專利名稱：支持配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)的集控集抄裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及電力傳輸配網(wǎng)線路的測量控制和信息管理系統(tǒng)的用戶側(cè)裝置。
背景技術(shù)：
配網(wǎng)一般指10千伏和以下的電力線路，以及線路中變電、配電、保護、控制等設(shè)備、設(shè)
施，是電力系統(tǒng)中直接向最終用戶供電的重要部分，承擔著把電力能源輸送到千家萬戶的重
要任務(wù)。
配網(wǎng)中最重要的設(shè)備是變壓器，通常是從10千伏變?yōu)?00伏(到用戶側(cè)一般稱三相380伏 或單相220伏)，根據(jù)用戶的不同，分為給大用戶獨家供電的專用變壓器和給零星用戶供電的 公用變壓器， 一臺公用變壓器所供電的全部范圍稱為一個供電臺區(qū)，供電臺區(qū)是供電企業(yè)業(yè) 務(wù)管理的基本單元。
目前，各市縣級供電管理部門的信息化程度已比較完善，通常都有生產(chǎn)MIS系統(tǒng)、營銷系 統(tǒng)(含與銀行連網(wǎng)的收費平臺)、GIS系統(tǒng)、與最終用戶交互的95598系統(tǒng)等，對10千伏及以上 線路和配網(wǎng)專變用戶(即大用戶)的信息管理已經(jīng)可以基本滿足需要，但對量大面廣的公網(wǎng) 低壓用戶和供電臺區(qū)，卻缺少有效的信息管理手段，尤其是用電居民散戶，他們的用電情況， 基本上可以說是供電信息管理系統(tǒng)的盲區(qū)。
一般中小城市居民供電戶數(shù)在幾十萬戶，大城市則在數(shù)百萬戶，在供電系統(tǒng)的運作過程 中，時時刻刻產(chǎn)生極為大量的運行數(shù)據(jù)，反映種種正?；虿徽５倪\行狀況，按照現(xiàn)有技術(shù)， 確實無法關(guān)注到這些數(shù)據(jù)，由于缺乏有效的信息組織和信息收集、信息處理手段，在基層供 電企業(yè)，仍然大量存在人工抄表、人工檢查線路、人工上門監(jiān)察(防范竊電)、人工到現(xiàn)場對 用戶斷電或恢復(fù)供電等等傳統(tǒng)的運行方式，工人勞動強度大，任務(wù)重，差錯也多，到供電高 峰期，往往整個基層供電企業(yè)上下動員，疲于奔命，而供電事故還是很多，用戶意見還是很 大，還時常發(fā)生與用戶的爭執(zhí)、糾紛，被用戶圍攻的事件也時有發(fā)生。
當前在用的配網(wǎng)信息化管理用戶側(cè)裝置的主要技術(shù)除各種電度表外有負控(負荷控制) 裝置、集抄(集中遠程抄表)裝置、預(yù)付費裝置等。
負控裝置主要用于大用戶(包括有專變或沒有專變的)，裝置內(nèi)存有允許用戶某一時段最 多使用多大功率的數(shù)據(jù)(稱為負荷控制曲線，可根據(jù)不同用電時期改變功率限制的設(shè)定數(shù)值)， 用戶超負荷，裝置會發(fā)出給用戶的報警信號，超過一段規(guī)定時間，如果用戶功率仍然未下降 可以分輪次自動斷電(先斷比較不重要的電路)，這些過程和情況可以上報到設(shè)在供電企業(yè)內(nèi) 的遠方主站，此外，有些負控裝置能將用戶的用電情況、運行參數(shù)、電度表讀數(shù)等通過遠程 信道(如GPRS)定時或應(yīng)召發(fā)送到主站。負控裝置功能較齊全，但設(shè)備獨家使用，成本較高、 信道利用率低。近幾年不少地區(qū)多數(shù)大用戶都已安裝，但要將該裝置推廣到廣大低壓用戶， 使用現(xiàn)有技術(shù)顯然不可能。
集抄裝置是把一棟住宅或一個小區(qū)的各戶電度表集中抄錄到一臺裝置中，自動上報到主 站或由供電企業(yè)員工到集抄裝置處一次集中抄表，優(yōu)點是大為減輕抄表人員的勞動強度，減 少差錯，缺點是只管抄表，不管其它，功能單一，網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的利用率低。
預(yù)付費裝置通常是將電度表與IC卡讀寫器結(jié)合，利用IC卡保存用戶的購電和用電信息， 預(yù)購的電量用完后則強制斷電，要求用戶重新充值購電，這類裝置通常是脫機運行，不與供 電企業(yè)的信息系統(tǒng)相連。其優(yōu)點是先買后用，供電企業(yè)有經(jīng)濟效益，也避免收費難的情況， 缺點是對用戶的用電信息完全不了解，如果過于依賴這種方式，供電員工不上門檢査，對不 良用戶的竊電行為只能放任自流。
由上述可見，發(fā)展一種有效的低壓用戶用電信息的組織和處理裝置是電力行業(yè)加強管理、 減少勞動強度、提高效率的現(xiàn)實需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明引入一種新型的配網(wǎng)用戶側(cè)集抄集控裝置，是《基于配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)的配網(wǎng)信 息管理系統(tǒng)》的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、用戶接口和測控裝置，該系統(tǒng)以配變臺區(qū)為管理單元，將信息管 理延伸到臺區(qū)的每一用戶(該系統(tǒng)已分案同時申請專利)。
基于配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)的配網(wǎng)信息管理系統(tǒng)由配網(wǎng)臺區(qū)終端、配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)、集抄 集控裝置(本發(fā)明)、與遠方主站的通訊信道和主站組成。配網(wǎng)臺區(qū)終端和集抄集控裝置都支 持配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)。
配網(wǎng)臺區(qū)終端是系統(tǒng)的信息樞紐，起承上啟下作用，具有連接主站直至臺區(qū)每臺集抄集 控裝置再延伸到每個用戶的能力，系統(tǒng)才能成為一個整體，完成所有的系統(tǒng)功能。
配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)由配網(wǎng)臺區(qū)終端引出，覆蓋到該供電臺區(qū)的每一戶電力用戶。網(wǎng)絡(luò)干 線為總線型，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點采用支持配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)的集抄集控裝置(即本發(fā)明)，連接在干線 上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(以下稱為干線節(jié)點)允許按照總線結(jié)構(gòu)或星型結(jié)構(gòu)，擴展連接下一層的節(jié)點 (以下稱為支線節(jié)點)。 一般情況下，終端安裝在變壓器附近， 一個干線節(jié)點對應(yīng)一棟樓房， 安裝在該樓房的居中單元，每一支線節(jié)點對應(yīng)并安裝在該樓房的其它單元。本發(fā)明集抄集控 裝置與配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)接口，與配網(wǎng)臺區(qū)終端交換信息，其用戶接口與一戶或多戶供電用 戶連接。
通常由配網(wǎng)臺區(qū)終端發(fā)出一條命令，集抄集控裝置接收命令并執(zhí)行，然后將執(zhí)行命令的 應(yīng)答或數(shù)據(jù)發(fā)送到終端。
本裝置的系統(tǒng)組成見附圖l，組成部分如下
CPU及存貯器，構(gòu)成本裝置的核心；用戶輸入接口 (用于連接用戶電度表)；用戶控制接 口 (用于用戶進戶總開關(guān))；配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)接口，用于和配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)連接。
下面說明本裝置的各個組成部分
CPU及存貯器部分，構(gòu)成本裝置的控制核心，網(wǎng)絡(luò)通訊、輸入掃描、輸出控制、存貯管 理、數(shù)據(jù)處理等等各種工作任務(wù)都由CPU完成，由于擴展接口多，對CPU的擴展能力和運算 速度要求較高。存貯器保存各種參數(shù)、中間結(jié)果和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，應(yīng)有足夠容量，停電也能保持 數(shù)據(jù)不丟失。
用戶輸入接口用于連接用戶電能表，由于目前在用的多數(shù)是簡單的脈沖輸出電子式電能 表，有的還在用機電式轉(zhuǎn)盤表，只有少量電能表帶有485接口，輸入接口根據(jù)應(yīng)用要求需要 連接多戶用戶的多種類型的電能表(如果事先能夠確認需要連接的電表類型，可以只考慮所 需類型的接口)。如果是485接口，只需要一個485 口，各用戶的電能表用總線方式連接；如
果是脈沖表，則每戶都要有一個輸入端，并保證CPU能及時處理，不漏脈沖；如果是機電表，
還需要在用戶電能表中增加轉(zhuǎn)換電路，使機械轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為脈沖。所有輸入端都必須帶有光電 隔離或類似保護措施，防止接線錯誤或有意破壞損壞本裝置。對于脈沖表的脈沖常數(shù)、初始
讀數(shù)以及485表的通訊規(guī)約，需要作為參數(shù)保存在本裝置內(nèi)，初始化時對這些參數(shù)加以設(shè)置， CPU讀取用戶電能表時，根據(jù)這些參數(shù)處理數(shù)據(jù)。
用戶控制接口控制用戶進戶總開關(guān)，是實現(xiàn)遠程斷電和遠程恢復(fù)供電的執(zhí)行部分。電路 的連接為多戶用戶的電源相線(一般應(yīng)該是接同一相)先接進本裝置母排，每戶用戶的一
路總開關(guān)從母排接電，輸出到用戶的電能表相線進線，零線直接在本裝置外接到用戶零線進 線，本裝置也需要零線接入，供本裝置的電源。本裝置的進線母排應(yīng)該充分考慮用戶的負荷 大小，并預(yù)留足夠的裕量，以防止本裝置機內(nèi)溫度過高影響可靠性，也減少損耗。用戶開關(guān)
選用磁保持繼電器，因其導通電阻小、額定電流大、不動作時不耗電。CPU擴展接口經(jīng)過驅(qū) 動電路控制繼電器的動作。電路、通訊協(xié)議和程序的設(shè)計應(yīng)該充分考慮防止繼電器誤動，保 證在來電、停電、閃變、電壓失常、通訊被干擾、傳輸誤碼、非授權(quán)操作等不正常狀態(tài)或暫 態(tài)時，繼電器都不會誤動作。
配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)接口該接口部件與選定的網(wǎng)絡(luò)物理信道相配套，滿足物理信道的要 求，有合適的隔離、屏蔽、防雷、保護、驅(qū)動放大、編碼解碼、調(diào)制解調(diào)等物理功能，包含 全部所需的硬件電路和相關(guān)的程序。CPU的程序要有配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動程序，完成相 關(guān)數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)包處理、命令解釋、按設(shè)定條件主動上報信息等功能的相應(yīng)程序。
每戶用戶有一路電能表輸入端口 (用485總線時有不同的設(shè)備地址)和一路總開關(guān)控制， 在本裝置參數(shù)表中，存有各用戶的相關(guān)信息(編碼、代碼、硬件地址、聯(lián)系方式等等)，在裝 置初始化時輸入或從用戶數(shù)據(jù)庫中導入，對應(yīng)關(guān)系要確保正確。每臺裝置管理的戶數(shù)建議最 多16戶，數(shù)量再多時外接線路太多，不利于接線和散熱。
本裝置工作時，對脈沖式電能表，era不斷檢測各用戶脈沖輸入狀態(tài)，對其計數(shù)并換算 成電度和電功率；對485電能表，CPU定時讀取電表數(shù)據(jù)，獲取電度和電功率；當收到抄表 命令時，按網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將各戶數(shù)據(jù)上報。當收到對某用戶斷電或恢復(fù)送電命令時，按網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 驗證命令有效后，執(zhí)行相應(yīng)的動作，并上報執(zhí)行結(jié)果。
以上內(nèi)容說明了本集抄集控裝置基本的組成情況和工作過程。
為擴展配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)支線，本裝置還可以增加第二個配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)接口部件， 網(wǎng)絡(luò)支線的物理信道可以與干線相同，也可以不同， 一條支線上應(yīng)采用統(tǒng)一的物理信道；通 常支線的延伸距離較短， 一般在一棟房屋內(nèi)，可以采用成本較低的信道。干線和支線物理上 一般要求完全隔離。增加的接口應(yīng)滿足物理信道的要求，有合適的硬件功能，CPU的程序要 增加配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)支線的驅(qū)動程序和與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能相關(guān)的相應(yīng)程序。這樣配置的裝置 可作為配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)的干線節(jié)點，只有一個配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)接口的裝置， 一般只能作 為支線節(jié)點，在某些情況下支線節(jié)點可以直接接在干線上，這種情況下該節(jié)點不能再擴展網(wǎng) 絡(luò)支線。
由于脈沖式電能表和一些帶485接口的電表都不直接支持功率測量，利用測量脈沖間隔 時間或頻繁讀電能量來計算功率都不太方便(例如功率很小時脈沖間隔太長，多次讀電度會 出現(xiàn)重復(fù)讀數(shù))，可以在本裝置內(nèi)增加功率測量部件，包括交流采樣、信號調(diào)理、基準電壓、 A/D轉(zhuǎn)換等，CPU也相應(yīng)增加有關(guān)的程序，分時測量每一用戶的功率。增加此部件，可以通過 對比內(nèi)外兩套功率的測量，差異超過合理范圍時可以及時發(fā)現(xiàn)并通過網(wǎng)絡(luò)上報，這種情況一 般表示線路有問題或是用戶有改表、改線竊電的行為。此外，只要對功率積分可計算出用戶 電度，有可能取代用戶電能表，節(jié)省用戶表的費用。
增加一個實時時鐘，再在存貯器中保存一組負荷控制曲線(即某一時段允許用戶用電的 最大功率)的數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對用戶的負荷控制功能，用戶在某時段超負荷后，在規(guī)定時間 內(nèi)若未減小負荷，可以斷電告警，也可通過網(wǎng)絡(luò)，由上級機向用戶發(fā)送告警信息，再延遲一 段時間若還未減小負荷，可以斷電。上述曲線數(shù)據(jù)、規(guī)定的延時數(shù)據(jù)、裝置內(nèi)實時時鐘均可 由上級機通過網(wǎng)絡(luò)修改或設(shè)置，對不同用戶可以設(shè)置不同的數(shù)值。如裝置增加了功率測量部 件，精度會更好。
還可以增加一個IC卡讀寫器，與CPU接口，可以實現(xiàn)預(yù)先付費電能表的功能，裝置內(nèi) 保存用戶的購電信息和剩余電量，隨用電自動遞減，用完后自動斷電。為使用戶了解用電和 充值情況，可以增加LCD顯示裝置或LED數(shù)碼指示，也可以經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)由上級機向用戶發(fā)布信 息。


附圖1本裝置系統(tǒng)組成示意圖 圖中1 CPU和存!C器
2用戶輸入接口部分
3用戶控制接口部分
4配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)接口
具體實施例方式
在本說明書發(fā)明內(nèi)容一節(jié)已詳細說明了發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合已有的技術(shù)，同技術(shù)領(lǐng)域的一 般技術(shù)人員應(yīng)該可以實施本發(fā)明，因此這里只簡單介紹具體的實施情況。
以作為干線節(jié)點的帶有功率測量單元、帶有實時時鐘的16用戶集抄集控裝置為例。CPU 選用高速單片機C8051F020， R細和實時時鐘選用FM31256， 32KB鐵電不揮發(fā)RAM加實時時鐘； 網(wǎng)絡(luò)干線為CAN2.0，速率5000波特，CAN協(xié)議和邏輯處理芯片為SJAIOOO，經(jīng)一對高速光耦 6N137隔離，由CAN專用驅(qū)動芯片接到網(wǎng)絡(luò)總線，驅(qū)動部分由獨立電源供電，加有防雷和嵌 位元件；網(wǎng)絡(luò)支線采用CAN232接口，就是專用協(xié)議的半雙工RS232配CAN總線專用驅(qū)動芯片 輸出/輸入，速率4800波特，它具有與CAN總線標準相同的信號、同樣的驅(qū)動能力和硬件抗 干擾能力，但不支持CAN總線協(xié)議，用于幾百米范圍的簡單網(wǎng)絡(luò)很適宜，成本也不高；用戶 輸入接口用CPU總線擴展，所有口線加光耦光電隔離，用第三組獨立電源給光耦供電；用戶 控制接口選用每戶一只60A磁保持繼電器，用IC和分離器件接成類似BTL輸出電路驅(qū)動磁保 持繼電器，繼電器電源有上電延時保護電路，并在電路和程序方面考慮了避免繼電器誤動作 的措施，進線母排和用戶接線端子排都按照每戶40A最大電流考慮，選用了足夠截面的銅材； 功率測量利用CPU內(nèi)的12位A/D轉(zhuǎn)換器和基準電源，用精密采樣電路和最大電流50A的精 密微型互感器分別完成電壓、電流的交流直接采樣，精密運放承擔信號調(diào)理，模擬多路開關(guān) IC切換信號通道，實測測量精度可達到0. 5%，軟件配合硬件電路完成所有工作任務(wù)。整機安 裝在金屬加鎖配電箱內(nèi)，工藝要注意各部分的隔離、屏蔽和絕緣防護，尤其要注意強電部分 與控制部分的隔離。
經(jīng)樣機試驗，全部功能都己實現(xiàn)，性能達到設(shè)計要求，正在進行試運行改進。
權(quán)利要求
1.一種新型的配網(wǎng)用戶側(cè)集抄集控裝置，該裝置由以下部分組成CPU及存貯器、用戶輸入接口、用戶控制接口和配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)接口。其特征在于該裝置有一個可連接到配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)并作為其中一個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)接口，并具有連接多個用戶電能表的用戶輸入接口和控制多個用戶總開關(guān)的用戶控制接口。
2. 如權(quán)利要求1所描述的集抄集控裝置，其特征在于裝置內(nèi)有用于連接網(wǎng)絡(luò)支線的 第二個配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)接口。
3. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所描述的集抄集控裝置，其特征在于裝置內(nèi)有一個功 率測量單元。
4. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所描述的集抄集控裝置，其特征在于裝置內(nèi)有一個實 時時鐘。
5. 如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所描述的集抄集控裝置，其特征在于裝置內(nèi)有一個IC 卡讀寫器。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力配網(wǎng)線路的用戶側(cè)集抄集控裝置配網(wǎng)一般指10千伏和以下的電力線路，配網(wǎng)中對大用戶和配變的信息管理已基本可以滿足需要，但對量大面廣的公網(wǎng)低壓用戶和供電臺區(qū)，卻缺少有效的信息管理手段。本發(fā)明引入一種新型集抄集控裝置，由CPU及存貯器、用戶輸入接口、用戶控制接口、配網(wǎng)臺區(qū)測控網(wǎng)絡(luò)接口組成，連網(wǎng)后實現(xiàn)以配變臺區(qū)為管理單元，將信息管理延伸到臺區(qū)的每一用戶。應(yīng)用本裝置連網(wǎng)，可以實現(xiàn)遠程抄表、遠程通斷指定用戶的電源、遠程按戶竊電報警、小用戶按戶負荷控制、預(yù)付費供電等新功能。
文檔編號G08C19/00GK101206795SQ20071005287
公開日2008年6月25日 申請日期2007年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
發(fā)明者許之端 申請人:許之端;朱 進;鄭 軍