一种低压供电台区各层级电能参数监测终端、系统及方法与流程

1.本发明涉及供电设备运行监测领域，具体涉及一种低压供电台区各层级电能参数监测终端、系统及方法。


背景技术：

2.分布式光伏发电特指在用户场地附近建设，运行方式以用户侧自发自用、多余电量上网，且在配电系统平衡调节为特征的光伏发电设施。分布式光伏发电采用光伏组件，将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统。它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电，就近并网，就近转换，就近使用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题。
3.光伏发电并网接入层级设备，图1是低压设备层级架构示意图，包括三个层级，第一级为台区总开关设备，包括jp柜、各型低压柜；第二级为分路开关设备，主要是低压分支箱；第三级为末端开关设备，主要是用户侧的表箱等。当前对于低压分布式光伏网络的能效测评和电能质量治理，电能数据来源一般是主要从发电处和表箱处获取，发电处和智能表箱将电能数据传输到后台，后台这些数据进行网络的能效测评和电能质量治理。然而，这种方式只关注了发电来源和电能使用端的电能数据，而没有中间设备的电能数据，影响网络能效测评和电能质量治理的效果。


技术实现要素：

4.为解决上述问题，本发明提供一种低压供电台区各层级电能参数监测终端、系统及方法，为各层级设备配置监测终端，由监测终端实现对各层级设备的电能采集，进而实现低压分布式光伏网络的运行全景式监测，提高网络能效测评和电能质量治理的效果。
5.第一方面，本发明的技术方案提供一种低压供电台区各层级电能参数监测终端，包括电能计量芯片和监测控制器，其中：
6.所述电能计量芯片，用于根据采集的电流和电压计算设备电能参数，并将所计算设备电能参数传输给监测控制器；
7.所述监测控制器，用于将所接收设备电能参数传输给监测后台。
8.在一个可选的实施方式中，还包括终端壳体，所述电能计量芯片和监测控制器设置在终端壳体内。
9.在一个可选的实施方式中，终端壳体上侧面设置电压接口和开关量输入接口，下侧面设置电流接口和通讯接口；
10.电压接口、电流接口分别与电能计量芯片连接，开关量输入接口、通讯接口分别与监测控制器连接；
11.其中，电流接口用于与一电流互感器的二次侧连接，该电流互感器的一次侧与层级设备回路连接，采集层级设备回路电流，电流互感器的二次侧以接头形式与电流接口可
拆卸插接。
12.在一个可选的实施方式中，电流接口为rj11接口；
13.电流接口包括第一相线回路电流接口、第二相线回路电流接口、第三相线回路电流接口和零线回路电流接口。
14.在一个可选的实施方式中，电流接口通过电流采集电路与电能计量芯片连接，电流采集电路包括：电阻r17、电阻r18、电阻r16、电阻r19、电容c11和电容c12；
15.电阻r17的第一端和电阻r18的第二端为输入端口，电阻r17的第二端和电阻r18的第一端接地；电阻r17的第一端还与电阻r16的第一端连接，电阻r16的第二端连接电能计量芯片的一输入端口，电阻r16的第二端还连接电容c11的第一端，电容c11的第二端接地；电阻r18的第二端还与电阻r19的第一端连接，电阻r19的第二端连接电能计量芯片的一输入端口，电阻r19的第二端还连接电容c12的第一端，电容c12的第二端接地。
16.在一个可选的实施方式中，层级设备内设置有具有电压采集功能的电源模块；电压接口为级联接口，与所述电源模块连接。
17.在一个可选的实施方式中，终端壳体的下侧面还设置有温度接口，与采集层级设备内接头温度的温度传感器连接。
18.在一个可选的实施方式中，终端壳体的前侧面设置显示屏和指示灯，指示灯包括电源指示灯、告警指示灯和通讯指示灯。
19.第二方面，本发明的技术方案提供一种低压台区各层级电能参数监测系统，包括监测后台，设置在各层级设备的上述任一项所述的监测终端；监测后台分别与各个监测终端无线通信。
20.第三方面，本发明的技术方案提供一种低压供电台区各层级电能参数监测方法，包括以下步骤：
21.将上述任一项所述的监测终端接入层级设备；
22.接收监测后台连接请求；
23.响应监测后台连接请求，与监测后台建立通信连接；
24.采集层级设备的电压、电流、开关量和接头温度；
25.根据所采集电压、电流计算有功功率、无功功率、视在功率和功率因数；
26.存储各电能参数的标准值；
27.将实时采集和计算的电能参数与标准值比对，判断层级设备是否有故障；
28.响应于层级设备故障，进行故障本地报警，并将故障信息发送至监测后台；
29.接收监测后台查询请求；
30.将存储的电压、电流、开关量、接头温度、有功功率、无功功率、视在功率和功率计算发送给监测后台。
31.本发明提供的一种低压供电台区各层级电能参数监测终端、系统及方法，相对于现有技术，具有以下有益效果：使用电能计量芯片根据采集的电流和电压计算设备电能参数，并由监测控制器将设备电能参数传输给后台，后台与所有层级设备内的监测终端通信，获得所有层级设备的电能参数，实现低压分布式光伏网络的运行全景式监测，提高网络能效测评和电能质量治理的效果；监测终端配置电能采集接口，适配于各层级设备，可快捷方便的实现各个层级设备的电能参数采集，并将所采集电能参数传输给后台，结构简单成本
低。
附图说明
32.为了更清楚的说明本技术实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1是低压设备层级架构示意图。
34.图2是本发明实施例提供的一种低压供电台区各层级电能参数监测终端前侧面结构示意图。
35.图3是本发明实施例提供的一种低压供电台区各层级电能参数监测终端上侧面结构示意图。
36.图4是本发明实施例提供的一种低压供电台区各层级电能参数监测终端下侧面结构示意图。
37.图5是本发明实施例提供的一种低压供电台区各层级电能参数监测终端电路结构示意图。
38.图6是电能计量芯片电路结构示意图。
39.图7是电流采集电路结构示意图。
40.图8是本发明实施例提供的一种低压台区各层级电能参数监测系统结构示意框图。
41.图9是本发明实施例提供的一种低压台区各层级电能参数监测方法流程示意图。
42.图中，100-监测终端，200-监测后台，1-终端壳体，2-显示屏，3-指示灯，4-按键，5-电压接口，6-开关量输入接口，7-电流接口，8-通讯接口，9-温度接口，10-电流采集电路，11-电源模块，12-电能计量芯片，13-监测控制器。
具体实施方式
43.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
44.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
45.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
46.本发明实施例提供一种低压供电台区各层级电能参数监测终端100，加装在层级设备内，主要是加装在第一层级和第二层级设备，实现层级设备运行数据的实时监测及相
关扩展功能的实现。第三层级目前主要针对光伏用户开展，通过在光伏并网点加装智能开关实现实时监测，通过hplc+信号中继器与台区智能融合终端通信，数据上传至融合终端后再上送至主站。
47.本实施例的监测终端100在第一层级设备和第二层级设备中，则上一个柜体/箱体安装一个，与开合式电流互感器配套使用，对上通过hplc、rs485或4g与台区智能融合终端通信，数据上传至融合终端后再上送至主站。第一级开关设备一般有抽屉式低压柜、固定式低压柜和jp柜。在抽屉式低压柜内，在第一开关个开关(总开关或第一个分路开关)处加装本实施例的监测终端100。固定式低压柜一般有配电室固定式低压柜和箱变固定式低压柜，配电室固定式低压柜内在第一个开关(总开关或第一个分路开关)处加本实施例的监测终端100及回路电流互感器，其他开关处加装回路电流互感器即可；箱变固定式低压柜在第一个开关(总开关或第一个分路开关)处加本实施例的监测终端100及回路电流互感器，其他开关处加装回路电流互感器即可。jp柜在第一开关个开关(总开关或第一个分路开关)处加装本实施例的监测终端100。第二级开关设备主要为分支箱，每个分支箱一般配置2只监测终端100。
48.如图2-5所示，本发明实施例提供的一种低压供电台区各层级电能参数监测终端100，包括电能计量芯片12和监测控制器13。
49.电能计量芯片12，用于用于根据采集的电流和电压计算设备电能参数，并将所计算设备电能参数传输给监测控制器13。
50.监测控制器13，用于将所接收设备电能参数传输给监测后台200。
51.该监测终端100还包括终端壳体1，以安装在层级设备内，终端壳体1的前侧面设置有显示屏2和指示灯3，终端壳体1的上侧面设置电压接口5和开关量输入接口6，终端壳体1的下侧面设置电流接口7和通讯接口8。电能计量芯片12和监测控制器13设置在终端壳体1内。
52.其中，电压接口5、电流接口7分别与电能计量芯片12连接，电能计量芯片12、开关量输入接口6、通讯接口8、显示屏2、指示灯3分别与监测控制器13连接。电流接口7采集回路电流，电压接口5采集设备电压，电能计量芯片12根据采集的电流和电压计算有功功率、无功功率、视在功率和功率因数，并将所计算数据传输给监测控制器13。同时，通讯接口8连接通信设备，监测控制器13通过通信设备将所接收数据传输给后台。
53.电流接口7用于与一电流互感器的二次侧连接，该电流互感器的一次侧与层级设备回路连接，采集层级设备回路电流，电流互感器的二次侧以接头形式与电流接口7可拆卸插接。
54.电流接口7包括第一相线回路电流接口、第二相线回路电流接口、第三相线回路电流接口和零线回路电流接口，实现三相电流采集。
55.在一个可选的实施方式中，电流接口7为rj11接口，相应的，电流互感器的二次侧出线也采用rj11接口，可以将三相三只电流互感器形成一组统一插拔式接入监测终端100，减小终端体积，便于插接，适用于柜体内。
56.在一个可选的实施方式中，电能计量芯片12采用型号rn8302s的电能计量芯片12，监测控制器13采用stm32f103rct6型号的控制器。图6是电能计量芯片12电路结构示意图。
57.电流接口7通过电流采集电路10与电能计量芯片12连接，如图7所示，在上述可选
的实施方式基础上，电流采集电路10包括：电阻r17、电阻r18、电阻r16、电阻r19、电容c11和电容c12。
58.电阻r17的第一端和电阻r18的第二端为输入端口，电阻r17的第二端和电阻r18的第一端接地；电阻r17的第一端还与电阻r16的第一端连接，电阻r16的第二端连接电能计量芯片12的一输入端口，电阻r16的第二端还连接电容c11的第一端，电容c11的第二端接地；电阻r18的第二端还与电阻r19的第一端连接，电阻r19的第二端连接电能计量芯片12的一输入端口，电阻r19的第二端还连接电容c12的第一端，电容c12的第二端接地。
59.电流互感器的二次侧经电流接口7将电流信号传输给电流采集电路10，电流采集电路10将电流信号传输给电能计量芯片12。
60.在一个可选的实施方式中，监测终端100通过设置在层级设备内的电源模块11供电，且电源模块11具有电压采集功能。相应的，监测终端100的电压接口5为级联接口，与电源模块11连接获取电压信号。具体地，电源模块11具备三相电压转换功能，内部集成一组三相电压采集pt(电流型电压互感器)，其二次输出信号经过运算放大，为级联的监测终端100提供电压信号至电压接口5。可选地，监测终端100自身配备后备电源(超级电容)，电源失压时后备电源供电，时间不小于60秒。
61.在一个可选的实施方式中，终端壳体1的下侧面还设置有温度接口9，与采集层级设备内接头温度的温度传感器连接，对接头温度进行监测。
62.在一个可选的实施方式中，终端壳体1前端面上的指示灯3包括电源指示灯、告警指示灯和通讯指示灯，电源指示灯对电源状态进行显示，告警指示灯用于对测量值进行告警，通讯指示灯用于对监测终端100的通信状态进行显示。例如，电源正常工作时电源指示灯常亮，产生告警信息后告警指示灯常亮，通过通讯接口8与外部通讯时通讯指示灯闪烁。
63.在一个可选的实施方式中，终端壳体1前端面上还设置有按键4，按键4与监测控制器13连接，通过按键4切换显示屏2上的显示内容，例如上/下按键4可通过翻页切换1#-4#通道；左/右按键4可通过翻页查看每个通道的所有数据，包括电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、有功电度、无功电度、开关量变位、温度。
64.图8是本发明实施例提供的一种低压台区各层级电能参数监测系统结构示意框图，包括监测后台200和多个上述实施例的监测终端100，监测终端100设置在各个层级设备内，分别与监测后台200无线通信。
65.监测后台200与所有层级设备内的监测终端100通信，获得所有层级设备的电能参数，实现低压分布式光伏网络的运行全景式监测，提高网络能效测评和电能质量治理的效果。
66.图9是本发明实施例提供的一种低压台区各层级电能参数监测方法流程示意图，如图9所示，该方法包括以下步骤。
67.s1，将上述实施例的监测终端100接入层级设备。
68.s2，接收监测后台200连接请求。
69.s3，响应监测后台200连接请求，与监测后台200建立通信连接。
70.s4，采集层级设备的电压、电流、开关量和接头温度。
71.s5，根据所采集电压、电流计算有功功率、无功功率、视在功率和功率因数。
72.s6，存储各电能参数的标准值。
73.s7，将实时采集和计算的电能参数与标准值比对，判断层级设备是否有故障。
74.s8，响应于层级设备故障，进行故障本地报警，并将故障信息发送至监测后台200。
75.s9，接收监测后台200查询请求。
76.s10，将存储的电压、电流、开关量、接头温度、有功功率、无功功率、视在功率和功率计算发送给监测后台200。
77.以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种低压供电台区各层级电能参数监测终端，其特征在于，包括电能计量芯片和监测控制器，其中：所述电能计量芯片，用于根据采集的电流和电压计算设备电能参数，并将所计算设备电能参数传输给监测控制器；所述监测控制器，用于将所接收设备电能参数传输给监测后台。2.根据权利要求1所述的低压供电台区各层级电能参数监测终端，其特征在于，还包括终端壳体，所述电能计量芯片和监测控制器设置在终端壳体内。3.根据权利要求2所述的低压供电台区各层级电能参数监测终端，其特征在于，终端壳体上侧面设置电压接口和开关量输入接口，下侧面设置电流接口和通讯接口；电压接口、电流接口分别与电能计量芯片连接，开关量输入接口、通讯接口分别与监测控制器连接；其中，电流接口用于与一电流互感器的二次侧连接，该电流互感器的一次侧与层级设备回路连接，采集层级设备回路电流，电流互感器的二次侧以接头形式与电流接口可拆卸插接。4.根据权利要求3所述的低压供电台区各层级电能参数监测终端，其特征在于，电流接口为rj11接口；电流接口包括第一相线回路电流接口、第二相线回路电流接口、第三相线回路电流接口和零线回路电流接口。5.根据权利要求4所述的低压供电台区各层级电能参数监测终端，其特征在于，电流接口通过电流采集电路与电能计量芯片连接，电流采集电路包括：电阻r17、电阻r18、电阻r16、电阻r19、电容c11和电容c12；电阻r17的第一端和电阻r18的第二端为输入端口，电阻r17的第二端和电阻r18的第一端接地；电阻r17的第一端还与电阻r16的第一端连接，电阻r16的第二端连接电能计量芯片的一输入端口，电阻r16的第二端还连接电容c11的第一端，电容c11的第二端接地；电阻r18的第二端还与电阻r19的第一端连接，电阻r19的第二端连接电能计量芯片的一输入端口，电阻r19的第二端还连接电容c12的第一端，电容c12的第二端接地。6.根据权利要求5所述的低压电台区各层级电能参数监测终端，其特征在于，层级设备内设置有具有电压采集功能的电源模块；电压接口为级联接口，与所述电源模块连接。7.根据权利要求6所述的低压电台区各层级电能参数监测终端，其特征在于，终端壳体的下侧面还设置有温度接口，与采集层级设备内接头温度的温度传感器连接。8.根据权利要求7所述的低压电台区各层级电能参数监测终端，其特征在于，终端壳体的前侧面设置显示屏和指示灯，指示灯包括电源指示灯、告警指示灯和通讯指示灯。9.一种低压台区各层级电能参数监测系统，其特征在于，包括监测后台，设置在各层级设备的权利要求1-8任一项所述的监测终端；监测后台分别与各个监测终端无线通信。10.一种低压供电台区各层级电能参数监测方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1-8任一项所述的监测终端接入层级设备；接收监测后台连接请求；响应监测后台连接请求，与监测后台建立通信连接；
采集层级设备的电压、电流、开关量和接头温度；根据所采集电压、电流计算有功功率、无功功率、视在功率和功率因数；存储各电能参数的标准值；将实时采集和计算的电能参数与标准值比对，判断层级设备是否有故障；响应于层级设备故障，进行故障本地报警，并将故障信息发送至监测后台；接收监测后台查询请求；将存储的电压、电流、开关量、接头温度、有功功率、无功功率、视在功率和功率计算发送给监测后台。

技术总结
本发明涉及供电设备运行监测领域，具体公开一种低压供电台区各层级电能参数监测终端、系统及方法，包括电能计量芯片和监测控制器，其中：所述电能计量芯片，用于根据采集的电流和电压计算设备电能参数，并将所计算设备电能参数传输给监测控制器；所述监测控制器，用于将所接收设备电能参数传输给监测后台。本发明为各层级设备配置监测终端，由监测终端实现对各层级设备的电能采集，进而实现低压分布式光伏网络的运行全景式监测，提高网络能效测评和电能质量治理的效果。电能质量治理的效果。电能质量治理的效果。


技术研发人员：丁月明 崔荣喜 卢兴旺 路军 刘昊 贾伟 程云祥 相智才 杨小婷 杜善慧 许家余 王锋 季金豹 王伟 于皓杰 李来珍 厉华梅 张秋实 刘静 宋宜飞 费扬 姜丹 李清源 徐凯凯 李梦真 何淼 薛纯 王晶晶 付铮
受保护的技术使用者：国网山东省电力公司日照供电公司
技术研发日：2023.05.11
技术公布日：2023/9/23