàn)模塊與其它設備的通信。本發(fā)明的輸配電網(wǎng)戶外測傳儀所采用的元、器件易得，互感器元件、芯片以及其它元器件均為市售產(chǎn)品。機箱可現(xiàn)做，儀器可通過有機硅與高壓電網(wǎng)進行絕緣，儀器供電可采用智能微網(wǎng)高壓斷路器狀態(tài)的檢測和通信模塊的供電裝置。本發(fā)明在分布式發(fā)電環(huán)境中安全可靠，使電網(wǎng)用戶側(cè)及各支路用電各項參數(shù)均處于監(jiān)控狀態(tài)；控制中心通過各項參數(shù)對電網(wǎng)進行穩(wěn)定分析及各支路的影響分析，實時掌握并管理整個電網(wǎng)的成千上萬用 戶狀態(tài)信息；通過分析的結(jié)果，對電網(wǎng)進行安全、合理調(diào)度。以保證電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定。
權利要求
1.一種基于分布式發(fā)電的輸配電網(wǎng)戶外節(jié)點狀態(tài)測傳儀，其特征是，包括系統(tǒng)模塊、控制中心，系統(tǒng)模塊包括數(shù)據(jù)采集前端連數(shù)據(jù)處理和傳輸單元；在輸配電網(wǎng)的節(jié)點和支路處連數(shù)據(jù)采集前端，系統(tǒng)模塊連控制中心。
2.如權利要求1所述的數(shù)據(jù)采集前端的特征是，所述數(shù)據(jù)采集前端是測量交流電壓、電流帶過零點時間信息矢量的電路。
3.如權利要求1所述的一種基于分布式發(fā)電的輸配電網(wǎng)戶外節(jié)點狀態(tài)測傳儀，其特征是，數(shù)據(jù)采集前端和數(shù)據(jù)處理傳輸單元之間設通信口連接。
4.如權利要求1所述的一種基于分布式發(fā)電的輸配電網(wǎng)戶外節(jié)點狀態(tài)測傳儀，其特征在于，所述系統(tǒng)模塊采用微電腦芯片并嵌入GPRS/3G模塊、TCP/IP協(xié)議模塊、載波通信模塊和RS232/RS485接口電路實現(xiàn)有線和無線多種通信方式，以方便與控制中心和下級支路用戶進行通信。
5.如權利要求1所述的一種基于分布式發(fā)電的輸配電網(wǎng)戶外節(jié)點狀態(tài)測傳儀，其特征在于，數(shù)據(jù)處理和傳輸單元的微 電腦芯片采用DSP芯片TMS320C200。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于分布式發(fā)電的輸配電網(wǎng)戶外節(jié)點狀態(tài)測傳儀，包括系統(tǒng)模塊、控制中心，系統(tǒng)模塊包括數(shù)據(jù)采集前端連數(shù)據(jù)處理和傳輸單元；在輸配電網(wǎng)的節(jié)點和支路處連數(shù)據(jù)采集前端，系統(tǒng)模塊連控制中心。解決了這些狀態(tài)信息的安全、精確測量和計算，同時也解決了狀態(tài)信息的安全傳輸，保證了控制中心對成千上萬的用戶狀態(tài)信息的管理及分析，保證了控制中心對電網(wǎng)的統(tǒng)一安全調(diào)度或根據(jù)節(jié)點自身狀態(tài)直接控制其執(zhí)行機構(gòu)的動作。
文檔編號H04L29/08GK103236740SQ201310133929
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月17日 優(yōu)先權日2013年4月17日
發(fā)明者張恩理, 婁志林, 賀雪平 申請人:湖南天利恩澤太陽能科技有限公司