智能配变终端
阅读：591发布：2024-02-10
专利汇可以提供智能配变终端专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型提供了一种智能配变终端，涉及配电设备领域，包括主控板以及与主控板相连接的指示灯板、通讯模 块 、直流采集模块、交流采集模块、包括光耦的 开关 量输入模块和包括继电器的开关量输出模块，主控板包括 中央处理器 及其外围 电路 ；指示灯板包括第一总线拓展器和与第一总线拓展器相连接的指示灯；通讯模块包括有线通信模块和 无线通信模块 ，有线通信模块包括RS485、RS232、以太网通讯模块的至少一种；无线通信模块包括4G、WIFI、小无线通信模块的至少一种；直流采集模块包括与主控板相连接的隔离 放大器 ；交流采集模块包括 电压 互感器、 电流 互感器和第二ADC。缓解了 现有技术 中存在智能化程度较低的问题，提高智能化程度。，下面是智能配变终端专利的具体信息内容。
1.一种智能配变终端，其特征在于，包括：主控板、指示灯板、通讯模块、直流采集模块、交流采集模块、开关量输入模块和开关量输出模块，所述指示灯板、所述通讯模块、所述直流采集模块、所述交流采集模块、所述开关量输入模块和所述开关量输出模块均分别与所述主控板相连接；
所述主控板包括中央处理器芯片及其外围电路；所述外围电路包括存储器、时钟芯片、片内ADC；
所述指示灯板包括第一总线拓展器和与所述第一总线拓展器相连接的指示灯；
所述通讯模块包括有线通信模块和无线通信模块，所述有线通信模块包括RS485总线模块、RS232总线模块、以太网通讯模块的至少一种；所述无线通信模块包括4G通信模块、WIFI通信模块、小无线通信模块的至少一种；
所述直流采集模块包括隔离放大器，所述隔离放大器通过所述片内ADC与所述主控板相连接；
所述交流采集模块包括电压互感器、电流互感器和第二ADC；
所述开关量输入模块包括光耦，所述光耦用于将输入的光信号转化为电信号；
所述开关量输出模块包括继电器，所述继电器用于将控制开关量的导通和关闭，向外部输出控制信号，实现系统的自动化运行。
2.根据权利要求1所述的智能配变终端，其特征在于，所述主控板还包括：与所述中央处理器芯片相连接的加密芯片。
3.根据权利要求1所述的智能配变终端，其特征在于，所述有线通信模块还包括第二总线拓展器以及与所述第二总线拓展器相连接的第二RS485总线模块。
4.根据权利要求1所述的智能配变终端，其特征在于，所述以太网通讯模块包括第一以太网收发器和第二以太网收发器。
5.根据权利要求1所述的智能配变终端，其特征在于，还包括电源板，所述电源板与所述主控板相连接，所述电源板用于为所述智能配变终端提供工作电流。
6.根据权利要求5所述的智能配变终端，其特征在于，所述电源板包括依次相连接的交流/直流转换器、第一直流/直流转换器，第二直流/直流转换器。
7.根据权利要求5所述的智能配变终端，其特征在于，所述电源板包括第一电源转换器、第二电源转换器，第三电源转换器。
8.根据权利要求1所述的智能配变终端，其特征在于，所述通讯模块包括SPI接口，所述SPI接口外接宽带载波通信模块；
所述智能配变终端还包括与主控板相连接的USB接口，所述USB接口用于就地升级程序。
9.根据权利要求5所述的智能配变终端，其特征在于，还包括后备电源，所述后备电源与所述主控板相连接，所述后备电源用于当所述电源板外接主电源故障时为主控板供电。
10.根据权利要求9所述的智能配变终端，其特征在于，所述后备电源包括：超级电容、铅酸蓄电池、太阳能电池板、锂电池、发电机的任意一种，所述后备电源向所述智能配变终端输出直流电流保证所述智能配变终端的运行。
智能配变终端
技术领域
[0001] 本实用新型涉及配电设备领域，具体涉及一种智能配变终端。
背景技术
[0002] 低压配电网是智能电网的重要环节，借助于物联网技术的发展，配电台区中越来越多的数据及业务应用被逐渐引入进来,而与之相匹配的数据传输、数据存储、数据处理、软硬件资源适配的压力也越来越大，这对于作为低压配电网重要节点的智能配变终端提出了更高的要求，但是目前普遍采用的智能配变终端方案已经不能满足发展的需要。
[0003] 在现有技术中，公开了一种适用于客运专线的铁路变配电所环境安全测控装置，该申请公开了一种能够监控客运专线中变配电所内的各变压器的油温、铜温，或母线电压、负荷电流，并设置通信插件，能够发送信号到上位机，或接受上位机的命令的测控装置，其不足之处是在智能感知方面不够完善，且人机交互动作不够智能和便捷，使得在对设备进行监测和记录时，数据完整性、及时性、数据可编辑和处理性有待提高。现有技术还公开了一种智能台区配变终端，采用母版加功能子板的结构，增加了设备的可拓展性，虽然提高了设备的集成化程度，然而在设备的智能化程度上仍有待提升，在物联网日益发展的今天，有必要提升信息的运载能力，为了低压配电的信息运载能力，有必要对配变终端进行应用创新。
[0004] 综上，现有的配变终端存在智能化程度较低的技术问题。实用新型内容
[0005] 有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种智能配变终端，以解决现有技术中存在的缓解了现有的变配电所人机交互动作不够智能和便捷的问题的技术问题，本实用新型能够提高配变终端的智能化程度。
[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种智能配变终端，所述智能配变终端包括主控板、指示灯板、通讯模块、直流采集模块、交流采集模块、开关量输入模块和开关量输出模块。指示灯板、通讯模块、直流采集模块、交流采集模块、开关量输入模块和开关量输出模块均分别与主控板相连接。
[0007] 所述主控板包括中央处理器芯片及其外围电路，所述外围电路包括存储器、时钟芯片、片内ADC。所述存储器包括闪存(flash)、磁性随机存取存储器或铁电存储器(Ferromagnetic Random-Access Memory，简称FRAM)、静态随机存取存储器(Static Random-Access Memory，简称SRAM)、时钟芯片、片内ADC。
[0008] 直流采集模块包括隔离放大器，所述隔离放大器通过片内ADC与主控板相连接。
[0009] 交流采集模块包括电压互感器、电流互感器和第二ADC。
[0010] 开关量输出模块包括继电器，控制开关量的导通和关闭，向外部输出控制信号，实现系统的化运行。
[0012] 指示灯板包括第一总线拓展器和与第一总线拓展器相连接的指示灯，进一步的，第一总线拓展器为I2C拓展器，与主控器通过I2C进行通信，将主控板的控制信号单向传递至指示灯板，进一步的，指示灯可以为多个。
[0013] 通讯模块包括有线通信模块和无线通信模块。
[0014] 上述有线通信模块包括RS485总线模块、RS232总线模块、以太网通讯模块的至少一种。
[0015] 上述无线通信模块包括4G通信模块、WIFI通信模块、小无线通信模块的至少一种。
[0016] 结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一种可能的实施方式，其中，所述智能配变终端还包括：与中央处理器芯片相连接的加密芯片，加密芯片用于将通信传输数据进行加密。
[0017] 结合第一方面，本实用新型实施例提供了第二种可能的实施方式，其中，为了实现RS485总线的拓展，有线通信模块还包括第二总线拓展器，以及与所述第二总线拓展器相连接的第二RS485总线模块，进一步的，第二总线拓展器为UART拓展器。
[0018] 结合第一方面，本实用新型实施例提供了第三种可能的实施方式，其中，所述以太网通讯模块包括第一以太网收发器和第二以太网收发器，共同为智能配变终端的以太网通信提供硬件支撑。
[0019] 结合第一方面，本实用新型实施例提供了第四种可能的实施方式，其中所述智能配变终端还包括电源板，所述电源板与所述主控板相连接，所述电源板用于为所述智能配变终端提供工作电流。
[0020] 结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的五种可能的实施方式，其中，所述电源板由依次相连接的交流/直流转换器、第一直流/直流转换器，第二直流/直流转换器，具体的，所述交流/直流转换器将220V交流电整流为24V直流电，所述第一直流/直流转换器将24V将直流电转化为12V直流电，所述第二直流/直流转换器将12V 将直流电转化为5V直流电，三个转换器共同作用电网侧的交流电压整流为直流电压，而后进行直流/直流转换，为所述智能配变终端供电。
[0021] 结合第一方面的第四种可能的实施方式，本实用新型实施例提供了第一方面的六种可能的实施方式，其中，所述电源板由所述电源板包括第一电源转换器、第二电源转换器、第三电源转换器，具体的，所述第一电源转换器将220V电压整流为24V直流电压，所述第二电源转换器将220V电压整流为12V直流电压，所述第三电源转换器将220V电压整流为5V直流电压，三个电源转换器相互独立工作可获取电压值分别为24V、12V、5V 的直流电压，为所述智能配变终端供电。
[0023] 所述智能配变终端还包括与主控板相连接的USB接口，所述USB接口用于就地升级程序。
[0024] 结合第一方面，本实用新型实施例提供了第八种可能的实施方式，其中，智能配变终端包括后备电源，所述后备电源与所述主控板相连接，所述后备电源用于当所述电源板外接主电源故障失电时为主控板供电。
[0025] 结合第一方面，本实用新型实施例提供了第九种可能的实施方式，其中，所述后备电源包括：超级电容、铅酸蓄电池、太阳能电池板、锂电池、发电机的任意一种，所述后备电源向所述智能配变终端输出直流电流保证所述智能配变终端的运行。
[0026] 本实用新型实施例带来了以下有益效果：本实用新型实施例提供了一种智能配变终端，包括：主控板、指示灯板、通讯模块、直流采集模块、交流采集模块、开关量输入模块和开关量输出模块，指示灯板、通讯模块、直流采集模块、交流采集模块、开关量输入模块和开关量输出模块均分别与主控板相连接；主控板包括中央处理器芯片及其外围电路；外围电路包括存储器、时钟芯片、片内ADC；指示灯板包括第一总线拓展器和与第一总线拓展器相连接的指示灯；通讯模块包括有线通信模块和无线通信模块，有线通信模块包括RS485总线模块、RS232总线模块、以太网通讯模块的至少一种；无线通信模块包括4G通信模块、WIFI通信模块、小无线通信模块的至少一种；直流采集模块包括隔离放大器，隔离放大器通过片内ADC 与主控板相连接；交流采集模块包括电压互感器和电流互感器和第二ADC；开关量输入模块包括光耦；将输入的光信号转化为电信号；开关量输出模块包括继电器：控制开关量的导通和关闭，向外部输出控制信号，实现系统的自动化运行。因此，本实用新型实施例提供的技术方案，缓解了现有的配变终端存在智能化程度较低的技术问题，能够提高智能化程度。此外，该智能配变终端还具有以下优点：交互化管理、灵活方便的人机交互、多种通信方式、安全防护等功能，实现了配电台区的信息化、自动化和互动化。
[0027] 本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0028] 为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0029] 为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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。
[0030] 图1为本实用新型实施例提供的智能配变终端的示意图；
[0031] 图2为本实用新型实施例提供的智能配变终端的具体结构图；
[0032] 图3为本实用新型实施例电源板第一种变流方式原理图；
[0033] 图4为本实用新型实施例电源板第二种变流方式原理图。
具体实施方式
[0034] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0035] 目前现有的配变终端存在智能化程度较低的技术问题，基于此，本实用新型实施例提供的一种智能配变终端，可以缓解现有技术中存在智能化程度较低的技术问题，能够提高智能化程度。
[0036] 为便于对本实施例进行理解，首先对本实用新型实施例所公开的一种智能配变终端进行详细介绍。
[0037] 实施例一：
[0038] 图1为本实用新型实施例提供的智能配变终端的示意图，图2为本实用新型例提供的智能配变终端的具体结构图，具体的，该智能配变终端包括主控板、指示灯板、通讯模块、直流采集模块、交流采集模块、开关量输入模块和开关量输出模块。
[0039] 本实施例中，主控板包括中央处理器芯片及其外围电路，中央处理器芯片型号为MK64；外围电路包括存储器、时钟芯片、片内AD以及加密芯片，存储器包括闪存(flash)、磁性随机存取存储器或铁电存储器 (Ferromagnetic Random-Access Memory，简称FRAM)、静态随机存取存储器(Static Random-Access Memory，简称SRAM)，flash所用的芯片型号为W25Q12，FRAM所用的芯片型号为Fm23cl64，SRAM所用的芯片型号为CY7C1069DV33，加密芯片的型号为SC1161，用于将通信传输数据进行加密)。
[0040] 上述外围电路与中央处理器芯片分别采取不同的协议与中央处理器芯片进行通信，在存储器中，flash通过SPI总线实现与中央处理器芯片的双向通讯，FRAM通过I2C实现与中央处理器芯片的双向通信，SRAM通过 BUS总线实现与中央处理器芯片的双向通讯，涉及到外围电路的其他部分，时钟芯片通过I2C实现与中央处理器的双向通信，加密芯片通过SPI总线实现与中央处理器芯片的双向通信。
[0041] 本实施例中，指示灯板包括第一总线拓展器和与第一总线拓展器相连接的指示灯，第一总线拓展器为I2C拓展器，与主控器通过I2C进行通信，将主控板的控制信号单向传递至指示灯板，第一总线拓展器选用的型号为 PCAL6416。
[0042] 进一步的，指示灯可以为多个；具体的，指示灯为24个，可以对电源、运行、WIFI状态、GPRS状态、过压/欠压进行告警。
[0043] 本实施例中，直流采集模块包括隔离放大器，用于对采集到的直流电压信号进行隔离以及放大，同时过滤干扰信号，隔离放大器通过片内ADC 与主控板相连接，片内ADC将测得的直流电压转化为离散的数字信号。
[0044] 进一步的，隔离放大器型号为AMC1200。
[0045] 本实施例中，交流采集模块包括电压互感器、电流互感器以及第二 ADC，电压互感器为4路，电流互感器同样为4路，可以对4路的电压以及4路电流进行采集。电压互感器与电流互感器与第二ADC输入端相连，将测得的电压值以及电流值转化为数字形式的离散信号，第二ADC的输出端与主控板通过BUS总线实现第二ADC与主控板的双向通信，第二ADC 为8通道，芯片的型号为AD7606。
[0046] 开关量输入模块包括光耦，将输入的光信号转化为电信号，同时具有隔离作用，通过GPIO接口将外部信号单向传输至主控板。
[0047] 开关量输出模块包括继电器，用于组成控制线路，控制开关量的导通和关闭，向外部输出，实现系统的自动化运行，开关量输出模块与主控板之间通过GPIO接口进行单向通信，主控板发出的控制信号能够通过GPIO 接口单向传递至开关量输出模块。
[0048] 本实施例中，通讯模块包括有线通信模块、无线通信模块，有线通信模块包括RS485总线模块、RS232总线模块、以太网通讯模块的至少一种；为了实现RS484总线的拓展，有线通信模块还包括第二总线拓展器以及与所述第二总线拓展器相连接的第二RS485总线模块，以太网通讯模块包括第一以太网收发器和第二以太网收发器，第一以太网收发器和第二以太网收发器为智能配变终端的以太网通信提供硬件支撑，无线通信模块包括4G 通信模块、WIFI通信模块、小无线通信模块的至少一种。通信模块还配有 SPI接口，用于与宽带载波通信模块相连，实现利用电力线进行作为信息传输的媒介，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输。
[0049] 在本实施例的有线通信模块中，RS485总线模块与主控板通过UART 串口实现双向通信，将UART协议转换为RS485协议，选用的芯片为 MAX485；RS232总线模块与主控板通过UART串口实现双向通信，将UART 协议转换为RS232协议，选用的芯片为MAX232；第二总线拓展器为UART 拓展器，与主控板通过BUS总线实现双向通信，选用的芯片为ST16C554，对RS485总线进行拓展，第二RS485总线模块共4路，与第二拓展器通过 UART串口实现双向通信，选用的芯片为MAX485。第二拓展器与第二 RS485总线模块为智能配变终端的RS485总线拓展提供了硬件支撑；通过 RS45总线模块、RS232总块模块、第二拓展器以及第二RS485总线可将主控器的信号分别传递至台区总表、智能电容器、进线塑料壳开关、剩余电流动作保护器，并通过RS485/232协议进行终端维护。第一以太网收发器选用的芯片为DM9000，通过BUS总线实现与主控板之间的双向通信，第二以太网收发器选用的芯片为DP3848，通过RM11协议实现与主控板之间的双向通信，以太网接口频率可选用10/100Mbit/s,第一以太网收发器以及第二以太网收发器共同作用实现以太网全双工通信，为智能配变终端的以太网通信提供硬件支撑。
[0050] 在本实施例的无线通信模块中，4G通信模块选用的芯片为EC20，与通过UART串口实现与主控板之间的双向通信，配有SIM卡槽，实现智能配变终端的4G无线通信；小无线通信模块选用的芯片为ZM470，通过UART 协议实现与主控板之间的双向通信，WIFI模块选用的型号为EMW3162，通过UART串口实现与主控板之间的双向通信；无线模块下的各个子模块共同为智能配变终端的无线数据传输提供硬件支撑，可依据无线传输的距离、传输速率要求、网络覆盖情况选取合适的无线传输方式，提高了智能配变终端的无线传输能力，提高了智能配变终端的适应不同波段的能力，扩大了应用范围。
[0052] 为了向智能配变终端供电，本实施例所述的智能配变终端包括电源板，按照智能配变终端内部电气元件不同工作电压以的需求输出与之相匹配的直流电压。在本实施例中，电源板输出电压为5V、12V、24V。
[0053] 进一步的，本实施例采用两种变流方式实现将电网与电源板输出电压的电压转换。
[0054] 图3本实用新型实施例电源板第一种变流方式原理图，第一种方式为先将电网的交流电整流后进行直流/直流转换，获取需要的直流电压，电源板包括交流/直流转换器，第一直流/直流转换器以及第二直流/直流转换器，交流/直流转换器用于将220V的交流电整流为24V的直流电，第一直流/直流转换器用于将24V的直流电转换为12V直流电，第二直流/直流转换器用于将12V直流电转换为5V的直流电，交流/直流转换器，第一直流/直流转换器以及第二直流/直流转换器依次相连，使电源板输出电压值为24V、12V、 5V的直流电。
[0055] 图4本实用新型实施例电源板第二种变流方式原理图，第二种方式为将交流电压进行整流，获取需要的直流电压，电源板包括第一电源转换器、第二电源转换器以及第三电源转换器；第一直流转换将220V交流电整流为 24V的直流电，第二直流转换将220V交流电整流为12V的直流电，第三直流转换将220V交流电整流为5V的直流电，电源板的三个直流转换器独立工作，使电源板输出电压值为24V、12V、5V的直流电。
[0056] 本实施例中，智能配变终端包括后备电源，当外接电源故障(例如停电)时，后备电源向配变终端提供直流电流，保证系统的稳定运行，本实施例中采用后备电源采用超级电容，超级电容具有自动投切功能，当智能配变终端失电时，超级电容自动投入给终端供电，恢复供电后装置自动对超级电容充电。
[0057] 在本实施例中，当智能配变终端失电时，超级电容的电量能够维持智能配变终端工作不少于5分钟，同时具有与主通讯站3次完成定时上报的能力。
[0058] 本实施例中，智能配变终端还包括外壳，外壳起到保护功能，例如能够保护设置于外壳内部的主控板、指示灯板、通讯模块、直流采集模块、交流采集模块、开关量输入模块和开关量输出模块，保证内部电路的安全可靠运行。
[0059] 通过本实施例所述各个器件的配合，智能配变终端具有如下功能。
[0060] 1)配变监测功能：通过数模转换以及主控板实现三相电压、电流有效值的采集；2-13次谐波的测量；电压偏差、频率偏差的统计、三相电压、三相电流不平衡率的统计；分相及三相有功功率、无功功率以及四象限累积电量的计算。
[0061] 2)通信功能：包括有线通信、无线通信以及USB通信，有线通信包括RS485、RS232、以太网；无线通信包括4G通信、小无线通信、WIFI 通信；SPI接口用于连接载波通信模块。
[0063] 4)自动投切功能：自动配变终端包括超级电容，当外接电源失电时，主控器向超级电容发出投入传递至超级电容，装置内部采用超级电容；装置外部可选择采用铅酸蓄电池、太阳能电池板、锂电池、发电机的任意一种输出直流电流。
[0064] 本实用新型实施例所提供的系统，其实现原理及产生的技术效果和前述装置实施例相同，为简要描述，系统实施例部分未提及之处，可参考前述装置实施例中相应内容。
[0065] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述装置实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0066] 在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
[0067] 应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
[0068] 另外，在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0069] 在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0070] 最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
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