一种基于无线网络传输的电能数据采集系统及其工作方法技术方案

本发明专利技术一种基于无线网络传输的电能数据采集系统涉及电网线路的采集检测系统及其工作方法，能够广泛用于低压线路的信号采集及检测。一种基于无线网络传输的电能数据采集系统由电量采集装置、通讯电源装置和贴片式电压采集装置组成；电量采集装置通过通信总线与通讯电源装置连接；贴片式电压采集装置通过无线传输将数据输送给通讯电源装置。所述的电量采集装置具有壳体一；壳体一表面设置有通信总线接口、手动编码开关；在壳体一内设置有电流信号采集接口、温度信号采集接口、可编程增益放大器(PGA)、数字信号转换器(二阶sigma‑deltaADC)、精密基准源、滤波模块、计量模块、精密时钟和通讯模块。

Electric energy data acquisition system based on wireless network transmission and working method thereof

The invention relates to an electric energy data acquisition system based on wireless network transmission, which relates to a collection detection system and a working method thereof. A data acquisition system composed of communication power supply device and SMD voltage acquisition device comprises a power collection device, wireless network transmission based on electric energy; electric power collection device connected through a communication bus and communication power supply devices; SMD voltage acquisition device through the wireless transmission of data transmission to the communication power supply device. The electric power collection device has a housing; housing surface is provided with a communication interface, manual encoding switch is arranged in the shell; in a current signal acquisition interface, temperature signal acquisition interface, programmable gain amplifier (PGA), digital signal converter (two order Sigma deltaADC), precision reference source, filter module measurement module, communication module and clock precision.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一种基于无线网络传输的电能数据采集系统涉及电网线路的采集检测系统及其工作方法，能够广泛用于低压线路的信号采集及检测。
技术介绍
伴随着基础设施的高速发展，尤其是房地产的大规模开发，国民经济对电力的需求越来越高，对电网的调控也提出了越来越高的要求，很多时候电网一旦出现故障不能及时排除，会触发连锁反应带来巨大的经济损失，但现有的监控设备通常为大型的枢纽式监控设备，通过接入高压电网，对骨干线路进行监控，这类设备的采购运行成本均较高，且通常用于高压线路的检测，对低压的线路网往往心有余而力不足，精细化程度不够，对小区、工业园等具体用电的场所监测往往存在盲点，不能够深入重点区域进行精细化检测，所以有必要设计出一种检测设备来实时监控低压电网的运行状况，满足实际的使用需求。
技术实现思路
本专利技术针对上述不足之处提供了一种基于无线网络传输的电能数据采集系统，通过对三相线路中的电压、电流等运行数据采集，系统分析线路的状况，并在发生异常情况时能够自动报警，具有优良的使用推广价值。一种基于无线网络传输的电能数据采集系统由电量采集装置、通讯电源装置和贴片式电压采集装置组成；电量采集装置通过通信总线与通讯电源装置连接；贴片式电压采集装置通过无线传输将数据输送给通讯电源装置。所述的电量采集装置具有壳体一；壳体一表面设置有通信总线接口、手动编码开关；在壳体一内设置有电流信号采集接口、温度信号采集接口、可编程增益放大器(PGA)、数字信号转换器(二阶sigma-deltaADC)、精密基准源、滤波模块、计量模块、精密时钟和通讯模块；通信总线能够为电量采集装置供电并进行数据传输；在接入三相电路中，设置有电流信号采集接口；电流信号采集接口通过数据线连接到可编程增益放大器(PGA)、数字信号转换器(二阶sigma-deltaADC)和滤波模块，所有的滤波模块均通过各自的数据线连接到计量模块上；同时，由通讯电源装置经通信总线接口提供的电压采样信号通过数据线连接到可编程增益放大器(PGA)、数字信号转换器(二阶sigma-deltaADC)和滤波模块，所有的滤波模块均通过各自的数据线连接到计量模块上；计量模块对采集到的电流信号、电压信号进行计算处理，计量模块通过数据线连接到通讯模块上，并将处理好的电量数据传输到通讯模块上，通讯模块通过通信总线连接到通讯电源装置上；通信总线的一端与通讯电源装置接口连接，通信总线的另一端对应的接到电量采集装置上，通讯电源装置的处理单元接收电量采集装置计算处理后的电量数据；所述的数字信号转换器(二阶sigma-deltaADC)还通过数据线单独连接到精密基准源上，通过精密基准源用于准确测量输入的电压或电流，所述的计量模块还连接有精密时钟，用于提供精准的采样周期，确保电量计算准确。通讯模块还通过数据线与手动编码开关连接，手动编码开关通过两组开关分别设置为0或1的状态，能够根据需要编成4个不同的编码。所述的精密基准源为漂移低于10ppm的精密带隙电压基准源。所述的精密时钟为漂移低于20ppm的精密时钟。所述的电量采集装置上还设置有温度信号采集接口，温度采集接口通过数据线连接到可编程增益放大器(PGA)，可编程增益放大器(PGA)与数字信号转换器(sigma-deltaADC)连接，数字信号转换器(sigma-deltaADC)与计量模块连接。所述的温度信号采集接口上能够外接热敏电阻Rr，所述的壳体一上还设置有多个指示灯，每个指示灯分别与计量模块连接用以显示各种设备的工作状态。所述的壳体一表面还设置有提手。所述的电量采集装置设置有两组电流信号采集接口、两组温度信号采集接口，能够同时采集并计算出两组三相线路的工作参数。所述的壳体一上还设置有滑轨，滑轨能够在配电柜内安装的轨道上滑动安装。通讯电源装置具有壳体二，在壳体二上设置有通信总线接口、RS485通讯端口、无线2.4G数据接收天线、无线433M数据发送天线、有线网接口、主电压采集接口、备份电压采集接口和手动编码开关；在壳体二内设置有信号放大/滤波模块、电压检测模块、差分/缓冲电路、整流电路、宽范围AC/DC电源模块、处理单元、2.4G无线通信模块、433M远距离通信模块、RS485通信模块、以太网接入模块；在通讯电源装置中，无线2.4G数据接收天线与2.4G无线通信模块连接；无线433M数据发送天线与433M远距离通信模块连接；RS485通讯端口与RS485通信模块连接；2.4G无线通信模块、433M远距离通信模块、RS485通信模块、以太网接入模块分别与处理器连接；在接入三相电路中分别有3个主电压采集接口UA、UB、UC；3个备份电压采集接口Ua、Ub、Uc，每个主电压采集接口或备份电压采集接口分别依次连接有对应的信号放大/滤波模块，通过信号放大/滤波模块再连接到电压检测模块，切换选择后的三相电压信号经差分/缓冲电路后送至通信总线接口，通过通信总线提供给电量采集装置计算使用；同时，主电压或备份电压采集后分别进行三相整流送至宽范围AC/DC电源模块；处理单元同时接收电量采集装置和贴片式电压采集装置传送过来的电量数据，分时计算和筛选，再通过有线网或无线数据发送天线发送到通讯管理机上。所述的处理单元为Cortex系列CPU。所述的2.4G无线通信接收天线能够接收贴片式电压采集装置发送过来的状态及配置数据信号；所述的RS485通信模块能够接收带有RS485通信接口的设备运行数据。所述的433M通信模块能够无线远距离的将数据传送至通信管理机。所述的壳体二上还设置有多个指示灯，每个指示灯分别与计量模块连接用以显示各种设备的工作状态。所述的壳体二表面还设置有提手。所述的通讯电源装置上的手动编码开关有多组，每组开关分别设置为0或1的状态，手动编码开关为10组时，第1-5组编码开关表示通讯电源装置编号，第6-7组为备用编码开关，第8-10组为频道选取编码开关，能够根据需要编成多个不同的编码。单个通讯电源装置上的通信总线能够连接的电量采集装置数量为1-4个。贴片式电压采集装置包括基板和壳体三，基板设置在壳体三内部，所述壳体三为非金属的壳体，在基板上设置有信号采集模块、抗干扰数字滤波模块、信号处理模块、无线收发模块和电源；信号采集模块、抗干扰数字滤波模块、信号处理模块和无线收发模块通过信号线依次连接，信号采集模块的前端伸出壳体三；电源通过基板上布设的线路为抗干扰数字滤波模块、信号处理模块、无线收发模块提供电力。所述的信号采集模块为电场感应天线，能够通过电场感应非接触地感知线路的电压，拾取微弱电场信号。所述的抗干扰数字滤波模块为可编程增益放大器(PGA)，能够结合软件，自适应设定最为合适的放大倍数并传输到信号处理模块中进行处理。所述的信号处理模块为意法半导体公司(ST)的的低功耗STM8L101处理器，信号处理模块能够滤波，高通滤波，滤除直流漂移；低通滤波，滤除高频干扰，信号处理模块上还设置有芯片识别码，每个信号处理模块均有唯一的芯片识别码。所述的无线收发模块为低功耗2.4G无线传输模块，能够实现状态及配置数据的传送。所述的贴片式电压采集装置上的电源为氧化银电池、锂电池、碱性锰电池或铅酸蓄电池。工作原理一.将电量采集装置、通讯电源装置和贴片式电压采集装置按照需要分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无线网络传输的电能数据采集系统，其特征在于：一种基于无线网络传输的电能数据采集系统由电量采集装置、通讯电源装置和贴片式电压采集装置组成；电量采集装置通过数据通信总线与通讯电源装置连接，通讯电源装置采集三相电压的同时，还为电量采集装置和贴片式电压采集装置提供数据网关和计算支持，通讯电源装置先将采样电压和工作电压分别通过通信总线发送给所连接的电量采集装置；电量采集装置通过采集到的电流、电压信号通过全数字域的增益计算，相位校正，将测量计算的有功、无功、电度、功率因数、频率、相角、视在功率、无功电能、畸变率等数据信号，通过通信总线传输给通讯电源装置；贴片式电压采集装置将滤波后的信号通过增益计算转发后将状态及配置数据通过2.4G天线发送给通讯电源装置。通讯电源装置同时接收电量采集装置和贴片式电压采集装置传送过来的电量数据，分时计算并保存至相应存储器，再通过有线网或无线433M数据发送天线发送到通讯管理机上；贴片式电压采集装置通过无线传输将数据输送给通讯电源装置；所述的电量采集装置具有壳体一；壳体一表面设置有通信总线接口、手动编码开关；在壳体一内设置有电流信号采集接口、温度信号采集接口、可编程增益放大器、数字信号转换器、精密基准源、滤波模块、计量模块、精密时钟和通讯模块；通信总线能够为电量采集装置供电并进行数据传输；在接入三相电路中，设置有电流信号采集接口；电流信号采集接口通过数据线连接到可编程增益放大器数字信号转换器和滤波模块，所有的滤波模块均通过各自的数据线连接到计量模块上；同时，由通讯电源装置经通信总线接口提供的电压采样信号通过数据线连接到可编程增益放大器、数字信号转换器和滤波模块，所有的滤波模块均通过各自的数据线连接到计量模块上；计量模块对采集到的电流信号、电压信号进行计算处理，计量模块通过数据线连接到通讯模块上，并将处理好的电量数据传输到通讯模块上，通讯模块通过通信总线连接到通讯电源装置上；通信总线的一端与通讯电源装置接口连接，通信总线的另一端对应的接到电量采集装置上，通讯电源装置的处理单元接收电量采集装置计算处理后的电量数据；所述的数字信号转换器还通过数据线单独连接到精密基准源上，通过精密基准源用于准确测量输入的电压或电流，所述的计量模块还连接有精密时钟，用于提供精准的采样周期，确保电量计算准确；通讯模块还通过数据线与手动编码开关连接，手动编码开关通过两组开关分别设置为0或1的状态，能够根据需要编成4个不同的编码；通讯电源装置具有壳体二，在壳体二上设置有通信总线接口、RS485通讯端口、无线2.4G数据接收天线、无线433M数据发送天线、有线网接口、主电压采集接口、备份电压采集接口和手动编码开关；在壳体二内设置有信号放大/滤波模块、电压检测模块、差分/缓冲电路、整流电路、宽范围AC/DC电源模块、处理单元、2.4G无线通信模块、433M远距离通信模块、RS485通信模块、以太网接入模块；在通讯电源装置中，无线2.4G数据接收天线与2.4G无线通信模块连接；无线433M数据发送天线与433M远距离通信模块连接；RS485通讯端口与RS485通信模块连接；2.4G无线通信模块、433M远距离通信模块、RS485通信模块、以太网接入模块分别与处理器连接；在接入三相电路中分别有3个主电压采集接口UA、UB、UC；3个备份电压采集接口Ua、Ub、Uc，每个主电压采集接口或备份电压采集接口分别依次连接有对应的信号放大/滤波模块，通过信号放大/滤波模块再连接到电压检测模块，切换选择后的三相电压信号经差分/缓冲电路后送至通信总线接口，通过通信总线提供给电量采集装置计算使用；同时，主电压或备份电压采集后分别进行三相整流送至宽范围AC/DC电源模块；处理单元同时接收电量采集装置和贴片式电压采集装置传送过来的电量数据，分时计算和筛选，再通过有线网或无线数据发送天线发送到通讯管理机上；单个通讯电源装置上的通信总线能够连接的电量采集装置数量为1‑4个；贴片式电压采集装置包括基板和壳体三，基板设置在壳体三内部，所述壳体三为非金属的壳体，在基板上设置有信号采集模块、抗干扰数字滤波模块、信号处理模块、无线收发模块和电源；信号采集模块、抗干扰数字滤波模块、信号处理模块和无线收发模块通过信号线依次连接，信号采集模块的前端伸出壳体三；电源通过基板上布设的线路为抗干扰数字滤波模块、信号处理模块、无线收发模块提供电力。...

【技术特征摘要】
1.一种基于无线网络传输的电能数据采集系统，其特征在于：一种基于无线网络传输的电能数据采集系统由电量采集装置、通讯电源装置和贴片式电压采集装置组成；电量采集装置通过数据通信总线与通讯电源装置连接，通讯电源装置采集三相电压的同时，还为电量采集装置和贴片式电压采集装置提供数据网关和计算支持，通讯电源装置先将采样电压和工作电压分别通过通信总线发送给所连接的电量采集装置；电量采集装置通过采集到的电流、电压信号通过全数字域的增益计算，相位校正，将测量计算的有功、无功、电度、功率因数、频率、相角、视在功率、无功电能、畸变率等数据信号，通过通信总线传输给通讯电源装置；贴片式电压采集装置将滤波后的信号通过增益计算转发后将状态及配置数据通过2.4G天线发送给通讯电源装置。通讯电源装置同时接收电量采集装置和贴片式电压采集装置传送过来的电量数据，分时计算并保存至相应存储器，再通过有线网或无线433M数据发送天线发送到通讯管理机上；贴片式电压采集装置通过无线传输将数据输送给通讯电源装置；所述的电量采集装置具有壳体一；壳体一表面设置有通信总线接口、手动编码开关；在壳体一内设置有电流信号采集接口、温度信号采集接口、可编程增益放大器、数字信号转换器、精密基准源、滤波模块、计量模块、精密时钟和通讯模块；通信总线能够为电量采集装置供电并进行数据传输；在接入三相电路中，设置有电流信号采集接口；电流信号采集接口通过数据线连接到可编程增益放大器数字信号转换器和滤波模块，所有的滤波模块均通过各自的数据线连接到计量模块上；同时，由通讯电源装置经通信总线接口提供的电压采样信号通过数据线连接到可编程增益放大器、数字信号转换器和滤波模块，所有的滤波模块均通过各自的数据线连接到计量模块上；计量模块对采集到的电流信号、电压信号进行计算处理，计量模块通过数据线连接到通讯模块上，并将处理好的电量数据传输到通讯模块上，通讯模块通过通信总线连接到通讯电源装置上；通信总线的一端与通讯电源装置接口连接，通信总线的另一端对应的接到电量采集装置上，通讯电源装置的处理单元接收电量采集装置计算处理后的电量数据；所述的数字信号转换器还通过数据线单独连接到精密基准源上，通过精密基准源用于准确测量输入的电压或电流，所述的计量模块还连接有精密时钟，用于提供精准的采样周期，确保电量计算准确；通讯模块还通过数据线与手动编码开关连接，手动编码开关通过两组开关分别设置为0或1的状态，能够根据需要编成4个不同的编码；通讯电源装置具有壳体二，在壳体二上设置有通信总线接口、RS485通讯端口、无线2.4G数据接收天线、无线433M数据发送天线、有线网接口、主电压采集接口、备份电压采集接口和手动编码开关；在壳体二内设置有信号放大/滤波模块、电压检测模块、差分/缓冲电路、整流电路、宽范围AC/DC电源模块、处理单元、2.4G无线通信模块、433M远距离通信模块、RS485通信模块、以太网接入模块；在通讯电源装置中，无线2.4G数据接收天线与2.4G无线通信模块连接；无线433M数据发送天线与433M远距离通信模块连接；RS485通讯端口与RS485通信模块连接；2.4G无线通信模块、433M远距离通信模块、RS485通信模块、以太网接入模块分别与处理器连接；在接入三相电路中分别有3个主电压采集接口UA、UB、UC；3个备份电压采集接口Ua、Ub、Uc，每个主电压采集接口或备份电压采集接口分别依次连接有对应的信号放大/滤波模块，通过信号放大/滤波模块再连接到电压检测模块，切换选择后的三相电压信号经差分/缓冲电路后送至通信总线接口，通过通信总线提供给电量采集装置计算使用；同时，主电压或备份电压采集后分别进行三相整流送至宽范围AC/DC电源模块；处理单元同时接收电量采集装置和贴片式电压采集装置传送过来的电量数据，分时计算和筛选，再通过有线网或无线数据发送天线发送到通讯管理机上；单个通讯电源装置上的通信总线能够连接的电量采集装置数量为1-4个；贴片式电压采集装置包括基板和壳体三，基板设置在壳体三内部，所述壳体三为非金属的壳体，在基板上设置有信号采集模块、抗干扰数字滤波模块、信号处理模块、无线收发模块和电源；信号采集模块、抗干扰数字滤波模块、信号处理模块和无线收发模块通过信号线依次连接，信号采集模块的前端伸出壳体三；电源通过基板上布设的线路为抗干扰数字滤波模块、信号处理模块、无线收发模块提供电力。2.根据权利要求1所述的一种基于无线网络传输的电能数据采集系统，其特征在于：所述的精密基准源为漂移低于10ppm的精密带隙电压基准源。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：周纬，蔡亚忠，田磊，
申请(专利权)人：江苏中乂电气有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32