一种采样与电源取能一体的负荷监测装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种采样与电源取能一体的负荷监测装置及其控制方法，涉及电网负荷监测技术领域。该采样与电源取能一体的负荷监测装置及其控制方法包括电流互感器电流采样电路、电流互感器取能电路和罗氏线圈电流采样电路。该采样与电源取能一体的负荷监测装置及其控制方法，通过高精度、高采样率的采集电路保证了线路上负荷数据的准确性，同时采用罗氏线圈与电流互感器同步采样的方式确保采样数据的范围足够，在发生过负荷以及浪涌时保证装置的安全与采样数据的精确度，有效的弥补了电流互感器自身存在的磁饱和与磁滞的缺陷，并且通过采用PWM脉冲宽度调制的方式实现备用电源取能与电流数据采集无缝切换。

【技术实现步骤摘要】
一种采样与电源取能一体的负荷监测装置及其控制方法
本专利技术涉及电网负荷监测
，具体为一种采样与电源取能一体的负荷监测装置及其控制方法。
技术介绍
在智能电网中，精准的数据采集与负荷监测是整个电力系统安全与经济运行的基础。因此，高压线路电流的监测显得愈发重要，精准全面的电流数据采集与负荷监测在负荷转供、故障排查、线损定位中起着至关重要的作用。目前采用的负荷监测装置多为传统的电流互感器采样装置，其具有准确度高、对输配电线路影响小的特点。但由于CT本身存在的磁滞与磁饱和现象，使得此类设备无法承受线路过载与浪涌带来的冲击，安全保障不足。同时该类装置通常采用两种供电方式，一种是干电池供电，这种供电方式续航时间有限，装置需要反复拆卸更换电池，耗费人力物力时间，且需要配合停电检修工作，另一种是从CT取电的锂电池供电方式，这种方式在给锂电池充电阶段无法对线路电流进行监测，不能保证电流数据采集的全面性与可靠性。
技术实现思路
(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种采样与电源取能一体的负荷监测装置及其控制方法，解决了传统负荷检测不能应对线路过载与浪涌带来的冲击以及供电方式不合理的问题。(二)技术方案为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：一种采样与电源取能一体的负荷监测装置，包括电流互感器、可关断桥式整流电路、MOSFET开关电路、备用电源智能充放电电路、备用电源、差分放大电路、单片机主控单元、远程通信电路、罗氏线圈、积分电路、绝对值整流电路。其中电流互感器的副边连接可关断桥式整流电路，可关断桥式整流电路的一端连接单片机主控单元的第一PWM信号输出端口csprotect，可关断桥式整流电路的另一端连接MOSFET开关电路，MOSFET开关电路的一端连接单片机主控单元的第二PWM信号输出端口cssync，MOSFET开关电路的一端连接备用电源智能充放电电路，备用电源智能充放电电路连接备用电源，备用电源智能充放电电路的输出端分别连接差分放大电路、远程通信电路、单片机主控单元芯片供电端口、积分电路和绝对值整流电路，MOSFET开关电路的另一端连接差分放大电路，差分放大电路的另一端连接单片机主控单元的第一采样端口csCT。罗氏线圈的副边连接积分电路的一端，积分电路的另一端连接绝对值整流电路的一端，绝对值整流电路的另一端连接单片机主控单元的第二采样端口csrog。单片机主控单元的远程通信端口与远程通信电路相连。其中，当单片机主控单元的第一PWM信号输出端口csprotect和单片机主控单元的第二PWM信号输出端口cssync同时为低电平时，电流互感器、可关断桥式整流电路和MOSFET开关电路组成电流互感器取能电路，当单片机主控单元的第一PWM信号输出端口csprotect为低电平，同时单片机主控单元的第二PWM信号输出端口cssync为高电平时，电流互感器、可关断桥式整流电路、MOSFET开关电路和差分放大电路组成电流互感器电流采样电路，罗氏线圈、积分电路与绝对值整流电路组成罗氏线圈电流采样电路。优选的，所述可关断桥式整流电路用于将电流互感器副边感应所得的交流电流进行整流输出，同时当线路过负荷或出现浪涌电流时将电流互感器副边短路，确保装置安全。优选的，所述MOSFET开关电路用于装置在电流互感器取能电路和电流互感器电流采样电路之间进行无缝切换。优选的，所述备用电源智能充放电电路用于给备用电源充电。优选的，所述备用电源用于通过备用电源智能充放电电路给装置系统提供所需直流电。优选的，所述差分放大电路用于放大电流互感器副边采样电流信号值，输出给单片机主控单元进行数据处理。优选的，所述单片机主控单元用于接收罗氏线圈电流采样电路和电流互感器电流采样电路采集到的电流数值，并进行数据比较，当电流值在电流互感器额定电流范围内，选择电流互感器输出的电流值，当电流值达到电流互感器额定电流值时，选择罗氏线圈电流采样电路输出的电流值，并发出信号给可关断桥式整流电路将电流互感器副边短路，直到罗氏线圈电流采样电路输出的电流数值降到电流互感器额定电流值以内，再发出信号恢复电流互感器电流采样电路工作。同时，单片机主控单元监测备用电源电压值，当备用电源电压降低时，单片机主控单元发出信号给MOSFET开关电路将电流互感器电流采样电路切换至电流互感器取能电路给备用电源充电。单片机主控单元根据用户设定，每隔一定周期通过远程通信电路将采集到的电流数据打包传输到用户终端。优选的，所述远程通信电路用于将装置采集到的电流数据打包传输到用户终端。优选的，所述积分电路用于将罗氏线圈采集到的电流微分值进行积分处理，得到实际的线路电流数据。优选的，所述绝对值整流电路用于将积分电路处理后的交流电流数据进行绝对值整流处理，得到单片机主控单元可接受的直流数字量。一种采样与电源取能一体的负荷监测装置的控制方法，包括测量线路，包括一种采样与电源取能一体的负荷监测装置、电流互感器电流采样电路、电流互感器取能电路和罗氏线圈电流采样电路，所述电流互感器电流采样电路由可关断桥式整流电路、MOSFET开关电路和差分放大电路组合而成，所述电流互感器取能电路由可关断桥式整流电路和MOSFET开关电路组合而成，所述罗氏线圈电流采样电路由罗氏线圈、积分电路和绝对值整流电路组合而成，所述电流互感器的主边设置测量线路上，所述罗氏线圈的主边设置在测量线路上，包括如下步骤：步骤一：备用电源通过备用电源智能充放电电路生成4.2V直流电VDD、-4.2V直流电VEE、3.3V直流电VCC供给装置系统芯片用电；步骤二：装置系统初始化；步骤三：单片机主控单元第一PWM信号输出端口csprotect输出高电平，此时可关断桥式整流电路处于关断状态，电流互感器副边处于短路状态；步骤四：罗氏线圈电流采样电路采集线路侧电流数据传输到单片机主控单元；步骤五：单片机主控单元判断电流值是否超过电流互感器额定电流值，如果是，则回到步骤四；反之，则进入步骤六；步骤六：单片机主控单元第一PWM信号输出端口csprotect输出低电平，此时可关断桥式整流电路处于开通状态；步骤七：单片机主控单元监测备用电源电压是否降低，如果降低则进入步骤八；反之，则进入步骤十；步骤八：单片机主控单元第二PWM信号输出端口cssync输出低电平，此时装置处于电流互感器取能电路状态，通过备用电源智能充放电电路给备用电源充电；步骤九：单片机主控单元监测备用电源电压是否充满，如果没充满，则回到步骤八；反之，则进入步骤十；步骤十：单片机主控单元第二PWM信号输出端口cssync输出高电平，此时装置处于电流互感器电流采样电路状态，电流互感器采集到的电流和罗氏线圈采集到的电流一起传输至单片机主控单元；步骤十一：单片机主控单元判断电流是否超过电流互感器额定电流范围，如果超出，则回到步骤三；反之则进入步骤十二；步骤十二：单片机主控单元判断是否达到用户设定的采样周期，如果达到，单片机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采样与电源取能一体的负荷监测装置，包括电流互感器、控制器和罗氏线圈，其特征在于：所述电流互感器与控制器连接，所述罗氏线圈与控制器连接，所述控制器的电源与电流互感器连接，所述电流互感器与控制器之间设置有可关断桥式整流电路，所述可关断桥式整流电路与控制器连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种采样与电源取能一体的负荷监测装置，包括电流互感器、控制器和罗氏线圈，其特征在于：所述电流互感器与控制器连接，所述罗氏线圈与控制器连接，所述控制器的电源与电流互感器连接，所述电流互感器与控制器之间设置有可关断桥式整流电路，所述可关断桥式整流电路与控制器连接。


2.根据权利要求1所述的一种采样与电源取能一体的负荷监测装置，其特征在于：所述罗氏线圈与控制器之间串联有积分电路、绝对值整流电路，所述罗氏线圈的副边与积分电路连接。


3.根据权利要求2所述的一种采样与电源取能一体的负荷监测装置，其特征在于：所述可关断桥式整流电路与控制器之间设置有差分放大电路。


4.根据权利要求2所述的一种采样与电源取能一体的负荷监测装置，其特征在于：所述控制器为单片机主控单元，所述单片机主控单元的第一PWM信号输出端口csprotect与可关断桥式整流电路连接，所述单片机主控单元的第一采样端口csCT与差分放大电路连接，所述单片机主控单元的远程通信端口连接有远程通信电路，所述单片机主控单元的第二采样端口csrog与绝对值整流电路电性连接。


5.根据权利要求4所述的一种采样与电源取能一体的负荷监测装置，其特征在于：包括备用电源智能充放电电路和备用电源，所述备用电源智能充放电电路分别与远程通信电路、积分电路、绝对值整流电路、差分放大电路、备用电源连接。


6.根据权利要求5所述的一种采样与电源取能一体的负荷监测装置，其特征在于：所述单片机主控单元的芯片供电端口与备用电源智能充放电电路连接。


7.根据权利要求6所述的一种采样与电源取能一体的负荷监测装置，其特征在于：所述可关断桥式整流电路与差分放大电路之间设置有MOSFET开关电路，所述MOSFET开关电路与备用电源智能充放电电路连接。


8.根据权利要求7所述的一种采样与电源取能一体的负荷监测装置，其特征在于：所述MOSFET开关电路与单片机主控单元的第二PWM信号输出端口cssync连接。


9.根据权利要求1～8中任意一项权利要求所述的一种采样与电源取能一体的负荷监测装置，其特征在于：所述可关断桥式整流电路包括第一整流二极管、第二整流二极管、第一MOS管、第二MOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一精密采样电阻、第二精密采样电阻、第三精密采样电阻、第四精密采样电阻、第五精密采样电阻；
电流互感器副边的第一引脚与第一整流二极管D1的phase引脚和第一MOS管Q1的漏极相连，电流互感器副边的第二引脚与第一整流二极管D1的natural引脚和第二MOS管Q2的漏极相连，第一整流二极管D1的阴极同时与第一精密采样电阻Rs1的一端、第二精密采样电阻Rs2的一端、第三精密采样电阻Rs3的一端、第四精密采样电阻Rs4的一端、第五精密采样电阻Rs5的一端、第二整流二极管D2的phase引脚和第二整流二极管D2的natural引脚相连，第二整流二极管D2的阴极与备用电源相连，第一精密采样电阻Rs1的另一端、第二精密采样电阻Rs2的另一端、第三精密采样电阻Rs3的另一端、第四精密采样电阻Rs4的另一端、第五精密采样电阻Rs5的另一端同时与MOSFET开关电路相连，第一MOS管Q1的栅极同时与第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端相连，第一MOS管Q1的源极同时与第一电阻R1的另一端、第二MOS管Q2的源极、第三电阻R3的一端以及地相连，第二电阻R2的另一端同时与第四电阻R4的一端以及单片机主控单元U4的第十六引脚第一PWM信号输出端口csprotect相连，第四电阻R4的另一端同时与第三电阻R3的另一端以及第二MOS管Q2的栅极相连。


10.根据权利要求7～8中任意一项权利要求所述的一种采样与电源取能一体的负荷监测装置，其特征在于：所述MOSFET开关电路包括第三MOS管、第五电阻和第六电阻，第三MOS管Q3的漏极同时与可关断桥式整流电路的第一精密采样电阻Rs1的另一端、第二精密采样电阻Rs2的另一端、第三精密采样电阻Rs3的另一端、第四精密采样电阻Rs4的另一端、第五精密采样电阻Rs5的另一端相连，第三MOS管Q3的栅极同时与第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端相连，第三MOS管Q3的源极同时与第五电阻R5的另一端和地相连，第六电阻R6的另一端与单片机主控单元U4的第十二引脚第二PWM信号输出端口cssync相连。


11.根据权利要求4～8中任意一项权利要求所述的一种采样与电源取能一体的负荷监测装置，其特征在于：所述差分放大电路包括第三TVS二极管、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一静电阻抗器、第二运算放大器，第三TVS二极管D3的阴极同时与第七电阻R7的一端、可关断桥式整流电路的第一精密采样电阻Rs1的一端、第二精密采样电阻Rs2的一端、第三精密采样电阻Rs3的一端、第四精密采样电阻Rs4的一端、第五精密采样电阻Rs5的一端、第二整流二极管D2的phase引脚和第二整流二极管D2的natural引脚相连，第七电阻R7的另一端同时与第一静电阻抗器U1的第三引脚、第十电阻R10的一端以及第二运算放大器U2的第三引脚相连，第十电阻R10的另一端同时与第三TVS二极管的阳极、第一静电阻抗器U1的第一引脚和地相连，第八电阻R8的一端与MOSFET开关电路的第三MOS管Q3的漏极相连，第八电阻R8的另一端同时与第一静电阻抗器U1的第二引脚、第九电阻R9的一端、第二运算放大器U2的第二引脚相连，第九电阻R9的另一端与第二运算放大器U2的第一引脚以及单片机主控单元U4的第十三引脚第一采样端口csCT相连，第二运算放大器U2的第8引脚同时与第一电容C1的一端、第一静电阻抗器U1的第四引脚以及4.2V直流电VDD相连，第一电容C1的另一端与地相连，第二运算放大器U2的第四引...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁迅，何涛，张忠，夏兆俊，范洋洋，张颖，张宇，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，国网安徽省电力有限公司马鞍山供电公司，
类型：发明
国别省市：北京;11