CN1020998C - 配电网用电信息综合管理计量装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种配电网用电信息综合管理计量装置和方法，具有以使用现有配电网作为载波通道的通讯功能，该装置由载波通讯器和管理计量装置组成，载波通讯器连接在配电网和管理计量装置之间，能实现分散用户用电的集中管理、集中综合信息计量、配电网监示、报警和保护。
Description
本发明涉及配电网用电信息综合管理计量装置和方法，适用于以现有配电线作为载波通道的配电网中，通过通讯站对用户的用电进行集中控制和集中统计综合用电信息的综合管理计量装置。
目前，大量使用的电能表多是单一计量功能的机械电磁感应式电能表，实现多功能计量需要有功表、无功表、需量表等一起使用，分时计电需要时间继电器分时切换不同时间段的不同电能表，计量结构复杂、成本高、故障多，机械式表量程窄、精度价格比低，运行中要产生磨损，寿命短。最主要是不具备通讯功能，只能到位抄表，需要大量人力，无法及时统计电量。
尽管目前已有具有通讯功能的半电子式电能表，由于采用电话线和无线通道，受环境限制无法推广使用，采用专线亦因成本高而无法使用。
专利CN-2050662U“供电系统自动管理装置”中利用现有配电网通道管理用电，采用中继接力方式逐级传送信号;同配电网相连接的输入、输出端口电路中用电容隔离配电信号，未考虑到配电网线路阻抗大大低于隔离电容容抗的因素，故无法使通讯信号有效的通过;通讯采用FSK制式而未用锁相环，必然使用比较宽的载波频带，噪声增加，灵敏度低;而且该装置只通过其电量采集装置采样电压、电流的半周波形，电压变换器和电流变换器中使用二极管引入非线性误差，因此计量不准;该装置中不计量电能，不能作为售电计量装置，亦无停电保护装置;该装置只在接收到中心控制器发出的命令时才采集数据，不实时监视配电网和用户用电状态，亦无保护报警电路。由于存在上述问题，远不能完成配电网载波通讯电力用户集中控制、计量统计任务。
本发明的目的是为了利用现有配电线，以数字载波通讯分时编址集中管理和统计各分散电力用户的用电及用电综合信息，并能对故障集中报警、保护用户的一套综合管理计量装置。
本发明实现方案是：在配电变压器所属配电网中有多个用电信息综合管理计量装置，通过配电网把这些装置连成通讯网络，上述装置由载波通讯器和管理计量装置组成，载波通讯器连接到配电网，配电网经过管理计量装置连接用户。上述装置实时监视配电网和用户的用电，实时计量用户的用电综合信息，当故障发生时，报警、并保护用户，将故障通过配电网载波通道通知指定通讯站，通讯站通过配电网载波通道集中用电信息综合管理计量装置的信息，并通过该装置控制用户电源。
载波通讯器由晶体振荡器，编码电路，调制电路，功率放大器，耦合器，放大滤波电路，锁相环，解调电路，解码电路，时序电路，电源电路，及微处理器和存储器组成。微处理器和存储器的一个输出端接到调制电路和解调电路，另一个输出端同编码电路的输入相连，编码电路的输出接调制电路的另一个输入，调制电路的输出接功率放大器的输入，功率放大器输出到耦合器的输入端，耦合器同配电网相连，耦合器的输出接放大滤波电路的输入，放大滤波电路的两个输出分别接锁相环的输入和解调电路的一个输入，锁相环的输出接到解调电路的另一个输入端，解调电路输出到解码电路的输入，解码电路的输出接到微处理器和存贮器的输入，时序电路分别给微处理器和存贮器，编码电路，解码电路和调制电路提供时序，电源电路输入接配电网，输出直流电源给各个电路和管理计量装置。
管理计量装置由微处理器和存贮器、外设、弱电化电路、模数转换电路、控制报警电路、显示电路和停电保护电路组成。控制报
警电路接在配电网中用户和弱电化电路之间，控制报警电路的输入接微处理器和存贮器的输出，并根据微处理器的命令报警和控制用户同配电网中的连接开关，微处理器和存贮器同停电保护电路和外设双向多线连接，外设记录信息，微处理器和存贮器的输出同显示电路的输入相连，输入同模数转换电路的输出相连。接在配电网中主电线同控制报警电路之间的弱电化电路的输出接模数转换电路的输入，停电保护电路的输出接时序电路的输入。
附图1是配电网用电信息综合管理计量装置示意图
附图2是载波通讯器原理框图
附图3是用电信息综合管理计量装置框图
附图4是用电信息综合管理计量装置程序框图
附图5是耦合器原理图
本发明是一种配电网数字载波通讯用电信息综合管理计量装置，在配电变压器（E）所属配电网（F）中有多个用电信息综合管理计量装置（Cn），如图1所示，由配电网连成网络，该装置（Cn）由载波通讯器（An）和管理计量装置（Bn）组成，载波通讯器（An）连接到配电网（F），配电网经过管理计量装置（Bn）到用户。上述装置实时监视配电网和用户的用电，实时计量用户的用电综合信息，当故障发生时，报警、保护用户，并将故障通过配电网（F）载波通道通知指定通讯站（D），通讯站（D）通过配电网（F）载波通道集中用电信息综合管理计量装置（Bn）的信息，并通过该装置控制用户电源。
载波通讯器（An），如图2所示，由晶体振荡器（1），编码电路（2），调制电路（3），功率放大器（4），耦合器（5），放大、滤波电路（6），锁相环（7），解调电路（8），解码电路（9），时序电路（10），电源电路（11）组成。微处理器和存贮器（12）的一个输出端接调制电路（3）和解调
电路（8），另一个输出端同编码电路（2）的输入相连，编码电路（2）的输出接调制电路（3）的另一个输入，调制电路（3）的输出接功率放大器（4）的输入，功率放大器（4）输出到耦合器（5）的输入端，耦合器（5）同配电网（F）相连，耦合器（5）的输出接放大滤波电路（6）的输入，放大滤波电路（6）的两个输出分别接锁相环（7）的输入和解调电路（8）的另一个输入，锁相环（7）的输出接到解调电路（8）的另一个输入端，解调电路（8）输出到解码电路（9）的输入，解码电路（9）的输出接到微处理器和存贮器（12）的输入端，时序电路（10）分别给微处理器和存贮器（12），编码电路（2），解码电路（9）和调制电路（3）提供时序，电源电路（11）输入接配电网（F），输出直流电源给各个电路和管理计量装置（Bn）。
上述耦合器（5）是隔离配电网（F）和载波通讯器（An）之间的配电能量通道，并建立其载波通道的关键电路，同时起到阻抗匹配目的。它由四个耦合电容（24，25，26，29）、四个耦合电感（21，22，23，30）、中频变压器（27）和谐振电容（28）组成，如图5所示，其中三个通过耦合电感（21，22，23）连在一起的耦合电容（24，25，26）分别接配电网（F）的三根相线，当同单相电网（F）相连时，其中的一个电容接相线，另一耦合电容（29）接中心线，相线信号和中心线信号经过电容电感耦合到中频变压器（27）的初级线圈两端，中频变压器（27）的次级线圈两端接谐振电容（28）的两端，形成另一级谐振滤波器，谐振电容（28）一端接信号地，另一端输出到放大滤波电路（6）的输入，次级线圈抽头接功率放大器（4）的输出。
时序电路（10）中的基准频率由石英晶体振荡器（1）产生，有良好的温度特性和一致性。
功率放大器（4）为了适应配电网（F）阻抗大范围变化的情况，
采用恒流放大器，或是恒压放大器，或是恒功率放大器。
管理计量装置（Bn）如图3所示，由微处理器和存贮器（12），外设（13），弱电化电路（14），模数转换电路（15），控制报警电路（16），显示电路（17）和停电保护电路（18）组成。控制报警电路（16）接在配电网（F）中用户（U）和弱电化电路（14）之间，控制报警电路（16）的输入接微处理器和存贮器（12）的输出，根据微处理器的命令报警和控制用户同配电网（F）中的连接开关，微处理器和存贮器（12）同停电保护电路（18）和外设（13）双向多线连接，外设（13）记录信息，微处理器和存贮器（12）的输出同显示电路（17）的输入相连，输入同模数转换电路（15）的输出相连。接在配电网（F）中主电线同控制报警电路（16）之间的弱电化电路（14）的输出接模数转换电路（15）的输入，停电保护电路（18）的输出接时序电路（10）的输入。
其中弱电化电路（14）线性缩小配电网（F）和用户的完整波形的相电压、相电流和中心线电流，配电网（F）是三相四线时，有三个相电压、三个相电流和一个中心线电流;配电网（F）是单相时，有一个相电压，一个相电流和一个中心线电流。
停电保护电路（18）采用电可擦除可编程只读存贮器，能长期保存信息，而且停电后供给时序电路（10）中日历，时钟电路电源。
一种用于用电信息综合管理计量装置（Gn）的管理计量方法，分采样周期，数据处理周期和通讯周期循环进行;
首先，上电开机后进行初始化，进入采样周期，采样第一步是采样一点，第二步归一化，第三步予处理，第四步判断采样数据是否完成，若未完成，返回第一步，若完成，则进入数据处理周期;
数据处理周期中第一步进行数据处理，根据处理结果，第二步判断是否有故障，若有，则关电源报警，并设置通讯请求，到第三
步累计数据;若无故障，直接从第二步到第三步累计数据，之后进入第四步更新显示，然后进入通讯周期;
通讯周期中第一步查询通讯口，第二步判断有无来自故障判断的通讯请求、或在前两个周期中来自配电网（F）中其它通讯站的通讯请求，若有则进入第三步判断地址，若包括本机地址，则进行第四步校验纠错，第五步命令分析和第六步执行命令，之后进入第七步判断通讯时间到否，若不到则返回第一步，若到则进入采样周期，其中第二步，第三步判断是否定时，直接到第七步判断时间。
配电网用电信息综合管理计量装置，由于是具备利用现有配电网进行数字载波通讯功能的用电信息计量、用电管理到户的装置，既可以利用配电线作为通讯通道集中各分散用户的各种用电信息、集中管理用户用电，又能实时综合计量、监视用户和配电网，还有保护用户的功能。因此对用户的管理作到现代化、科学化，为彻底改变人工到位抄表的繁重工作开辟了新的途径。
本装置采用全电子线路，无磨损，寿命长，是一种新型的更新换代产品。
Claims (7)
1、一种适于配电网数字载波通讯的用电信息综合管理计量装置(Cn)，由载波通讯器(An)和管理计量装置(Bn)组成，载波通讯器(An)连接到配电网(F)，配电线经过管理计量装置(Bn)到用户(U)，其特征在于：载波通讯器(An)由晶体振荡器(1)，编码电路(2)，调制电路(3)，功率放大器(4)，耦合器(5)，放大滤波电路(6)，锁相环(7)，解调电路(8)，解码电路(9)，时序电路(10)和电源电路(11)组成，微处理器和存贮器(12)的一个输出端接到调制电路(3)和解调电路(8)，另一个输出端同编码电路(2)的输入相连，编码电路(2)的输出接调制电路(3)的另一个输入，调制电路(3)的输出接功率放大器(4)的输入，功率放大器(4)输出到耦合器(5)的输入端，耦合器(5)同配电网(F)相连，耦合器(5)的输出接放大滤波电路(6)的输入，放大滤波电路(6)的两个输出分别接锁相环(7)的输入和解调电路(8)的一个输入，锁相环(7)的输出接到解调电路(8)的另一个输入端，解调电路(8)输出到解码电路(9)的输入，解码电路(9)的输出接到微处理器和存贮器(12)的输入端，时序电路(10)分别给微处理器和存贮器(12)，编码电路(2)，解码电路(9)和调制电路(3)提供时钟，电源电路(11)接配电网(F)，给整个电路以及管理计量装置(Bn)提供电源；
管理计量装置(Bn)由微处理器和存贮器(12)，弱电化电路(14)，模数转换电路(15)，控制报警电路(16)，显示电路(17)停电保护电路(18)和外设(13)组成，控制报警电路(16)接在配电网(F)中用户(U)和弱电化电路(14)之间，控制报警电路(16)的输入接微处理器和存贮器(12)的输出，微处理器和存贮器(12)同停电保护电路(18)和外设(13)双向多线连接，微处理器和存贮器(12)的输出口同显示电路(17)的输入口相连，输入口同模数转换电路(15)的输出口相连，接在配电网(F)同控制报警电路(16)之间的弱电化电路(14)的输出接模数转换电路(15)的输入，停电保护电路(18)的输出接时序电路(10)的输入口。
2、根据权利要求1所述装置，其特征在于：耦合器（5）由四个耦合电容（24，25，26，29）、四个耦合电感（21，22，23，30）、中频变压器（27）和谐振电容（28）组成，其中三个通过耦合电感连在一起的耦合电容（24，25，26）分别接配电网（F）的三根相线，当同单相电网（F）相连时，其中的一个电容接相线;另一耦合电容（29）接中心线，相线信号和中心线信号经过电容电感耦合到中频变压器（27）的初级线圈两端，中频变压器（27）的次级线圈两端接谐振电容（28）的两端，其中一个次级端点接信号地，另一个次级端点输出到放大滤波电路（6）的输入，次级线圈抽头接功率放大器（4）。
3、根据权利要求1所述装置，其特征在于：时序电路（10）同石英晶体振荡器（1）相连接，时序电路（10）还供给微处理器和存贮器（12）时钟和日历。
4、根据权利要求1所述装置，其特征在于：功率放大器（4）采用恒流放大器，或恒压放大器，或恒功率放大器。
5、根据权利要求1所述装置，其特征在于：弱电化电路（14）线性缩小配电网（F）和用户的完整波形的相电压、相电流和中心线电流，配电网（F）是三相四线时，有三个相电压、三个相电流和一个中心线电流共七个，配电网（F）是单相时，有一个相电压，一个相电流和一个中心线电流。
6、根据权利要求1所述装置，其特征在于：停电保护电路（18）采用电可擦除可编程只读存贮器存贮数据，而且停电后供给时序电路中日历、时钟电路电源。
7、一种用于用电信息综合管理计量装置（Cn）的管理计量方法，其特征在于：分采样周期，数据处理周期和通讯周期循环进行;
首先，上电开机后进行初始化，进入采样周期，采样第一步是采样一点，第二步归一化，第三步予处理，第四步判断采样数据是否完成，若未完成，返回第一步，若完成，则进入数据处理周期;
数据处理周期中第一步进行数据处理，根据处理结果，第二步判断是否有故障，若有，则关电源报警，并设置通讯请求，到第三步累计数据;若无故障，直接从第二步到第三步累计数据，之后进入第四步更新显示，然后进入通讯周期;
通讯周期中第一步查通讯口，第二步判断有无来自故障判断的通讯请求，或在前两个周期中来自配电网（F）中其它通讯站的通讯请求，若有则进入第三步判断地址，若包括本机地址，则进行第四步校验纠错，第五步命令分析和第六步执行命令，之后进入第七步判断通讯时间到否，若不到则返回第一步，若到则到采样周期，其中第二步，第三步判断是否定时，直接到第七步判断时间。
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