CN116826952A - 一种新型计量箱智能量测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型计量箱智能量测系统，由断路器执行机构、保护功能模块、测温传感器、计量传感器构成断路器本体，电源模块、物联通信模块、主控模块、负荷辨识模块、接口模块构成智能量测单元。在智能量测单元内部构建智能量测系统平台，由数据中心、量测软件模块、数据采集软件模块、物联通信软件模块、负荷辨识软件模块、供电回路监测软件模块、计量箱电量平衡监测软件模块、计量装置异常监测软件模块等组成。本发明具有高精度的量测能力、危险负荷的精准监测能力、多元化的数据采集能力、强大的边缘计算能力，对支撑新型电力系统建设，提高计量箱实时监测能力具有重要意义。

Description

一种新型计量箱智能量测系统

技术领域

本发明属于低压用电信息采集技术领域，更具体为一种新型计量箱智能量测系统。

背景技术

随着新型电网加速建设，对低压电网监测能力的提升有着迫切的需求，因此对计量箱的智能化需求也逐渐提升，目前计量箱内部安装的设备种类与数量也越来越多，导致计量、采集、开关等设备间连接线较多，安装以及操作的复杂度明显提升，带来周期长、易错接、短路等问题。多种设备的分散安装，也导致整个系统运行过程中的故障点比较多，给现场运维消缺造成很大困扰，不利于低压电网监测能力的提升工作开展。

近年来，随着智能电网的发展和人们生活水平不断提升，居民用户的电器种类也越来越多，对精准精益用电服务需求正在不断增长。尤其是对于一些危险负荷，例如电瓶车充电等，居民用户尚缺乏安全防范意识，经常会造成不可挽回的灾难。目前用电信息采集系统缺乏对用户电器的分类辨识，也不具备对危险负荷的监测能力，无法实现对用户负荷的科学管理。

目前低压计量箱中的标准设备中，尚不具备对计量箱进线端的计量能力，无法实现对计量箱分时线损的实时监测，对于计量箱的电量平衡缺乏有效的监测手段，现已成为线损精益化的管理水平提升进程中的瓶颈。

而随着对计量箱智能化水平需求的提升，现有方案是在计量箱内部除进线断路器以外，需安装断路器进线的计量、智能电能表的采集通信等设备。多种设备的分散安装，也导致整个系统运行过程中的故障点比较多，给现场运维消缺造成很大困扰，分散安装的设备彼此之间的信息交互效率比较低且同步性较差，因此，对关键节点故障研判的准确性不高，无法满足提高精准服务水平的需求。

当前用电信息采集系统对于计量装置的异常监测，主要手段是通过集中器配置采集任务，实现对电能表的停走、飞走、示度下降、时钟超差等异常监测。但是由于低压台区的用户数量较多，集中器的采集周期较大，对于计量装置的异常监测的准确度不高，经常出现误报、漏报现象。

HPLC通信技术的推广应用给用户停电事件监测能力带来了极大提升，实现了台区停电、用户停电的监测功能，但目前用电信息采集系统仍缺乏对计量箱停电（例如计量箱进线断路器跳闸等）的监测能力。且随着用采系统的全面覆盖，设备运行环境复杂多变，对用户停电监测的正确性、及时性造成了巨大影响。

发明内容

本发明提供了一种新型计量箱智能量测系统，提高计量箱实时监测能力。

一种新型计量箱智能量测系统,包括断路器本体和智能量测单元；

所述断路器本体包括：断路器执行机构，所述断路器执行机构设置保护功能模块、测温传感器和计量传感器；保护功能模块是通过脱扣器连接到执行机构的，组成电子式脱扣器，执行脱扣分闸动作；测温传感器安装在接线柱附近，测量接线柱的温度；

所述智能量测单元包括：物联通信模块、主控模块和接口模块；通过主控模块实现对线路异常的实时监测；

所述保护功能模块与所述主控模块之间采用串口通信，用于所述主控模块实时获取断路器状态，所述保护功能模块具有长延时、短延时等监测功能，并可驱动所述断路器执行机构断开，实现短路、过载等保护功能，同时可实现对断路器的远程控制；

所述测温传感器与所述主控模块之间采用IIC通信，用于所述主控模块实时获取断路器接线柱温度数据；

所述计量传感器与所述主控模块之间设有电流模拟量传输信号线，用于所述主控模块实时获取断路器电流模拟信号，实现计量箱进线端的计量功能，所述计量传感器具有高精度宽量程的电流信号采集转换能力；

所述主控模块与物联通信模块之间采用UART通信，用于实现通信通道的转换，所述物联通信模块用于实现系统的远程通信功能，可与外部的台区中集中器、融合终端、能源控制器等设备进行通信；

所述主控模块分别与接口模块的电能脉冲接口和RS485接口进行连接，所述接口模块的RS485接口用于实现对计量箱内用户电能表的用电信息采集功能，从而实现对计量箱电能表的分钟采集、计量箱其它设备的扩展采集、本地维护等功能；所述电能脉冲接口用于计量准确度校准。

进一步的，所述智能量测单元还包括：负荷辨识模块所述主控模块通过UART接口和SPI接口分别连接连接负荷辨识模块，所述负荷辨识模块用于实现危险负荷识别、电器识别功能。

进一步的，所述的智能量测单元还包括：电源模块，所述电源模块为所述物联通信模块、主控模块、负荷辨识模块和接口模块提供工作电源。

进一步的，所述电源模块从断路器本体的进线接线柱引入强电，装置跳闸后，智能量测单元可正常工作。

进一步的，所述测温传感器设置于断路器本体的A、B、C三相输入、输出六个接线端子，用于采集六个接线端子温度，实现对线路虚接、搭接等异常情况的监测。

进一步的，所述主控模块内部设有智能量测系统平台，所述智能量测系统平台包括：数据中心、量测软件模块、数据采集软件模块、物联通信软件模块、负荷辨识软件模块、供电回路监测软件模块、计量箱电量平衡监测软件模块和计量装置异常监测软件模块；

数据中心分别连接量测软件模块、数据采集软件模块、物联通信软件模块、负荷辨识软件模块、供电回路监测软件模块、计量箱电量平衡监测软件模块和计量装置异常监测软件模块；

量测软件模块实现线路交流模拟量的实时采集，并将结果存入数据中心；

数据采集软件模块实现对计量箱用户电能表数据的分钟级采集，并将结果存入数据中心；

负荷辨识软件模块基于量测软件模块对线路交流模拟量的采集数据与数据采集软件模块对各用户电能表的分钟及采集数据，实现对各用户的负荷分析，识别危险负荷的使用情况，并将结果存入数据中心；

供电回路监测软件模块基于量测软件模块对线路交流模拟量的采集数据实现对供电回路的实时监测，例如回路阻抗，电压、谐波等，并将结果存入数据中心；

计量箱电量平衡监测软件模块基于量测软件模块对线路交流模拟量的采集数据与数据采集软件模块对各用户电能表的分钟及采集数据，实现对计量箱供电与用电平衡的监测，并将结果存入数据中心；

计量装置异常监测软件模块实现对计量箱内各用户电能表的时钟超差、停走、飞走、失压、断相、失准等异常的实时监测，并将结果存入数据中心；

数据中心用于接收和存储量测软件模块、数据采集软件模块、负荷辨识软件模块、供电回路监测软件模块、计量箱电量平衡监测软件模块、计量装置异常监测软件模块监测或采集的数据；

物联通信软件模块实现将数据中心的数据上报至主站。

工作流程：

智能量测系统平台运行量测软件模块，从断路器本体的计量传感器中获取电压、电流的模拟信号，通过量测软件模块实现对计量箱进线端的计量功能，并存至数据中心；从断路器本体的测温传感器中获取温度信号，通过通过量测软件模块实现对断路器各接线柱的温度测量，并存至数据中心；

智能量测系统平台运行数据采集软件模块，通过智能量测单元接口模块中的RS485接口，快速抄读计量箱内所有电能表的计量数据，并存至数据中心；

智能量测系统平台运行负荷辨识软件模块，负荷辨识软件模块从数据中心获取计量箱进线端的计量数据、计量箱内所有电能表的计量数据、以及量测软件模块提供的原始采样波形数据，实现对各用户的负荷分析，识别危险负荷的使用情况，并将结果存入数据中心；

智能量测系统平台同步运行供电回路监测软件模块，供电回路监测软件模块从数据中心获取计量箱进线端的计量数据、计量箱内所有电能表的计量数据，实现对供电回路的实时监测，例如回路阻抗，电压、谐波等，并将结果存入数据中心；

智能量测系统平台同步运行计量箱电量平衡监测软件模块，计量箱电量平衡监测软件模块从数据中心获取计量箱进线端的计量数据、计量箱内所有电能表的计量数据，实现对计量箱供电与用电平衡的监测，并将结果存入数据中心；

智能量测系统平台同步运行计量装置异常监测软件模块，计量装置异常监测软件模块从数据中心获取计量箱进线端的计量数据、计量箱内所有电能表的计量数据，实现对计量箱内各用户电能表的时钟超差、停走、飞走、失压、断相、失准等异常的实时监测，并将结果存入数据中心

智能量测系统平台同步运行物联通信软件模块，当负荷辨识软件模块、供电回路监测软件模块、计量箱电量平衡监测软件模块、计量装置异常监测软件模块产生异常事件存储如数据中心时，物联通信软件模块立刻发起通信，实时将异常事件上报至主站。

有益效果

本发明实现了集三相智能电能表、非介入式三相负荷辩识模组、用电信息采集器、计量箱智能监测终端等功能于一体，具有高精度的量测能力、危险负荷的精准监测能力、多元化的数据采集能力、强大的边缘计算能力，对支撑新型电力系统建设，提高计量箱实时监测能力具有重要意义。

附图说明

图1为智能量测系统及方法结构示意图；

图2为智能量测系统平台示意图。

实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示一种新型计量智能量测系统及方法结构示意图，一种新型计量箱智能量测系统，包括断路器本体1和智能量测单元2；

所述断路器本体1包括：断路器执行机构2，所述断路器执行机构2设置接保护功能模块3、测温传感器4和计量传感器5；

所述智能量测单元6包括：物联通信模块8、主控模块9和接口模块11；

所述保护功能模块3与所述主控模块9之间采用串口通信，用于所述主控模块9实时获取断路器状态；保护功能模块是通过脱扣器连接到执行机构的，组成电子式脱扣器，执行脱扣分闸动作；电子式脱扣器的保护性能主要靠电子元件和程序来驱动，电子元件在常规使用环境下不受环境温度、湿度的环境因素的影响在扩展性方面：电子式脱扣器的动作时间动作电流等参数可调节，In范围大，可读取数据、可延伸功能（如通讯、显示等）；

所述测温传感器4与所述主控模块9之间采用IIC通信，用于所述主控模块9实时获取断路器接线柱温度数据；测温传感器安装在接线柱附近，测量接线柱的温度，可实时监测接线柱温度，防止虚接带来阻抗导致局部发热造成安全隐患

所述计量传感器5与所述主控模块9之间设有电流模拟量传输信号线，用于所述主控模块9实时获取断路器电流模拟信号，实现计量箱进线端的计量功能，所述计量传感器具有高精度宽量程的电流信号采集转换能力；

所述主控模块9与物联通信模块8之间采用UART通信，用于实现通信通道的转换，基于物联通信模块的高精度时钟同步，实现台区中不同开关中主控模块的时钟同步，提高数据采集的同步性，有利于分布式边缘计算结果可靠性的提升。

所述主控模块9分别与接口模块11的电能脉冲接口和RS485接口进行连接，所述接口模块11的RS485接口用于实现对计量箱内用户电能表的用电信息采集功能，从而实现对计量箱电能表的分钟采集、计量箱其它设备的扩展采集、本地维护等功能；所述电能脉冲接口用于计量准确度校准，提升计量箱的监测能力。

所述智能量测单元6还包括：负荷辨识模块10所述主控模块9通过UART和SPI分别连接连接负荷辨识模块10，所述负荷辨识模块10用于实现危险负荷识别、电器识别功能，SPI传输计量箱进线端的采样波形数据；UART传输计量箱内各电能表的分钟级采集数据，最终实现了负荷识别到户的功能，降低了负荷辨识推广成本。

所述的智能量测单元6还包括：电源模块7，所述电源模块7为所述物联通信模块8、主控模块9、负荷辨识模块10和接口模块11提供工作电源。

所述电源模块7从断路器本体1的进线接线柱引入强电，装置跳闸后，智能量测单元可正常工作，并且上报断路器及计量箱的工作状态等数据。

所述测温传感器4设置于断路器本体1的A、B、C三相输入、输出六个接线端子，用于采集六个接线端子温度。

如图2所示，所述主控模块9内部设有智能量测系统平台12，所述智能量测系统平台12包括：数据中心13、量测软件模块14、数据采集软件模块15、物联通信软件模块16、负荷辨识软件模块17、供电回路监测软件模块18、计量箱电量平衡监测软件模块19、计量装置异常监测软件模块20。

量测软件模块14实现线路交流模拟量的实时采集，并将结果存入数据中心13；

数据采集软件模块15实现对计量箱用户电能表数据的分钟级采集，并将结果存入数据中心13；

负荷辨识软件模块17基于量测软件模块对线路交流模拟量的采集数据与数据采集软件模块对各用户电能表的分钟及采集数据，实现对各用户的负荷分析，识别危险负荷的使用情况，并将结果存入数据中心13；

供电回路监测软件模块18基于量测软件模块对线路交流模拟量的采集数据实现对供电回路的实时监测，例如回路阻抗，电压、谐波等，并将结果存入数据中心；

计量箱电量平衡监测软件模块19基于量测软件模块对线路交流模拟量的采集数据与数据采集软件模块对各用户电能表的分钟及采集数据，实现对计量箱供电与用电平衡的监测，并将结果存入数据中心13；

计量装置异常监测软件模块20实现对计量箱内各用户电能表的时钟超差、停走、飞走、失压、断相、失准等异常的实时监测，并将结果存入数据中心13；

数据中心13用于接收和存储量测软件模块14、数据采集软件模块15、负荷辨识软件模块17、供电回路监测软件模块18、计量箱电量平衡监测软件模块19、计量装置异常监测软件模块20监测或采集的数据；

物联通信软件模块16实现将数据中心13的数据上报至主站。

1）所述的断路器本体设有断路器执行机构、保护功能模块、计量传感器与测温传感器。所述的保护功能模块具有长延时、短延时等监测功能，并可驱动所述的断路器执行机构断开，实现短路、过载等保护功能，同时所述的保护功能模块具有三个LED指示灯，实现运行、告警、故障指示。

2）所述的断路器本体设计了测温传感器，其中所述的测温传感器具备对所述接线柱的上下两端A、B、C共6个接线柱的温度进行采集。

3）所述的断路器本体设计了计量传感器，所述的计量传感器具有高精度宽量程的电流信号采集转换能力。

4）所述的智能量测单元设计了电源模块，所述的电源模块从断路器的进线端引入强电输入，所述的电源模块为所述的物联通信模块、主控模块、负荷辨识模块、接口模块提供工作电源。本发明的优势在于装置跳闸后，智能量测单元可正常工作。

5）所述的智能量测单元设有物联通信模块，所述的物联通信模块实现系统的远程通信功能，可与台区中集中器、融合终端、能源控制器等设备进行通信。

6）所述的智能量测单元设有负荷辨识模块，所述的负荷辨识模块实现危险负荷识别、电器识别等功能，相较于现有的负荷辨识产品，本发明结合对各用户电能表的分钟采集数据，可进一步将负荷辨识结果分解到某用户，优于现有的需要在每个用户电能表安装负荷辨识模块的方案，有利于负荷辨识技术的推广应用。

7）所述的智能量测单元设有接口模块，所述的接口模块实现对计量箱内用户电能表的用电信息采集功能。

8）所述的主控模块与所述的测温传感器之间采用IIC通信，所述主控模块可从测温传感器实时获取测温数据。所述主控模块与所述保护功能模块之间采用串口通信，所述主控模块可从保护功能模块实时获取断路器状态。

9）所述地主控模块与所述的计量传感器之间设计有A、B、C电流模拟信号线，所述主控模块实时获取原始电流采样波形，具有高精度宽量程的计量能力，实现计量箱进线端的计量功能；所述的主控模块与物联通信模块之间采用UART通信，实现通信通道的转换；所述的主控模块与负荷辨识模块之间设计有高速SPI与高速UART两路接口，实现危险负荷的识别与电气识别数据的获取；所述的主控模块通过所述的接口模块，实现对计量箱电能表的分钟采集、计量箱其它设备的扩展采集、本地维护等功能。

10）所述的智能量测单元内部设有智能量测系统平台，所述的智能量测系统平台设有数据中心、量测软件模块、数据采集软件模块、物联通信软件模块、负荷辨识软件模块、供电回路监测软件模块、计量箱电量平衡监测软件模块、计量装置异常监测软件模块，现了计量箱用户电能表的档案管理、用户电能表的数据转发与分钟采集、计量箱环境数据采集监测、计量箱供售电量的平衡监测、低压供电回路的异常监测、计量装置的异常在线监测、停电监测等功能。具有集三相智能电能表、非介入式三相负荷辩识模组、用电信息采集器、计量箱智能监测终端等功能于一体的优势。对比现有的同类型产品，如智能断路器、采集器、计量箱监测终端等设备，本法发明具有更高精度的量测能力，更为准确的危险负荷监测能力，多元化的数据采集能力、以及强大的边缘计算能力，全面提升低压计量箱的监测能力。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型计量箱智能量测系统，其特征在于：包括断路器本体（1）和智能量测单元（2）；所述断路器本体（1）包括：断路器执行机构（2），所述断路器执行机构（2）设置保护功能模块（3）、测温传感器（4）和计量传感器（5）；

所述智能量测单元（6）包括：物联通信模块（8）、主控模块（9）和接口模块（11）；

所述保护功能模块（3）与所述主控模块（9）之间采用串口通信，用于所述主控模块（9）实时获取断路器状态；

所述测温传感器（4）与所述主控模块（9）之间采用IIC通信，用于所述主控模块（9）实时获取断路器接线柱温度数据；

所述计量传感器（5）与所述主控模块（9）之间设有电流模拟量传输信号线，用于所述主控模块（9）实时获取断路器电流模拟信号，实现计量箱进线端的计量功能；

所述主控模块（9）与物联通信模块（8）之间采用UART通信，用于实现通信通道的转换；

所述主控模块（9）分别与接口模块（11）的电能脉冲接口和RS485接口进行连接，所述接口模块（11）的RS485接口用于实现对计量箱内用户电能表的用电信息采集功能，所述电能脉冲接口用于计量准确度校准。

2.根据权利要求1所述的一种新型计量箱智能量测系统，其特征在于：所述智能量测单元（6）还包括：负荷辨识模块（10），所述主控模块（9）通过UART接口和SPI接口分别连接连接负荷辨识模块（10），所述负荷辨识模块（10）用于实现危险负荷识别、电器识别功能。

3.根据权利要求2所述的一种新型计量箱智能量测系统，其特征在于：所述的智能量测单元（6）还包括：电源模块（7），所述电源模块（7）为所述物联通信模块（8）、主控模块（9）、负荷辨识模块（10）和接口模块（11）提供工作电源。

4.根据权利要求3所述的一种新型计量箱智能量测系统，其特征在于：所述电源模块（7）从断路器本体（1）的进线接线柱引入强电，装置跳闸后，智能量测单元可正常工作。

5.根据权利要求1所述的一种新型计量箱智能量测系统，其特征在于：所述测温传感器（4）设置于断路器本体（1）的A、B、C三相输入、输出六个接线端子，用于采集六个接线端子温度。

6.根据权利要求1所述的一种新型计量箱智能量测系统，其特征在于：所述主控模块（9）包括：智能量测系统平台（12），所述智能量测系统平台（12）包括：数据中心（13）、量测软件模块（14）、数据采集软件模块（15）、物联通信软件模块（16）、负荷辨识软件模块（17）、供电回路监测软件模块（18）、计量箱电量平衡监测软件模块（19）、计量装置异常监测软件模块（20）；

量测软件模块（14）用于线路交流模拟量的实时采集，并将结果存入数据中心（13）；

数据采集软件模块（15）用于对计量箱用户电能表数据的分钟级采集，并将结果存入数据中心；

负荷辨识软件模块（17）用于对各用户的负荷分析，识别危险负荷的使用情况，并将结果存入数据中心（13）；

供电回路监测软件模块（18）用于对供电回路的实时监测；

计量箱电量平衡监测软件模块（19）用于对计量箱供电与用电平衡的监测，并将结果存入数据中心（13）；

计量装置异常监测软件模块（20）用于现对计量箱内各用户电能表的实时监测，并将结果存入数据中心（13）；

数据中心（13）用于接收和存储量测软件模块（14）、数据采集软件模块（15）、负荷辨识软件模块（17）、计量箱电量平衡监测软件模块（19）、计量装置异常监测软件模块（20）监测或采集的数据；

物联通信软件模块（16）用于将数据中心（13）的数据上报至主站。