一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统，包括CPU控制模块、工业以太网及串口通信模块、人机交互模块、故障录波模块、电源模块、数据总线模块、LORA无线通信模块、看门狗及复位模块、开出量模块、开入量模块和交流采样调理模块，采用LORA物联网无线通信技术，打破了传统工业现场总线通信的常规，通信无线化，达到降本增效的效果；其次，充分发挥移动物联网的优势，使用户可以随时随地、快捷高效地实时监控供用电状态；基于物联网云平台进行数据汇总、智能分析、深度挖掘，实现智能监控、精准防御、隐患预警和故障定位，并能随时创建制造商、用户、供电局、安装单位的互动沟通和联合会诊，保障电网供电的可靠性和安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统
本专利技术涉及的是电力物联网
，具体为一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统。
技术介绍
电能是一种以接近光速同时完成生产、输送、分配和使用的特殊能源，应用在国民经济的方方面面，随着国民经济的快速发展，电力用户的规模不断扩大，用电需求更是屡创新高，电能中断或不足，不仅直接影响各个部门的生产，造成人民生活紊乱，在某些情况下甚至会造成经济上的损失或极其严重的社会性灾难。因此，要求电能供应必须高度可靠，保证对用户供电的连续性。继电保护装置是电网安全稳定运行的“第一道防线”，肩负着重要使命，实时采集电力运行数据，监测电力设备的运行状态，当发现异常时及时报警，出现事故时能快速切除隔离故障设备，防止事故进一步扩大，因此在国内外的各电力系统中都得到广泛的应用。如今，在日新月异的新科技推动下，人类正在进入一个全新的物联网时代，“打破孤岛”、"物物互联"和"数据上云"成了科技发展的新趋势。继电保护装置使用过程中，由于设计背景、理念思维、制造工艺、技术迭代、应用场景变化等因素影响，造成传统的继电保护装置实际运行应用和现今的技术发展趋势越来越不相适应，不能满足现代网络化智能化的要求。现有的继电保护装置不能提供系统运行中全部参数，大多不具备物联网功能，通常以传统的现场工业总线为主实现监控，比如CAN或者RS485/422总线，数据传输效率低、延时大、无法实现通信无线化，布线繁琐，工作量大，成本高，后期维护麻烦，不能适用那些通信距离、开挖、布线受限的应用场景。随着云技术的兴起，"数据上云"也成为了新技术的趋势，云技术为产品功能的延伸提供了条件，传统的监控方式正在面临变革，通过微机保护装置采集上来的海量数据，传统监控里大多没有能得到综合利用，而采用云技术，通过数据上云可以提供更多的汇总分析、智能挖掘和高级应用，用户基于云端服务器，可以实现随时随地浏览数据，监控设备，遥控开关、查询运行趋势和处理隐患，继电保护装置数据接入云平台，进行汇总分析处理，可以为基于云端的更多高级应用提供底层数据及技术支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决以上所提出的问题，而提出的一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：包括CPU控制模块、工业以太网及串口通信模块、人机交互模块、故障录波模块、电源模块、数据总线模块、LORA无线通信模块、看门狗及复位模块、开出量模块、开入量模块和交流采样调理模块，其特征在于：所述CPU控制模块通过线性连接有数据总线模块，所述CPU控制模块包含CPU芯片，卫星对时模块、保护诊断模块、FFT模块、存储器和故障自检模块，所述数据总线模块通过线性连接有通信模块，所述通信模块包括通信光电隔离模块、RS485通信模块、RJ45以太网通信模块和WIFI无线模块，所述数据总线模块通过线性连接有人机交互模块，所述人机交互模块由液晶显示屏、信号指示灯和操作按键组成，所述数据总线模块通过线性连接有故障录波模块和电源模块，所述LORA无线通信模块与数据总线模块为双向连接，所述看门狗及复位模块、开出量模块和开入量模块与数据总线模块均为线性连接，所述开出量模块包括DO输出电路、光电隔离和DO接口回路，所述开入量模块包括包括DI输入电路、光电隔离和DI输入回路，所述交流采样调理模块与数据总线模块通过线性连接，所述交流采样调理模块包括精密电流/电压变换器、低通滤波电路和A/D转换，所述LORA无线通信模块通过无线信号连接有LORA网关，所述LORA网关通过工业以太网络通信连接有云端服务器，所述LORA无线通信模块上设有射频天线。优选的，所述通信光电隔离模块采用TLP521系列芯片，用于实现输入输出电气隔离，提高抗干扰能力，所述RS485通信模块采用通信芯片为75LBC184，用于实现常规的基于MODBUS扩展规约的串口双向通信，所述RJ45以太网通信模块采用W7500P芯片，用于实现工业以太网有线通信，提供信息高速通道，所述WIFI无线模块采用ESP8266芯片，用于提供基于以太网的无线通信方式或作为通信调试和程序升级接口。优选的，所述液晶显示屏采用触摸屏，所述液晶显示屏与操作按键互为热备用，所述信号指示灯包括电源指示灯、运行灯、故障灯、预警灯、事故灯、开关分位灯、开关合位灯、装置自检报警灯，所述操作按键设置按键防护套。优选的，所述开入量模块检测外部开入信号，外部开入量信号通过光电隔离后输入到数据总线模块，通过反抖动滤波及检测管脚的高低电平检测开关量的状态，所述DI输入电路设置有滤波回路，防止干扰，支持有源和无源输入，采用常开接点或常闭接点，所述光光电隔离采用TLP521系列芯片，主要用于实现输入输出电气隔离，提高回路抗干扰能力，所述DI输入回路采用74HC273芯片，用于实现将信号转换，以适应输入CPU芯片的要求，所述开入量模块采用TP232欧式插座与数据总线模块连接。优选的，所述LORA无线通信模块采用LORA扩频技术，主要用于实现通信无线化，所述LORA无线通信模块采用Semtech公司的SX1302器件，所述SX1302器件采用LORATM扩频调制跳频技术,具有高达-142.5dBm的接收灵敏度、49个LORA“虚拟”通道和10个通信信道，所述LORA无线通信模块通过SPI接口与CPU芯片通信，通信协议采用MODBUS扩展规约。优选的，所述故障录波模块软件采用嵌入式系统，硬件采用ARM平台，主要用于故障前、故障中、故障后三个阶段的稳态和暂态录波。优选的，所述看门狗及复位模块(8)采用MAX813看门狗芯片。优选的，所述DO输出电路采用PA1A-24V固态继电器，采用继电器空节点输出方式，所述光电隔离采用TLP521系列芯片，主要用于实现电气隔离，提高回路抗干扰能力，防止继电器抖动，所述DO接口回路采用TI公司的ULN2003控制芯片，用于与数据总线模块的连接，所述开出量模块采用TP232欧式插座数据总线模块连接。优选的，所述所述精密电流/电压变换器包括若干精密电流/电压互感器，所述低通滤波电路用于实现滤波，将采集到的模拟量数据经过低通滤波处理，防止干扰信号进入所述CPU芯片，造成误动作，所述A/D转换，用于完成模数转换，方便CPU芯片进行数据分析处理，所述交流采样调理模块采用TP232欧式插座与数据总线模块连接。优选的，所述CPU控制模块采用TP396欧式插座与数据总线模块连接，所述的CPU芯片采用DSP33F和ARM芯片，内嵌嵌入式操作系统，用于启动并初始化系统，控制程序流程、处理中断请求、收发数据的作用，所述卫星对时模块，采用外部时钟M8030芯片，支持北斗和GPS双模对时，所述保护诊断模块用于分析数据，通过与设置的整定值进行比较，评判是否存在异常、故障或者事故并进行相应的处理，所述FFT模块可以针对采集到的模拟量信号做快速傅里叶变换，实现降噪滤波，得到分解波数组的频率、振幅、初相位数组，所述存储器包括ROM、RAM、EPROM，用于保存数据、参数及整定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统，包括CPU控制模块（1）、工业以太网及串口通信模块（2）、人机交互模块（3）、故障录波模块（4）、电源模块（5）、数据总线模块（6）、LORA无线通信模块（7）、看门狗及复位模块（8）、开出量模块（9）、开入量模块（10）和交流采样调理模块（11），其特征在于：所述CPU控制模块（1）通过线性连接有数据总线模块（6），所述CPU控制模块（1）包含CPU芯片（1-1），卫星对时模块（1-2）、保护诊断模块（1-3）、FFT模块（1-4）、存储器（1-5）和故障自检模块（1-6），所述数据总线模块（6）通过线性连接有通信模块（2），所述通信模块（2）包括通信光电隔离模块（2-3）、RS485通信模块（2-2）、RJ45以太网通信模块（2-1）和WIFI无线模块（2-4），所述数据总线模块（6）通过线性连接有人机交互模块（3），所述人机交互模块（3）由液晶显示屏（3-1）、信号指示灯（3-2）和操作按键（3-3）组成，所述数据总线模块（6）通过线性连接有故障录波模块（4）和电源模块（5），所述LORA无线通信模块（7）与数据总线模块（6）为双向连接，所述看门狗及复位模块（8）、开出量模块（9）和开入量模块（10）与数据总线模块（6）均为线性连接，所述开出量模块（9）包括DO输出电路（9-1）、光电隔离（9-2）和DO接口回路（9-3），所述开入量模块（10）包括包括DI输入电路（10-1）、光电隔离（10-2）和DI输入回路（10-3），所述交流采样调理模块（11）与数据总线模块（6）通过线性连接，所述交流采样调理模块（11）包括精密电流/电压变换器（11-1）、低通滤波电路（11-2）和A/D转换（11-3），所述LORA无线通信模块（7）通过无线信号连接有LORA网关（12），所述LORA网关（12）通过工业以太网络通信连接有云端服务器（13），所述LORA无线通信模块（7）上设有射频天线（15）。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统，包括CPU控制模块（1）、工业以太网及串口通信模块（2）、人机交互模块（3）、故障录波模块（4）、电源模块（5）、数据总线模块（6）、LORA无线通信模块（7）、看门狗及复位模块（8）、开出量模块（9）、开入量模块（10）和交流采样调理模块（11），其特征在于：所述CPU控制模块（1）通过线性连接有数据总线模块（6），所述CPU控制模块（1）包含CPU芯片（1-1），卫星对时模块（1-2）、保护诊断模块（1-3）、FFT模块（1-4）、存储器（1-5）和故障自检模块（1-6），所述数据总线模块（6）通过线性连接有通信模块（2），所述通信模块（2）包括通信光电隔离模块（2-3）、RS485通信模块（2-2）、RJ45以太网通信模块（2-1）和WIFI无线模块（2-4），所述数据总线模块（6）通过线性连接有人机交互模块（3），所述人机交互模块（3）由液晶显示屏（3-1）、信号指示灯（3-2）和操作按键（3-3）组成，所述数据总线模块（6）通过线性连接有故障录波模块（4）和电源模块（5），所述LORA无线通信模块（7）与数据总线模块（6）为双向连接，所述看门狗及复位模块（8）、开出量模块（9）和开入量模块（10）与数据总线模块（6）均为线性连接，所述开出量模块（9）包括DO输出电路（9-1）、光电隔离（9-2）和DO接口回路（9-3），所述开入量模块（10）包括包括DI输入电路（10-1）、光电隔离（10-2）和DI输入回路（10-3），所述交流采样调理模块（11）与数据总线模块（6）通过线性连接，所述交流采样调理模块（11）包括精密电流/电压变换器（11-1）、低通滤波电路（11-2）和A/D转换（11-3），所述LORA无线通信模块（7）通过无线信号连接有LORA网关（12），所述LORA网关（12）通过工业以太网络通信连接有云端服务器（13），所述LORA无线通信模块（7）上设有射频天线（15）。


2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统，其特征在于：所述通信光电隔离模块（2-3）采用TLP521系列芯片，用于实现输入输出电气隔离，提高抗干扰能力，所述RS485通信模块（2-2）采用通信芯片为75LBC184，用于实现常规的基于MODBUS扩展规约的串口双向通信，所述RJ45以太网通信模块（2-1）采用W7500P芯片，用于实现工业以太网有线通信，提供信息高速通道，所述WIFI无线模块（2-4）采用ESP8266芯片，用于提供基于以太网的无线通信方式或作为通信调试和程序升级接口。


3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统，其特征在于：所述液晶显示屏（3-1）采用触摸屏，所述液晶显示屏（3-1）与操作按键（3-3）互为热备用，所述信号指示灯（3-2）包括电源指示灯、运行灯、故障灯、预警灯、事故灯、开关分位灯、开关合位灯、装置自检报警灯，所述操作按键（3-3）设置按键防护套。


4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统，其特征在于：所述开入量模块（10）检测外部开入信号，外部开入量信号通过光电隔离后输入到数据总线模块（6），通过反抖动滤波及检测管脚的高低电平检测开关量的状态，所述DI输入电路（10-1）设置有滤波回路，防止干扰，支持有源和无源输入，采用常开接点或常闭接点，所述光光电隔离（10-2）采用TLP521系列芯片，主要用于实现输入输出电气隔离，提高回路抗干扰能力，所述DI输入回路（10-3）采用74HC273芯片，用于实现将信号转换，以适应输入CPU芯片1-1的要求，所述开入量模块（10）采用TP232欧式插座与数据总线模块（6）连接。


5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智慧配用电监测预警和保护控制系统，其特征在于：所述LORA无线通信模块（7）采用LORA扩频技术，主要用于实现通信无线化，所述LORA无线通信模块（7）采用Semtech公司的SX1302器件，所述SX1302器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭东繁，
申请(专利权)人：杭州东自科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33