一種電流監(jiān)測裝置及防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電流監(jiān)測裝置及防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)，該電流監(jiān)測裝置包括電源及電池管理單元與電流監(jiān)測器，電源及電池管理單元與電流監(jiān)測器相連；電流監(jiān)測器包括：電流傳感器單元、信號處理轉(zhuǎn)換單元、中央處理單元、時鐘鐵電存儲單元、TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元、射頻通信單元，電流傳感器單元與中央處理單元通過信號處理轉(zhuǎn)換單元相連；時鐘鐵電存儲單元、TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元、射頻通信單元分別與中央處理單元相連。本實用新型的電流監(jiān)測裝置及防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)的安全性及可靠性上得到提升，避免了使用GPRS傳輸用電信息時易受到攻擊、易丟失數(shù)據(jù)、安全性低、誤操作等問題。
【專利說明】一種電流監(jiān)測裝置及防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電力領(lǐng)域，特別涉及一種電流監(jiān)測裝置及防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近年來，隨著經(jīng)濟的高速增長和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，竊電現(xiàn)象呈現(xiàn)出高發(fā)和上升勢態(tài)，竊電問題比以往更為嚴(yán)重。一些單位和個人，尤其是高能耗企業(yè)，將盜竊電能降低成本作為獲利手段，采取各種方法竊取電量，以達到不交或少交電費的目的。竊電問題一直困擾著供電部門，竊電造成電能大量流失，嚴(yán)重?fù)p害了供電企業(yè)的合法權(quán)益，擾亂了正常的供用電秩序，同時也嚴(yán)重影響了電力事業(yè)的健康發(fā)展，而且給電網(wǎng)安全帶來了嚴(yán)重威脅。竊電現(xiàn)象的主要特點表現(xiàn)為竊電手段科技化、竊電過程隱蔽化、竊電數(shù)量大額化，給國家造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。針對以上現(xiàn)象，一些電力企業(yè)雖然已經(jīng)采取了人工排查、對高供低計用戶實施高供高計改造以及推廣用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)等措施，但這些傳統(tǒng)的防竊電方法存在著很大的不足及客觀缺陷，例如:人工排查和高供高計不僅不能實現(xiàn)實時監(jiān)測，而且也浪費了大量的人力和物力成本，沒有從根本上實現(xiàn)實時、高效、準(zhǔn)確地防竊電。
[0003]為了解決現(xiàn)有防竊電措施的不足，已經(jīng)有人開發(fā)出一種專用變壓器供電(以下簡稱專變)用戶負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要是在原有的用電信息采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了無線電流監(jiān)測裝置和無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置。無線電流監(jiān)測裝置采集用戶變壓器一次側(cè)用電信息，無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置接收來自無線電流監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)，再通過無線公網(wǎng)GPRS的方式上傳給遠(yuǎn)程主站，把該數(shù)據(jù)最后與二次側(cè)用戶電能表計量的用電數(shù)據(jù)進行比對分析，從而可以判斷該用戶是否有竊電嫌疑。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，這種方式雖然可以實現(xiàn)對用戶的用電情況實時、準(zhǔn)確、直觀以及全面的監(jiān)控，但仍有其不足之處，主要有:
[0004]1.目前已有的系統(tǒng)上傳主站的方式主要是基于無線公網(wǎng)的GPRS形式，而GPRS按流量計費，每臺無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置每月最低需5M，計費為20?100元。盡管長期掛在網(wǎng)上，只要不發(fā)生數(shù)據(jù)通信就不會產(chǎn)生費用，但必須隨時監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)狀況，一旦發(fā)現(xiàn)掉網(wǎng)馬上重新連網(wǎng)并同時將自己新的IP地址上報主站，從而增加了數(shù)據(jù)流量，而此部分流量費用也需由用戶支付。據(jù)不完全統(tǒng)計，國家電網(wǎng)公司每年給中國移動公司繳納幾億元的通訊費用。
[0005]目前現(xiàn)有的專變用戶防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)中的無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置主要采用無線公網(wǎng)GPRS方式上報主站的模式。如果按15分鐘上報一次，每條短信費按0.1元計算，那么一年內(nèi)一臺無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置需要支付給移動通信公司的短信費用為(24*60/15)*0.1*365=3504元，假如一年按照3萬套來安裝計算，則一年內(nèi)需要給移動公司支付的短信費用為3504*30000 乂 I億元?？梢娛褂肎PRS費用高得驚人。
[0006]2.電流監(jiān)測裝置采集變壓器一次側(cè)用電信息后，需把用電數(shù)據(jù)傳輸給無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置再通過無線公網(wǎng)GPRS的方式把該數(shù)據(jù)上傳給遠(yuǎn)程主站，這種中轉(zhuǎn)上傳方式勢必會增加負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)的成本。
實用新型內(nèi)容[0007]本實用新型的目的是公開一種電流監(jiān)測裝置及防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的防竊電監(jiān)測系統(tǒng)在監(jiān)測過程中安全性差的問題。
[0008]該電流監(jiān)測裝置包括電源及電池管理單元與電流監(jiān)測器，電源及電池管理單元與電流監(jiān)測器相連；該電流監(jiān)測器包括:電流傳感器單元、信號處理轉(zhuǎn)換單元、中央處理單元、時鐘鐵電存儲單元、TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元、射頻通信單元，電流傳感器單元與中央處理單元通過信號處理轉(zhuǎn)換單元相連；時鐘鐵電存儲單元、TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元、射頻通信單元分別與中央處理單元相連。
[0009]在上述技術(shù)方案中，本實用新型電流監(jiān)測裝置的電流監(jiān)測器還包括看門狗和掉電保護單元，看門狗和掉電保護單元與中央處理單元相連。
[0010]在上述技術(shù)方案中，本實用新型電流監(jiān)測裝置的電流監(jiān)測器還包括磁場檢測單元，磁場檢測單元與中央處理單元相連。
[0011]在上述技術(shù)方案中，信號處理轉(zhuǎn)換單元包括信號處理單元與A/D轉(zhuǎn)換單元，信號處理單元與中央處理單元通過A/D轉(zhuǎn)換單元相連。
[0012]本實用新型的電流監(jiān)測裝置采用TD-LTE230M技術(shù)，在數(shù)據(jù)的安全性、可靠性及實時性方面得到提升，同時降低了電力企業(yè)的成本；避免了使用GPRS傳輸用電信息時容易受到攻擊、易丟失數(shù)據(jù)、安全性低、誤操作等問題。
[0013]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的防竊電監(jiān)測系統(tǒng)在監(jiān)測過程中安全性差的問題，本實用新型還提出了一種防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)，該防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)包括上述的電流監(jiān)測裝置和主站，電流監(jiān)測裝置通過TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元與主站通信。
[0014]本實用新型的防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)由于省略了無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，大大降低了防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)的成本，同時把TD-LTE230M技術(shù)應(yīng)用在防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)中，替代原有GPRS技術(shù)。由于TD-LTE230M技術(shù)使用權(quán)專屬電力企業(yè)。因此，相對以往GPRS技術(shù)，使用TD-LTE230M技術(shù)對用電信息進行傳輸避免了數(shù)據(jù)易受到攻擊、易丟失、安全性低、誤操作、高危險等問題，每年為電力企業(yè)節(jié)省了巨額的用電信息傳輸成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2是本實用新型的電流監(jiān)測裝置的原理圖；
[0017]圖3是本實用新型的信號處理單元及A/D轉(zhuǎn)換單元的原理圖；
[0018]圖4是本實用新型的中央處理單元的原理圖；
[0019]圖5是本實用新型的磁場檢測單元的原理圖；
[0020]圖6是本實用新型的時鐘鐵電存儲單元的原理圖；
[0021]圖7是本實用新型的看門狗和掉電保護單元的原理圖；
[0022]圖8是本實用新型的射頻通信單元的原理圖；
[0023]圖9是本實用新型的TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元的原理圖；
[0024]圖10是本實用新型的電源及電池管理單元的原理圖；
[0025]圖11是本實用新型的防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】[0026]下面結(jié)合附圖，對本實用新型的幾個【具體實施方式】進行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本實用新型的保護范圍并不受【具體實施方式】的限制。
[0027]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的防竊電監(jiān)測系統(tǒng)在監(jiān)測過程中安全性差的問題，本實用新型提供了 一種電流監(jiān)測裝置。
[0028]如圖2所示，本實用新型的電流監(jiān)測裝置包括:電源及電池管理單元210與電流監(jiān)測器，電源及電池管理單元210與電流監(jiān)測器相連；該電流監(jiān)測器包括:電流傳感器單元201、信號處理轉(zhuǎn)換單元、中央處理單元204、時鐘鐵電存儲單元206、射頻通信單元208、TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元209，電流傳感器單元201與中央處理單元204通過信號處理轉(zhuǎn)換單元相連；信號處理轉(zhuǎn)換單元包括信號處理單元202與A/D轉(zhuǎn)換單元203，信號處理單元202與中央處理單元204通過A/D轉(zhuǎn)換單元203相連；時鐘鐵電存儲單元206、射頻通信單元208、TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元209分別與中央處理單元204相連。
[0029]本實用新型的電流監(jiān)測裝置的電流監(jiān)測器還包括磁場檢測單元205、看門狗和掉電保護單元207，磁場檢測單元205、看門狗和掉電保護單元207分別與中央處理單元204相連。
[0030]電流傳感器單元201主要是使用帶有磁芯電流互感器，負(fù)責(zé)從中高壓電力線提取中高壓電力線的電流以及電場抽能。單磁芯互感器由鐵芯及纏繞在鐵芯上的線圈組成。線圈用來進行電流采樣以及電場抽能，其感應(yīng)的電流用于向信號處理單元202及A/D轉(zhuǎn)換單元203提供采樣電流，所抽取的能量用來給電流監(jiān)測裝置供電。
[0031 ] 如圖3所示為信號處理單元202及A/D轉(zhuǎn)換單元203的原理圖，信號處理單元202及A/D轉(zhuǎn)換單元203主要用來處理由電流傳感器單元201感知的電流信息，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，把電流信息轉(zhuǎn)換成中央處理單元204可識別的數(shù)字信號。
[0032]如圖4所示為中央處理單元204的原理圖，中央處理單元204主要是起到整個電流監(jiān)測裝置核心控制及數(shù)據(jù)處理的作用，用來計算瞬時功率，并控制射頻通信單元208以及TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元209，把此數(shù)據(jù)通過無線的形式發(fā)送；接收并處理磁場檢測單元205發(fā)送的數(shù)據(jù)，以此判斷周圍磁場是否為干擾磁場，并做出相應(yīng)的告警等一系列動作。
[0033]如圖5所示為磁場檢測單元205的原理圖，磁場檢測單元205主要由模擬霍爾位置傳感器SS490和運算放大器LM358兩部分組成。當(dāng)周圍沒有磁場時，傳感器輸出2.5V電壓；當(dāng)周圍有磁場時，其輸出與所檢測到的磁場強度成正比的電壓值。運算放大器LM358的作用是驅(qū)動傳感器SS490，傳感器SS490的輸出電壓通過運算放大后輸入中央處理單元204的AD 口。中央處理單元204通過檢測此電壓信號，并做相應(yīng)的處理，來檢測磁場強度大小，當(dāng)檢測到的磁場強度超出預(yù)設(shè)閾值時，通過射頻的方式報警信息，提示電流監(jiān)測裝置周圍存在強磁場干擾。
[0034]如圖6所示為時鐘鐵電存儲單元206的原理圖，時鐘鐵電存儲單元206的作用是為中央處理單元204提供精準(zhǔn)時鐘，保證收發(fā)對時的精準(zhǔn)性。本實用新型中時鐘電路采用RX8025T, RX8025T 是一款擁有 I2C (Inter 一 Integrated Circuit，兩線式串行總線)接口和溫度補償功能的新型實時時鐘芯片，內(nèi)部集成32.768KHZ溫度補償晶體振蕩器，可用于各種需要高精度時鐘的場合。通過設(shè)置相應(yīng)補償?shù)目刂莆?，可以實現(xiàn)不同間隔的溫度補償功能，從而大大提高了時鐘的精度。芯片可設(shè)置四種不同的時段進行溫度補償，默認(rèn)設(shè)置是2S補償。該芯片采用C-MOS工藝生產(chǎn)，具有極低的功能消耗，可長期使用電池供電。
[0035]由于中央處理單元204程序龐大，僅使用其內(nèi)部的存儲單元無法滿足龐大的程序存儲，因此需要使用外擴的鐵電存儲單元來完成程序存儲。在本實用新型中，鐵電存儲單元可采用FM24CL64。但不限于此，可根據(jù)需求選擇其它芯片。
[0036]如圖7所示為看門狗和掉電保護單元207的原理圖，看門狗和掉電保護單元207的作用是確保無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置不會因為程序跑飛而死機，確保無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置能夠從由外部原因?qū)е碌漠惓Ｖ袕?fù)位，并確保在電壓降低到設(shè)定閾值時，能夠使系統(tǒng)復(fù)位。
[0037]如圖8所示為射頻通信單元208的原理圖，射頻通信單元208用來實現(xiàn)監(jiān)測裝置之間的通信。通信方式主要以射頻通信的方式進行，通信頻率可以選擇433MHz或915MHz。
[0038]如圖9所示為TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元209的原理圖，為了保證電力企業(yè)的自主權(quán)，保證遠(yuǎn)程通信數(shù)據(jù)的安全性、可靠性及實時性，降低電力企業(yè)的成本，采用無線電力專網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)是未來形勢所趨。本實用新型中采用的TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元(但不限于此，可根據(jù)需求選擇其它模塊或單元)具有透明、包容性強的通訊協(xié)議，高吞吐量、適合多種通訊場所等特點。TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸技術(shù)具有低成本廣覆蓋、系統(tǒng)兼容性好、安全性強、海量實時在線終端用戶等特點。避免了原有使用GPRS傳輸用電信息時容易受到攻擊、易丟失數(shù)據(jù)、安全性低、誤操作危險高等問題。
[0039]如圖10所示為電源及電池管理單元210的原理圖，整個電流監(jiān)測裝置的供電部分主要由電流互感器線圈電場抽能的方式進行供電，在線圈的后端接有兩個LDO電源芯片，分別輸出5V和3.3V電壓?？紤]到電壓輸入輸出特性，LDO芯片可采用78L05和LM1117IMPX-3.3。供電部分不限于此，也可使用鋰電池進行供電，同樣，芯片可以選擇其他
-H-* I I
心/T O
[0040]本實用新型的電流監(jiān)測裝置采用TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸技術(shù)，在數(shù)據(jù)的安全性、可靠性及實時性方面得到提升，同時降低了電力企業(yè)的成本；避免了使用GPRS傳輸用電信息時容易受到攻擊、易丟失數(shù)據(jù)、安全性低、誤操作等問題。
[0041]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的防竊電監(jiān)測系統(tǒng)在監(jiān)測過程中安全性差的問題，本實用新型提出了一種防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)，該防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)包括上述的電流監(jiān)測裝置和主站，電流監(jiān)測裝置通過TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元與主站通信。本實用新型的防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖11所示，具體工作原理如下:
[0042]裝在A、B、C三相的電流監(jiān)測裝置分別采集電力變壓器一次側(cè)的三相的用電數(shù)據(jù)，采集完成后，其中兩相的電流監(jiān)測裝置(如:電流監(jiān)測裝置B和電流監(jiān)測裝置C)把其采集到的用電數(shù)據(jù)通過無線微功耗的方式(諸如通過射頻通信單元208的射頻方式)傳輸給另外一相電流監(jiān)測裝置(如:電流監(jiān)測裝置A)，該電流監(jiān)測裝置(如:電流監(jiān)測裝置A)接收完成后，再通過TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸?shù)姆绞?，把三相用電?shù)據(jù)上傳給遠(yuǎn)程主站，從而完成整個防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)的工作。在三個電流監(jiān)測裝置中，只需有一個裝置配置TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元即可，另外兩個監(jiān)測裝置可使用現(xiàn)有技術(shù)。當(dāng)然，三個裝置可分別配置相應(yīng)的TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元。
[0043]本實用新型的防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)由于省略了無線數(shù)據(jù)收發(fā)裝置，大大降低了防竊電系統(tǒng)的成本，同時把新型TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸技術(shù)應(yīng)用在防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)中，替代原有GPRS技術(shù)。由于TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸技術(shù)使用權(quán)專屬電力企業(yè)。因此，相對以往GPRS技術(shù)，使用TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸技術(shù)對用電信息進行傳輸避免了數(shù)據(jù)受到攻擊、易丟失、安全性低、誤操作等問題，每年為電力企業(yè)節(jié)省了巨額的用電信息傳輸成本。
[0044]以上公開的僅為本實用新型的幾個具體實施例，但是，本實用新型并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電流監(jiān)測裝置，其特征在于，包括:電源及電池管理單元與電流監(jiān)測器，所述電源及電池管理單元與所述電流監(jiān)測器相連； 所述電流監(jiān)測器包括:電流傳感器單元、信號處理轉(zhuǎn)換單元、中央處理單元、時鐘鐵電存儲單元、TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元、射頻通信單元，所述電流傳感器單元與所述中央處理單元通過所述信號處理轉(zhuǎn)換單元相連； 所述時鐘鐵電存儲單元、所述TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元、所述射頻通信單元分別與所述中央處理單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流監(jiān)測裝置，其特征在于，所述電流監(jiān)測器還包括:看門狗和掉電保護單元，所述看門狗和掉電保護單元與所述中央處理單元相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流監(jiān)測裝置，其特征在于，所述電流監(jiān)測器還包括:磁場檢測單元，所述磁場檢測單元與所述中央處理單元相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流監(jiān)測裝置，其特征在于，所述信號處理轉(zhuǎn)換單元包括信號處理單元與A/D轉(zhuǎn)換單元，所述信號處理單元與所述中央處理單元通過所述A/D轉(zhuǎn)換單元相連。
5.一種防竊電負(fù)荷監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1-4任意一項所述的電流監(jiān)測裝置和主站，所述電流監(jiān)測裝置通過TD-LTE230M無線電力專網(wǎng)傳輸單元與所述主站通?目 。
【文檔編號】G01R11/24GK203561674SQ201320727447
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】趙羨龍, 侯克男, 楊立新, 宮臣, 丁賀蘋, 胡宇宣 申請人:國家電網(wǎng)公司, 北京南瑞智芯微電子科技有限公司