一种电力系统的核相装置的制作方法

1.本实用新型涉及核相装置技术领域，尤其是一种电力系统的核相装置。


背景技术：

2.中国专利cn2015105825984公开了一种智能电网网络统一定相系统，包括总服务器，若干分支服务器，标准定相基站，若干手持定相终端；手持定相终端和标准定相基站通过网络互传数据，对比数据后，直接确定a/b/c三相，定相以标准定相基站采集到的相角信息作为定相标准，统一相位标识标准。采取基站和手持终端配合的模式，其中基站利用采集的三相交流电的信息传到互联网服务器，手持终端采集的数据也通过互联网方式进入服务器，然后在服务器上对两路相位进行核对比较，再将核对的相位结果传递回手持终端并通过手持终端展示相关结果。通过互联网基站核对的模式使得整个测量数据的传输比较复杂，还需要gps精准对时，达到远距离核相的目的。
3.电力系统的供配电核相是作为线路扩建、投运前的必备检测程序，一旦发生三相连接错误，则可能产生短路，用户端电力设备损坏等各种严重后果。现有的核相要么基于互联网基站和gps对时核相，要么近距离点对点核相。现有的核相装置有如下问题：
4.(1)互联网基站和gps对时结合的模式并不利于网络中断，信号不好的场合，一旦遭受网络攻击短期无法恢复，或者网络攻击导致服务器数据出错，则可能产生核相错误，产生严重的供电事故。
5.(2)互联网基站灵活性差，ip配置复杂，很难灵活移动，如果出现问题，还得依赖其他的互联网基站，导致需要安装多个互联网基站。
6.(3)近距离的核相尽管可以通过点对点的方式进行核相，但也存在通信距离不够，核相终端之间无法数据交互，以至于如果两个核相单元之间出现问题，没法进行验证，只能依赖两个核相单元同时正常工作。
7.(4)现有的核相装置只是单纯进行相位核对，如果三相相位均不正确，并不一定是相位错误，还可能是窃电造成，因此目前的技术方案缺乏对线路管理方面的损耗、窃电等诊断。


技术实现要素：

8.本实用新型要解决的技术问题是：提供一种电力系统的核相装置，不依赖于互联网也可进行点对点或点对多的通信。
9.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电力系统的核相装置，包括至少一个第一号采集单元和至少一个可与第一号采集单元核相配对的第二号采集单元，所述第一号采集单元和第二号采集单元均包括核相模块，所述核相模块包括：
10.相位信号测量采集模块，用于线路的电压相位和/或电流相位的采集；
11.微处理器，用于存储和计算相位信号测量采集模块输出的信息；
12.通信模块，用于数据通信；
13.所述通信模块包括lora模块，所述核相模块通过lora模块与其他核相模块进行点对点或者点对多的数据通信。
14.进一步地，所述通信模块还包括互联网模块、4g/5g模块、透明串口，所述核相模块通过透明串口与其他核相模块进行点对点或者点对多的数据通信，所述核相模块通过互联网模块及外界的互联网与其他核相模块进行数据通信，所述核相模块通过4g/5g模块及外界的无线通信运营商的基站与其他核相模块进行数据通信；所述互联网模块、4g/5g模块、透明串口、lora模块为并联关系。
15.进一步地，所述核相模块还包括gps模块，所述相位信号测量采集模块通过ttl接口或rs232接口或rs485接口或i2c总线与微处理器连接。
16.进一步地，所述微处理器带有自检单元，自检单元用于对相位信号测量采集模块输出的信息进行验证，自检单元包括信号发生器，信号发生器为三相或单相的pwm脉冲或正弦脉冲发生器。
17.进一步地，当第一号采集单元与第二号采集单元之间的核相距离大于预设距离时，所述第一号采集单元与第二号采集单元之间加入至少一个第三号采集单元，所述第三号采集单元设置有核相模块，第一号采集单元与第二号采集单元对来自对方的相位信息进行核相并输出核相信息，所述第三号采集单元完成第一号采集单元、第二号采集单元的对时，第三号采集单元将第一号采集单元输出的核相信息中转至第二号采集单元，第三号采集单元将第二号采集单元输出的核相信息中转至第一号采集单元；或者所述第三号采集单元可将第一号采集单元、第二号采集单元输出的相位信息进行核相并输出核相信息。
18.本实用新型的有益效果是：本实用新型可在互联网工作不正常或不能工作的情况下，不依赖互联网达到核相目的。本实用新型不需要gps的方式即可进行核相装置的对时。本实用新型在建构上不排除已有的核相基站和gps的框架，因此兼容现有的互联网对时的技术方案。本实用新型可不依赖于互联网，设备成本及维护成本大幅度降低。
附图说明
19.下面结合附图对本实用新型进一步说明。
20.图1是本实用新型中第一号采集单元、第二号采集单元、第三号采集单元的连接示意图；
21.图2是核相模块的原理图；
具体实施方式
22.现在结合附图对本实用新型作进一步的说明。这些附图均为简化的示意图仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
23.如图1、图2所示，一种电力系统的核相装置，包括至少一个第一号采集单元和至少一个可与第一号采集单元核相配对的第二号采集单元，所述第一号采集单元和第二号采集单元均包括核相模块，所述核相模块包括：
24.相位信号测量采集模块，用于线路的电压相位和/或电流相位的采集；
25.微处理器，用于存储和计算相位信号测量采集模块输出的信息；
26.通信模块，用于数据通信；
27.所述通信模块包括lora模块，所述核相模块通过lora模块与其他核相模块进行点对点或者点对多的数据通信。
28.所述通信模块还包括互联网模块、4g/5g模块、透明串口，所述核相模块通过透明串口与其他核相模块进行点对点或者点对多的数据通信，所述核相模块通过互联网模块及外界的互联网与其他核相模块进行数据通信，所述核相模块通过4g/5g模块及外界的无线通信运营商的基站与其他核相模块进行数据通信；所述互联网模块、4g/5g模块、透明串口、lora模块为并联关系。
29.所述核相模块还包括gps模块，所述相位信号测量采集模块通过ttl接口或rs232接口或rs485接口或i2c总线与微处理器连接。相位信号测量采集模块可采用三相电能表或三相计量模组，三相计量模组的三相计量芯片如rn8302 或ade7758arwz，用于处理所采集信息的微处理器(mcu)可采用arm或fpga架构的32位或64位处理器。相位信号测量采集模块优选的可包括电压互感器和电流互感器，电压互感器和电流互感器可以是独立的，也可以是分离的。
30.所述微处理器带有自检单元，自检单元用于对相位信号测量采集模块输出的信息进行验证，自检单元包括信号发生器，信号发生器为三相或单相的pwm 脉冲或正弦脉冲发生器。自检单元验证相位信号测量采集模块的精度和稳定性，防止故障及相位误判。自检单元包括信号发生器和并联接口，可以供其他核相模块进行测试，以测试多个核相模块的一致性、准确性和可靠性。
31.当第一号采集单元与第二号采集单元之间的核相距离大于预设距离时，预设距离可优选设置为10公里或5公里，所述第一号采集单元与第二号采集单元之间加入至少一个第三号采集单元，所述第三号采集单元设置有核相模块，第一号采集单元与第二号采集单元对来自对方的相位信息进行核相并输出核相信息，所述第三号采集单元完成第一号采集单元、第二号采集单元的对时，第三号采集单元将第一号采集单元输出的核相信息中转至第二号采集单元，第三号采集单元将第二号采集单元输出的核相信息中转至第一号采集单元；或者所述第三号采集单元可将第一号采集单元、第二号采集单元输出的相位信息进行核相并输出核相信息。
32.第一号采集单元、第二号采集单元、第三号采集单元均配置可完成三相或单相线路的电压相位和/或电流相位的采集的核相模块。第一号采集单元或第二号采集单元或第三号采集单元可配置为参考基站或者参考基准端或者核相终端或者中继单元。
33.第一号采集单元、第二号采集单元、第三号采集单元都是各自配置一套所述的核相模块。因为大多数情况下，第一号采集单元、第二号采集单元、第三号采集单元之间是无线对时的。其中通过lora模块或透明串口可以点对点或点对多点直接通信，互联网模块通过互联网，4g/5g模块通过无线通信运营商的基站进行对时，因此在互联网或无线通信运营商的基站条件不具备或信号弱时，采取lora模块或透明串口是优选的方式。
34.利用lora模块，可完成第一号采集单元、第二号采集单元、第三号采集单元的统一无线对时和数据传输。第三号采集单元可完成第一号采集单元、第二号采集单元的相位信息的核对和运算。当第三号采集单元作为中继单元只用于中转数据和对时，第一号采集单元、第二号采集单元可自动对来自对方的相位信息进行计算和核相，并同步将核相结果传输到第一号采集单元、第二号采集单元、第三号采集单元。
35.第一号采集单元与第二号采集单元距离较近小于预设距离时如小于5公里时，可以不设置第三号采集单元。当第一号采集单元与第二号采集单元距离较远大于预设距离时如大于5公里，可加入一个或多个第三号采集单元作为中继模块，多个第三号采集单元形成桥接，此时第三号采集单元可完成第一号采集单元、第二号采集单元的对时，并作为通信桥梁的作用实现第一号采集单元、第二号采集单元实时数据传输和计算。
36.一种所述的电力系统的核相装置的核相方法，
37.一个第一号采集单元可与多个第二号采集单元进行核相，或者，多个第一号采集单元可与多个第二号采集单元进行核相；多个第一号采集单元可与多个第二号采集单元进行核相时，多个第一号采集单元之间对时同步，一个第二号采集单元与临近的一个第一号采集单元进行核相；或者，同一个第二号采集单元与至少两个第一号采集单元进行核相可以核对第一号采集单元是否有出错。
38.一种所述的电力系统的核相装置的核相方法，
39.第一号采集单元与第二号采集单元进行核相：第一号采集单元采集其线路处的至少两相的相位信息，第二号采集单元采集其线路处的至少两相的相位信息，第一号采集单元直接向第二号采集单元发送对时命令，第二号采集单元接收到对时命令后直接刷新第二号采集单元内部的时钟，第一号采集单元接收第二号采集单元的相位信息，如果第一号采集单元的相应线路的相应相位的功率因数角与第二号采集单元的相应线路的相应相位的功率因数角之差小于预设度数，则认为同相，否则认为不同相或线路异常；同时第二号采集单元也接收来自第一号采集单元的相位信息，第二号采集单元计算第一号采集单元的相应线路的相应相位的功率因数角与第二号采集单元的相应线路的相应相位的功率因数角之差，实现第一号采集单元、第二号采集单元核相。
40.实施例一：
41.第一号采集单元例如设置在变压器输出线侧，第一号采集单元采集至少两相的相位信息，第二号采集单元例如设置在线路某个分支单元的开关柜，第二号采集单元采集至少两相的相位信息，假设第一号采集单元与第二号采集单元的核相距离为8公里，小于预设距离，预设距离例如可优选的设置为10公里。采取第一号采集单元、第二号采集单元之间直接对时方式，第一号采集单元发送对时命令，第二号采集单元接收到后，直接刷新第二号采集单元内部的时钟。第一号采集单元采集其线路的某两相的电压相位θ1a、θ1b，第一号采集单元采集其线路的某两相的电流相位ψ1a、ψ1b，计算第一号采集单元的线路处的某两相的功率因数角φ1a、φ1b，φ1a＝θ1a-ψ1a，φ1b＝θ1b-ψ1b。
42.第二号采集单元采集其线路的某两相的电压相位θ2a、θ2b，第二号采集单元采集其线路的某两相的电流相位ψ2a、ψ2b，计算第二号采集单元的线路处的某两相的功率因数角φ2a、φ2b，φ2a＝θ2a-ψ2a，φ2b＝θ2b-ψ2b。若|φ1a-φ2a|＜15
°
以及|φ1b-φ2b|＜15
°
，预设度数设为15
°
，则表示第一号采集单元采集的某两相与第二号采集单元采集的某两相均同相，否则表示不同相或者线路异常。
43.第二号采集单元接收第一号采集单元发送的功率因数角，计算第二号采集单元的功率因数角与第一号采集单元的功率因数角的差值，实现第一号采集单元与第二号采集单元核相。因此，第一号采集单元、第二号采集单元可认为对方互为参考终端或基站。由于三相线路只需要核对两相就可以实现核相。当完成两相相位核对，如果相位均正确，可以不再
核对第三相。
44.优选的，还可以是第一号采集单元采集两相的相位信号，第二号采集单元可以只配置2个可单相采集的电压传感器，节省了硬件的同时，又提升了安全。因为现场终端(如开关柜侧)同时测量三相并不安全，各测量通道之间可能不慎短路，并至少需要多个人操作，在局促的空间内，可能导致数据分析出错等。因此即使互联网基站模式，也是同时仅测量一相信号并进行相位核对。
45.一种所述的电力系统的核相装置的核相方法，
46.所述核相模块的微处理器还连接有报警单元，当第一号采集单元与第二号采集单元之间的核相距离小于预设距离时，或者当第一号采集单元与第三号采集单元之间的核相距离小于预设距离时；当第一号采集单元与第二号采集单元之间不存在其他分支电路时，或者当第一号采集单元与第三号采集单元之间不存在其他分支电路时，第一号采集单元的相应线路的相应相位的相位电流与第二号采集单元的相应线路的相应相位的相位电流的差值大于第一号采集单元的相应线路的相应相位的相位电流的3％时微处理器输出报警信息至报警单元报警，或者，第一号采集单元的相应线路的相应相位的相位电流与第三号采集单元的相应线路的相应相位的相位电流的差值大于第一号采集单元的相应线路的相应相位的相位电流的3％时微处理器输出报警信息至报警单元报警。
47.实施例二：
48.假设第一号采集单元与第三号采集单元或第二号采集单元的核相距离为5 公里，小于预设距离，预设距离例如可优选的设置为10公里。第一号采集单元与第三号采集单元或第二号采集单元处于同一线路且第一号采集单元与第三号采集单元或第二号采集单元之间没有其他的分支线路。
49.优选的，第一号采集单元与第三号采集单元或第二号采集单元均配置三相计量芯片ade7758arwz，该三相计量芯片ade7758arwz的采集误差可以达到0.02 度。
50.设第一号采集单元和第三号采集单元通过各自内置的lora模块实现了点对点实时通信，在第三号采集单元中的微处理器进行功率因数角的计算，获得了来自第一号采集单元的a、b、c三相的功率因数角(即电压相位减去电流相位形成的相位差)与第三号采集单元的a、b、c三相的功率因数角的差值分别为1 度、13度、0度。如果按照现有的核相方法，认为核相已经基本完成，线路三相均符合相序要求。
51.但由于该线路距离并不长，且无其他分支线路，造成差值的幅度过大，应该进一步诊断导致差值增大的原因。
52.因此，再次计算第一号采集单元的a、b、c三相的功率因数角，分别为83 度、73度、88度。其中88度接近90度，可认为基本正常。而73度线路可能存在漏电或窃电现象。为了进一步核实，观察第三号采集单元的a、b、c三相的功率因数角，分别为84度、86度、88度。对比发现，第三号采集单元的电压相位和电流相位相差比较接近，且没有出现低于80度的情况，由于第一号采集单元和第三号采集单元之间没有其他分支线路，因此可以判别为线路间歇性接地，或存在窃电现象。若第一号采集单元的相应线路的相应相位的相位电流与第三号采集单元的相应线路的相应相位的相位电流的差值大于第一号采集单元的相应线路的相应相位的相位电流的3％，微处理器输出报警信息至报警单元报警。因此本实用新型能够对线路管理方面的损耗和窃电现象进行诊断和报警。
53.本实用新型可在互联网工作不正常或不能工作的情况下，不依赖互联网达到核相目的。本实用新型不需要gps的方式即可进行核相装置的对时。本实用新型在建构上不排除已有的核相基站和gps的框架，因此兼容现有的互联网对时的技术方案。本实用新型可不依赖于互联网，设备成本及维护成本大幅度降低。本实用新型还能够对线路管理方面的损耗和窃电现象进行诊断。
54.本实用新型的第一号采集单元、第二号采集单元、第三号采集单元都可以配置为基站，因此配置过程是标准的，实际上不存在基站和终端的本质区别，因此不存在基站过于复杂，终端必须依赖基站的互联网平台。本实用新型不区分相位参考基站和测量单元，第一号采集单元、第二号采集单元、第三号采集单元的硬件配置都是一致的，因而可以实现非常灵活的互换，便于产品标准化，维修经济化，在使用上也更加简单。
55.第一号采集单元、第二号采集单元、第三号采集单元之间的对时不需要 gps就可以实现，点对点采取了lora加密通信方式，可以实现几公里内的点对点或点对多点通信，当通信距离较大时，只需要配置中继模式，达到延长通信距离又不依赖互联网和gps的目的。实际应用中，lora的点对点通信距离已经完成实现了8～12公里的通信，如果采取了中继模式，可满足24公里的通信，这相比现有的互联网基站统一核相(需要安装多个互联网基站采集模块) 的方式，成本明显降低，且由于中继模块可以灵活移动，完全可满足现场核相要求。尽管现有的互联网基站模式可以达到数百公里的核相距离，但实际上这是多个基站传送到互联网通信的结果，实际上物理需要核相的距离并不高，通常几十公里就达到最大距离，因而不必过多依赖互联网服务器的模式。
56.以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。