数字化电能质量管理系统

技术领域

本发明涉及电力辅助设备技术领域，特别是一种数字化电能质量管理系统。

背景技术

随着技术的发展，为了保证安全供电，电力部门或者相关用电终端的使用者会在相应区域安装温度、湿度、电压及电流等监测设备，以监测用电设备工作性能以及供电是否正常。

虽然现有的相关用电监测设备一定程度上实现了智能化，但是受到结构所限还存在一定的缺陷，具体体现如下。其一：电流及电压监测设备安装时需要将监测端口信号线和供电导线直接相连，这样会给实际安装带来一定不便，且需要更换监测区域时需要相关技术人员才能进行操作，对其应用或多或少会带来一定不便，还有就是，现有的监测设备无法监测电气设备或供电线路是否产生拉弧现象(比如导线绝缘层损坏、两根导线之间因电压过高、湿度过大产生拉弧现象)，实际上拉弧并不会一定带来现场温度升高的现象，因此基于温度监测弧光的技术手段显然并不适用。其二：现有的用电监测设备在被检测设备出现异常时不能关断其工作电源，因此在相关设备出现故障后有可能造成故障扩大化，再者，用电监测设备的控制系统不具有备份，也就是说控制系统出现故障后会造成用电监测设备整体无法再继续工作、从而无法保证有效安全供电。其三：用户无法在远端查询自身用电区域电流、电压、功率、计量、温度数据等，不能在异常时提示用户，用户不能远程关断用电电源，当用电区域保护器一类的设备故障时，有可能会造成故障扩大化(比如火灾)，还有就是，用户无法在远端启停相关设备(比如远程控制空调开机等)，会给用户带来一定不便。其四：用电监测设备的控制系统无法识别相关保护监测设备等的相应参数，无法在相关设备参数异常时提示相关人员进行维护，这样，有可能相关被设备故障后会造成整体系统无法正常工作。其五：无法根据用电区域的用电情况进行分析并给出合理化节能减排建议，不利于节能环保。其六：只具有相关数据监测功能，不能在电源质量变差时对电源质量进行改善，因此无法对用电设备正常工作并实现节能起到技术支持。综上所述，现有的用电监测设备还存在很大的改进余地。

发明内容

为了克服现有的电力监测设备因结构所限存在如背景所述弊端，本发明提供了一种电流及电压监测探头能方便经磁铁吸合方式安装在监测区域，安装及更换监测区域更加方便，在相关机构及电路、软件单元共同作用下，不但能监测用电区域的温度、湿度、电压及电流数据，还能监测现场区域用电设备是否产生拉弧现象，在相应设备出现故障后能关断其工作电源，控制系统具有主从两套，主系统故障后、备份系统能自动控制相关设备工作方式，用户可在远端经手机或PC及等查询自身及用电设备的电流、电压、功率、计量、温度数据等，相关数据异常时能及时提示用户，用户可及时远程关断用电电源，且用户还能远程启停相关设备，控制系统能识别相关保护监测设备及供电质量辅助设备等的相应参数，在相关设备参数异常时能提示相关人员进行维护，能根据用电区域的用电情况进行分析并给出合理化节能减排建议，能在电源质量变差时，对应的起动相关设备对电源质量进行改善，对用电设备正常工作并实现节能起到了有利技术支持的数字化电能质量管理系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

数字化电能质量管理系统，包括控制系统、有源滤波器、动态无功补偿装置、变频器、稳压电源，有源滤波器，其特征在于控制系统具有主从两套，还具有温度探测电路、湿度探测电路、拉弧探测电路、电压及电流探测机构、数据发送电路、切换单元、用户端查询单元、用户端提示单元、用户端控制单元、用户端反馈单元、性能识别单元、分析单元、显示提示单元、主控单元；所述切换单元、性能识别单元、分析单元、主控单元、显示提示单元是分别安装在主从两套控制系统内的应用软件，用户端查询单元、用户端提示单元、用户端控制单元、用户端反馈单元是安装在用户端智能互联网设备内的应用软件；所述电压及电流探测机构包括固定壳和变压器、输出子电路，固定壳套在监测区域导线的外侧端，变压器安装在固定壳外侧，控制系统、有源滤波器、动态无功补偿装置、变频器、稳压电源、温度探测电路、湿度探测电路、拉弧探测电路、输出子电路、数据发送电路安装在电控箱内；所述温度探测电路、湿度探测电路、拉弧探测电路、输出子电路的信号输出端和数据发送电路的多路信号输入端分别电性连接；所述性能识别单元能实时监测主或从控制系统、有源滤波器、动态无功补偿装置、变频器、稳压电源、温度探测电路、湿度探测电路、拉弧探测电路、电压及电流探测机构、数据发送电路多设备的工作参数，出现异常数据能具体给出对应设备的参数值并经显示提示单元提示供电方人员进行针对性维护，切换单元能在主控制系统的工作异常时自动切换从控制系统工作；所述分析单元能对用电端的电能质量数据进行大数据及专家人为分析，并给出合理化低碳节能指导意见至用户端提示单元提示用户、实现降本节能；所述主控单元能在现场电能质量变差时，自动对应性的起动有源滤波器、动态无功补偿装置、变频器工作或者调节其输出参数，保证用电电压、电流及频率等参数处于合适的状态，保证用电设备正常工作前提下、并实现节能目的；所述用户端查询单元应用中，用户能查询相关用电设备的电流、电压、功率、计量及现场温度、湿度数据，用户端提示单元能在各种数据超标时对应的对用户进行提示；所述用户端控制单元应用中，用户能远程关断及打开相关用电设备的电源，用户端反馈单元能在远程开闭相关设备后给予提示。

进一步地，所述温度探测电路包括电性连接的热敏电阻和电阻，热敏电阻一端和电阻一端连接；湿度探测电路包括电性连接的湿度探测器成品和电阻，湿度探测器的信号输出端和电阻一端连接；拉弧探测电路包括电性连接的可调电阻和光敏电阻，光敏电阻一端和可调电阻一端连接。

进一步地，所述电压及电流探测机的输出子电路包括电性连接的二极管、电阻、电容，并和变压器电性连接，变压器的绕组一端和二极管正极连接，二极管负极和电阻一端、电容正极连接，电容负极和变压器绕组另一端连接。

进一步地，所述性能识别单元实时监测的多设备工作参数包括工作电流、电压及功率数据，提示供电方人员的方式包括主从控制系统的显示屏界面文字、语音和短信方式。

进一步地，所述分析单元能合理给出用户关闭不必要设备工作或者升高调节温度，调节变频器控制频率数据，实现节能减排目的。

进一步地，所述用户端提示单元对用户进行提示的方式包括语音、文字和短信提示方式；用户端反馈单元给予提示的方式包括语音、文字和短信提示方式。

本发明有益效果是：本发明电流及电压监测探头能方便经磁铁吸合方式安装在监测区域，不需要信号线和监测区域的供电线直接相连，不需要专业技术人员就可更换监测区域，安装及更换监测区域更加方便，在相关机构及电路、软件单元共同作用下，不但能监测用电区域的温度、湿度、电压及电流数据，还能监测现场区域用电设备是否产生拉弧现象，在相应设备出现故障后能关断其工作电源，防止故障扩大化，功能更加齐全，控制系统具有主从两套，主系统故障后、备份系统能自动控制相关设备工作方式，保证有效安全供电，用户无法可在远端经手机或PC及等查询自身用电设备的电流、电压、功率、计量、温度数据等，且相关数据异常时能及时提示用户，用户可及时远程关断用电电源，防止了用电区域保护器一类的设备故障时，可能造成故障扩大化的几率，且用户还能远程启停相关设备，给用户带来了极大便利，控制系统能识别相关保护监测设备及供电质量辅助设备等的相应参数，在相关设备参数异常时提示相关人员进行维护，防止了相关被设备故障后造成整体系统无法正常工作，能根据用电区域的用电情况进行分析并给出合理化节能减排建议，更加利于节能环保，并能在电源质量变差时，对应的起动有源滤波器、动态无功补偿装置或者调节变频器的输出电源频率，对电源质量进行改善，因对用电设备正常工作并实现节能起到了技术支持。基于上述，本发明具有好的应用前景。

附图说明

以下结合附图和实施例将本发明做进一步说明。

图1是本发明架构框图。

图2是本发明电路图。

图3是本发明结构示意图。

具体实施方式

图1、2、3中所示，数字化电能质量管理系统，包括具有控制系统1的工控机、有源滤波器2、动态无功补偿装置3、变频器17、稳压电源A1，有源滤波器2、动态无功补偿装置3和供电区域的供电线路经导线并联，变频器17的电源输出端和用电设备的电源输入端经导线连接，控制系统1具有主从两套，还具有温度探测电路4、湿度探测电路5、拉弧探测电路6、电压及电流探测机构7、数据发送电路8、切换单元9、用户端查询单元10、用户端提示单元11、用户端控制单元12、用户端反馈单元13、性能识别单元14、分析单元15、显示提示单元16、主控单元18；所述切换单元9、性能识别单元14、分析单元15、主控单元18、显示提示单元16是安装在主从两套控制系统1内的应用软件(各安装一套切换单元9、性能识别单元14、分析单元15、主控单元18、显示提示单元16)，用户端查询单元10、用户端提示单元11、用户端控制单元12、用户端反馈单元13是安装在用户端(用电用户和供电管理人员)智能互联网设备内的应用软件，用户端应用软件单元和主从控制系统1内的应用软件单元能实现信息交互；所述电压及电流探测机构包括两只半圆形固定壳71和变压器T、输出子电路，两只固定壳71的内侧前后端分别用胶粘接有一只永久条形磁铁(极性相反便于两者吸合)，两者固定壳71合在一起为圆形并套在监测区域导线(相线)的外侧端，且两只固定壳71的内径略大于监测区域导线外径，变压器T安装在上端固定壳的矩形元件盒72内电路板上且变压器T的铁芯位于元件盒72内下端，温度探测电路4、湿度探测电路5、拉弧探测电路6、输出子电路7、数据发送电路8、工控机、有源滤波器2、动态无功补偿装置3、变频器17、稳压电源A1安装在电控箱(比如控制柜)内；所述性能识别单元14能实时监测主或从控制系统1、有源滤波器2、动态无功补偿装置3、变频器17、稳压电源A1、温度探测电路4、湿度探测电路5、拉弧探测电路6、电压及电流探测机构7、数据发送电路8多设备的工作参数，出现异常数据能具体给出对应设备的参数值能经显示提示单元16提示供电方人员进行针对性维护，切换单元9能在主控制系统1的工作异常时自动切换从控制系统1工作；所述分析单元15能对用电端的电能质量数据进行大数据及专家人为分析，并给出合理化低碳节能指导意见至用户端提示单元11提示用户、实现降本节能；所述主控单元18能在现场电能质量变差时，自动对应性的起动有源滤波器2、动态无功补偿装置3、变频器17或者调节其输出参数，保证用电电压、电流及频率等参数处于合适的状态，保证用电设备正常工作前提下、并实现节能目的；所述用户端查询单元10应用中，用户能查询相关用电设备的电流、电压、功率、计量及现场温度、湿度数据，用户端提示单元11能在各种数据超标时对应的对用户进行提示；所述用户端控制单元12应用中，用户能远程关断及打开相关用电设备的电源，用户端反馈单元13能在远程开闭相关设备后给予提示。

图1、2、3所示，性能识别单元14实时监测的多设备工作参数包括工作电流、电压及功率数据，出现异常数据提示供电方人员的方式包括主从控制系统1的显示屏界面文字、语音和短信方式。分析单元15对用电端的电能质量数据进行大数据及专家人为分析后，会合理给出用户关闭不必要设备工作或者升高调节温度(空调器)、调节变频器控制频率等数据，实现节能减排目的。用户端查询单元10应用中，用户端提示单元能在各种数据超标时对应的对用户进行提示的方式包括语音、文字和短信提示方式；用户端经控制单元12远程关断及打开相关用电设备的电源后，用户端反馈单元13给予提示的方式包括语音、文字和短信提示方式。

图1、2、3所示，数据发送电路A3(8)是Wifi数据发送模块，工控机具有Wifi数据接收模块。稳压电源A1是型号220V/12V的交流220V转直流12V开关电源模块成品；温度探测电路包括安装经电路板布线连接的热敏电阻RT和电阻R1，热敏电阻RT的感温面位于电控箱前端外，热敏电阻RT一端和电阻R1一端连接；湿度探测电路包括经电路板布线连接的湿度探测器成品A2和电阻R2，湿度探测器A2的信号输出端3脚和电阻R2一端连接；拉弧探测电路包括经电路板布线连接的可调电阻RP1和光敏电阻RL，光敏电阻RL的探测面位于电控箱前端外，光敏电阻RL一端和可调电阻RP1一端连接。电压及电流探测机的输出子电路包括经电路板布线连接的二极管VD、电阻R3、电容C1，并和变压器T经导线连接，变压器T的绕组一端和二极管VD正极连接，二极管VD负极和电阻R3一端、电容C1正极连接，电容C1负极(接地)和变压器T绕组另一端连接。稳压电源A1的电源输入端1及2脚和交流220V电源两极分别电性连接，稳压电源A1的电源输出端3及4脚和温度探测电路的电源输入端热敏电阻RT一端(稳压电源A1的3脚)、湿度探测电路的电源输入端湿度探测器成品A2的1及2脚、拉弧探测电路的电源输入端光敏电阻RL一端(稳压电源A1的3脚)、输出子电路的电源输入端电容C1负极(稳压电源A1的4脚)、数据发送电路的电源输入端Wifi发送模块A3的1及2脚、工控机的电源输入端分别经导线连接，温度探测电路的信号输出端电阻R1另一端、湿度探测电路的信号输出端电阻R2另一端、拉弧探测电路的信号输出端可调电阻RP1另一端、输出子电路的信号输出端电阻R3另一端和数据发送电路A3的四路信号输入端3、4、5、6脚分别经导线连接。

图1、2、3所示，220V交流电源进入稳压电源A1的电源输入端后，稳压电源A1的3及4脚会输出稳定的直流12V电源进入温度探测电路、湿度探测电路、拉弧探测电路、输出子电路、数据发送电路、工控机的电源输入端。温度探测电路得电工作后，监测区域温度高时热敏电阻RT电阻相对小，这样经电阻R1降压限流进入Wifi发送模块A3的3脚信号电压相对大，监测区域温度低时热敏电阻RT电阻相对大，这样经电阻R1降压限流进入Wifi发送模块A3的3脚信号电压相对小。拉弧探测电路得电工作后，现场没有用电设备产生拉弧时，现场光照度相对低，这样经光敏电阻RL及可调电阻RP1降压限流后进入Wifi发送模块A3的5脚信号电压相对小，当现场有用电设备产生拉弧时，现场光照度相对高，这样经光敏电阻RL及可调电阻RP1降压限流后进入Wifi发送模块A3的5脚信号电压相对大。湿度探测电路得电工作后，监测区域湿度大时湿度探测器A3的3脚输出的电压信号相对大，这样经电阻R2降压限流进入Wifi发送模块A3的4脚信号电压相对大，监测区域湿度小时湿度探测器的3脚输出的电压信号相对低，这样经电阻R2降压限流进入Wifi发送模块A3的4脚信号电压相对小。电压及电流探测机构得电工作后，由于磁铁吸合安装在监测区域的相线外侧端，相线电流流动中，变压器(相当于钳形表)T的绕组会感应出交流电源通过二极管VD半波整流、电容C1滤波、电阻R3降压限流进入Wifi发送模块A3的6脚，其中相线的电流电压越高进入Wifi发送模块A3的6脚电压相对高、反之相对低。各种动态变化的温度、湿度、弧光、电流及电压数据进入Wifi发送模块A3的四路信号输入端后，在Wifi发送模块A3内部电路作用下，Wifi发送模块A3会将动态变化的各种数据信号通过无线方式发送出去，控制系统内的Wifi接收模块接收到将其处理后供相关软件单元(切换单元9、用户端查询单元10、用户端提示单元11、用户端控制单元12、用户端反馈单元13、性能识别单元14、分析单元15、显示提示单元16、主控单元18、提示单元19)应用。

图1、2、3所示，本发明电流及电压监测探头7能方便经磁铁吸合方式安装在监测区域，不需要信号线和监测区域的供电线直接相连，不需要专业技术人员就可更换监测区域，安装及更换监测区域更加方便。在温度探测电路4、湿度探测电路5、拉弧探测电路6、电压及电流探测机构7、数据发送电路8等共同作用下，不但能监测用电区域的温度、湿度、电压及电流数据，还能监测现场区域用电设备是否产生拉弧现象，监测范围更广，能实现更好的安全供电效果。本发明中，控制系统1具有主从两套，主系统故障后，经切换单元9等作用备份系统能自动控制相关设备工作方式，保证有效安全供电，克服了现有技术控制系统出现故障后会造成用电监测设备整体等无法再继续工作、从而无法保证有效安全供电的缺点。本发明经用户端控制单元12、用户端反馈单元13、显示提示单元16、用户端查询单元10等作用，用户可在远端经手机或PC及等查询自身用电设备的电流、电压、功率、计量、温度数据等，且相关数据异常时能及时提示用户，用户可及时远程关断用电电源，防止了用电区域保护器一类的设备故障时，可能造成故障扩大化的几率，且用户还能远程起停相关设备(操作成功与否反馈单元13能给用户端显示提示单元反馈信息，用户能获知具体操作情况或操作失败再继续操作)，给用户带来了极大便利；克服了现有技术用户无法在远端查询自身用电区域电流、电压、功率、计量、温度数据等，不能在异常时提示用户，用户不能远程关断用电电源，当用电区域保护器一类的设备故障时，有可能会造成故障扩大化(比如火灾)，还有就是，用户无法在远端启停相关设备(比如远程控制空调开机等)，会给用户带来一定不便的缺点。在性能识别单元14、分析单元15、显示提示单元16、主控单元18、提示单元19等作用下，能识别相关保护监测设备及供电质量辅助设备等的相应参数，在相关设备参数异常时提示相关人员进行维护，防止了相关被设备故障后造成整体系统无法正常工作的缺点，能根据用电区域的用电情况进行分析并给出合理化节能减排建议，更加利于节能环保，并能在电源质量变差时，对应的起动有源滤波器、动态无功补偿装置或者调节变频器的输出电源频率，对电源质量进行改善，因对用电设备正常工作并实现节能起到了技术支持。电路中，电阻R1、R2、R3阻值是470K；电解电容C1型号是100μF/25V；二极管VD型号是1N4007；光敏电阻RL型号是MD45；可调电阻RP1规格是47K；热敏电阻RT型号是NTC103D负温度系数热敏电阻；变压器T具有硅钢片和若干匝线圈绕组，若干匝导线环绕在硅钢片外端具有首尾各一个接线端(相线380V交流电源，能感应出3V左右交流电源)。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。