本實用新型涉及電力領(lǐng)域，更具體而言涉及一種電能質(zhì)量采集終端。

背景技術(shù)：

為規(guī)范電力用戶能效監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，指導(dǎo)電力能效測評工作，按照統(tǒng)一設(shè)計、互連互通、科學(xué)規(guī)范的建設(shè)原則而制定了《電力能效監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》系列標(biāo)準(zhǔn)，為我國電能服務(wù)管理平臺和電力能效監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)提供技術(shù)支撐。GB/T 31960《電力能效監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》分為以下幾個部分：

——第1部分：總則；

——第2部分：主站功能規(guī)范；

——第3部分：通信協(xié)議，包括主(子)站與電力能效信息集中與交互終端、電力能效信息集中與交互終端和電力能效監(jiān)測終端間的通信協(xié)議；

——第4部分：子站功能設(shè)計規(guī)范；

——第5部分：主站設(shè)計導(dǎo)則；

——第6部分：電力能效信息集中與交互終端技術(shù)條件；

——第7部分：電力能效監(jiān)測終端技術(shù)條件；

——第8部分：安全防護要求；

——第9部分：系統(tǒng)檢驗規(guī)范；

——第10部分：電力能效監(jiān)測終端檢驗規(guī)范；

——第11部分：電力能效信息集中與交互終端檢驗規(guī)范。

上述要求對V型電能質(zhì)量型電力能效監(jiān)測終端做了技術(shù)規(guī)定，各相電壓電流的諧波監(jiān)測能力要求能分析到高達50次、電壓電流不平衡度、閃變等。

針對電能信息采集與分析的監(jiān)測終端目前品牌繁多，有專業(yè)的高級電能質(zhì)量分析儀，可以實現(xiàn)對電能質(zhì)量的大部分或所有電能質(zhì)量指標(biāo)的采集、分析及存儲，但其體積大、成本高，安裝不方便等，無法滿足電力能效監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)要求的低成本要求；也有在三相智能電表的基礎(chǔ)上實現(xiàn)初步電能質(zhì)量采集與分析的監(jiān)測終端，此類監(jiān)測終端成本低通用性好，但是大部分都無法實現(xiàn)高達50次的諧波分析，而且通信方式也主要是RS485或無線方式，無法實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的 實時傳輸要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型針對GB/T 31960.7《第7部分：電力能效監(jiān)測終端技術(shù)條件》中V型電力能效監(jiān)測終端即電能質(zhì)量型電力能效監(jiān)測終端的技術(shù)要求，實現(xiàn)對電力輸電線路的諧波采樣、計算與分析，達到快速高效采樣、低成本以及解決高次諧波采樣問題，簡化電能質(zhì)量型電力能效監(jiān)測終端硬件設(shè)計和硬件成本問題，使終端產(chǎn)品更加穩(wěn)定可靠，適用范圍更廣。

為此，本實用新型提供了一種電能質(zhì)量采集終端，包括：電源模塊，該電源模塊是以低功耗開關(guān)電源為主的供電電路，用于將供電電源的85～265VAC電源轉(zhuǎn)換成5V低壓直流電源，同時將采集終端的工作電路與強電進行隔離；交流模擬量采集模塊，用于對三相供電電路進行精確計量外，并且對每個通道進行高速采樣，實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換；電壓電流變換模塊，用于將現(xiàn)場的多路高電壓、大電流轉(zhuǎn)換成采集終端的采集模塊能接受的低電壓信號，同時實現(xiàn)對高電壓、大電流的隔離；功能擴展模塊，用于多種環(huán)境量的多種采集以及對數(shù)字量的輸入輸出；實時時鐘模塊，用于提供計時；存儲模塊，用于存儲所有需要存儲的數(shù)據(jù)；網(wǎng)絡(luò)通信模塊，用于所述終端的本地維護、遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ殴δ埽蝗藱C交互模塊，用于采集終端數(shù)據(jù)與狀態(tài)顯示；主處理與分析模塊，用于對模擬量采集數(shù)據(jù)的處理、運算、分析，電能量及電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的計算與分析，協(xié)調(diào)上述各模塊之間的工作、存儲及數(shù)據(jù)通信功能，并且用于與上位機或主站的通信控制與協(xié)議分析。

優(yōu)選地，所述電壓電流變換模塊包括多路高精度的電壓互感器、多路電流互感器及其附屬電路。

優(yōu)選地，采用高精度大動態(tài)范圍的三相電能表計量芯片ATT7022E來設(shè)計所述交流模擬量采集模塊。

優(yōu)選地，所述功能擴展模塊包括直流模擬量采集單元，以雙通道的串行ADC芯片AD7791加上隔離芯片ADUM1411進行設(shè)計，具有2路4-20mA的電流環(huán)采集電路，所述功能擴展模塊還包括DI/D0單元。

優(yōu)選地，所述實時時鐘模塊采用自帶溫補的RTC芯片加長壽命的綠色不可充鋰電池。

優(yōu)選地，所述存儲模塊以大容量串行FLASH芯片W25Q64BV進行設(shè)計。

優(yōu)選地，所述網(wǎng)絡(luò)通信模塊以2路RS485、1路以太網(wǎng)、1路紅外接口電路進行設(shè)計。

優(yōu)選地，所述電源模塊轉(zhuǎn)換成的5V低壓直流電源中的一路供給RS485電路及功能擴展模塊，另一路供給其它所有電路。

優(yōu)選地，所述人機交互模塊包括LCD屏、多個按鍵以及多個狀態(tài)指示燈。

優(yōu)選地，所述主處理與分析模塊以高性能Cortex M3處理器STM32F207進行設(shè)計，該處理器片內(nèi)集成主頻高達120Mhz的Cortex M3內(nèi)核心，并自帶256KB～512KB大容量的程序存儲器與64KB數(shù)據(jù)存儲器。

本實用新型的V型電能質(zhì)量電力能效采集終端，融合最新的電子技術(shù)和最新的芯片技術(shù)，充分利用目前高性價比的Cortex M3MCU，以最小的成本和最有效的手段實現(xiàn)對電力線路的諧波數(shù)據(jù)等電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集、分析、本地存儲及遠程監(jiān)控等功能，以實現(xiàn)有效的電能質(zhì)量異?？刂婆c管理功能，對于目前的綠色節(jié)能的目標(biāo)有很大的現(xiàn)實意義。

與低成本的三相表擴展的終端相比，本實用新型的終端既能實現(xiàn)基本電量數(shù)據(jù)的采集、分析與存儲，又能實現(xiàn)高達50次的諧波采集與分析、能實現(xiàn)電壓電流不平衡、閃變的功能，功能豐富而成本又增加不了多少。相對于高級的電能質(zhì)量分析儀，體積小、成本低、安裝方便，在滿足電能能效監(jiān)測系統(tǒng)建議的需求下，有極高的性價比。通信方式多樣，既有高速的以太網(wǎng)接口，也有通用的RS485接口，可實現(xiàn)現(xiàn)場不同的需要。

綜上所述，本實用新型的電能質(zhì)量采集終端具有如下有點：

1、采集終端采用模塊化設(shè)計，各功能模塊之間功能區(qū)分明晰，方便硬件升級；

2、采用電氣安裝方便的軌道安裝方式，方便現(xiàn)場使用時如同安裝普通斷路器一樣；

3、外接電壓電流均采用PT與CT方式進行變換，在實現(xiàn)信號變換的同時，實現(xiàn)處理電路與外部強電的隔離，提高了本采集終端的電磁兼容性能，又方便采集終端現(xiàn)場調(diào)試的設(shè)備與人身安全；

4、本采集終端采用高速以太網(wǎng)，并輔以RS485通信的設(shè)計，實現(xiàn)對電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的低成本高速采集與傳輸要求。

5、數(shù)據(jù)存儲單元采用串行接口的FLASH設(shè)計，此類存儲器件體積小、成本低、容量大，可方便地根據(jù)客戶需要進行個性化配置，以實現(xiàn)成本最優(yōu)；

6、主處理單元采用目前主流的高性能Cortex M3處理器，在滿足處理能力要求的前提下，實現(xiàn)很高的性價比；

7、在一定歷史條件下的人機接口設(shè)計，可現(xiàn)場實現(xiàn)對采集終端的狀態(tài)顯示、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)查詢等功能。

根據(jù)在下文中所描述的附圖和實施例，本實用新型的這些和其它方面將是清楚明白的，并且將參考在下文中所描述的實施例而被闡明。

附圖說明

將參考附圖中所說明的示范性的實施例而在下文中更詳細地解釋本實用新型。

圖1是根據(jù)本實用新型實施例的電能質(zhì)量采集終端的示意圖。

具體實施方式

本實用新型在硬件設(shè)計上，采用了以滿足現(xiàn)場功能需求為目標(biāo)但又考慮低成本的方案進行設(shè)計，并采用模塊化設(shè)計思想。

如圖1所示，根據(jù)本實用新型實施例的電能質(zhì)量采集終端的硬件電路在功能模塊上包括：電源模塊、電壓電流變換模塊(PTCT)、交流模擬量采集模塊、功能擴展模塊、實時時鐘模塊、主處理與分析模塊、存儲模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、人機交互模塊等9大模塊。在結(jié)構(gòu)設(shè)計上，采用軌道安裝方式。

電源模塊為一個以低功耗的開關(guān)電源為主的供電電路，實現(xiàn)將供電電源的85～265V的AC電源轉(zhuǎn)換成采集終端用的5V低壓直流電源，一路供給RS485電路及功能擴展模塊，另一路供給其它所有電路，同時實現(xiàn)將采集終端的工作電路與強電進行隔離的功能。

電壓電流變換模塊(PTCT)，包括多路高精度的電壓互感器(PT)、多路電流互感器(CT)及其附屬電路，實現(xiàn)將現(xiàn)場的多路高電壓、大電流轉(zhuǎn)換成采集終端的采集模塊能接受的低電壓信號，同時實現(xiàn)對高電壓、大電流的隔離。

交流模擬量采集模塊，以一個高精度大動態(tài)范圍的三相電能表計量芯片ATT7022E進行設(shè)計，此芯片除了能對三相供電電路進行精確計量外，還可以實現(xiàn)對每個通道進行高速采樣，實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。

功能擴展模塊，包括兩個部分：直流模擬量采集單元，以一個雙通道的串行ADC芯片AD7791加上隔離芯片ADUM1411進行設(shè)計，它設(shè)計有2路4-20mA的電流環(huán)采集電路，可實現(xiàn)多種環(huán)境量如溫濕度、壓力、流量等多種采集；DI/D0單元，實現(xiàn)對數(shù)字量輸入輸出功能。

實時時鐘模塊，采用一個自帶溫補的RTC芯片加長壽命的綠色不可充鋰電池，可實現(xiàn)在停電狀態(tài)也能達到計時精度不大于0.5秒/天。

存儲模塊以一片大容量的串行FLASH芯片W25Q64BV進行設(shè)計，用于存儲電能數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)、終端參數(shù)等所有需要存儲的數(shù)據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)通信模塊以2路RS485、1路以太網(wǎng)、1路紅外接口電路進行設(shè)計，完成采集終端的本地維護、遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)韧ㄐ殴δ堋?/p>

人機交互模塊，包括4個按鍵、1個LCD屏及多個狀態(tài)指示燈，實現(xiàn)終端數(shù)據(jù)與狀態(tài)顯示功能。

主處理與分析模塊，以一個目前主流的高性能Cortex M3處理器STM32F207來進行設(shè)計，此處理器片內(nèi)集成一個主頻高達120Mhz的Cortex M3內(nèi)核心，并自帶256KB～512KB大容量的程 序存儲器與64KB數(shù)據(jù)存儲器，實現(xiàn)對模擬量采集數(shù)據(jù)的處理、運算、分析，實現(xiàn)電能量及電能質(zhì)量等相關(guān)數(shù)據(jù)計算與分析。該處理模塊還協(xié)調(diào)上述各模塊之間的工作、存儲及數(shù)據(jù)通信等功能并實現(xiàn)與上位機或主站的通信控制與協(xié)議分析功能。

上面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型做了詳細的說明。但是，應(yīng)當(dāng)理解，本實用新型的實施例并不限于所公開的特定實施例，并且對該實施例的修改和其他實施例也意圖被包含在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。盡管此處使用了特定術(shù)語，但是它們僅在通用和描述性意義上使用，而非為了限制的目的。