基于雷电预警的水电站电源智能控制系统

技术领域

本发明涉及电源控制技术领域，特别是一种基于雷电预警的水电站电源智能控制系统。

背景技术

目前在水电站电源控制领域，普遍使用的控制方法依然是人工开闸合闸等现场机械式的方式，这种方式存在较多安全隐患，例如高压电电弧对人体伤害、没有安全的漏电防护以及设备失效保护等。在发生危险情况下不能及时切断电源等。

在现阶段，某些电站的电源控制系统，已经完成远程控制，保证了设备的安全隔离控制。但此类控制设备需要人为设置及控制，依然存在控制不及时、无法实时监测等功能。在雷电危害的环境情况下，无法做到及时控制处理，仍然存在较多安全隐患。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种基于雷电预警的水电站电源智能控制系统，本发明对水电站智能电源控制领域的设备设计与实施具有重要意义。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于雷电预警的水电站电源智能控制系统，包括人机交互与智能控制装置、至少一个雷电监测装置和至少一个电源控制装置，其中：

雷电监测装置，用于实时监测其覆盖范围内的雷电动态，并发送监测信号到所述人机交互与智能控制装置；

电源控制装置，用于实时控制其管控范围的所有电源系统并监测对应机房内电源与设备状态；并且实现与所述人机交互与智能控制装置的实时通信；

人机交互与智能控制装置，同时与至少一个所述雷电监测装置以及与至少一个所述电源控制装置进行信息互连，用于将所有数据汇总并进行运算处理，实现智能化监测与控制；且包含人机交互界面，实现人为管控。

作为本发明的进一步改进，所述雷电监测装置包括MEMS雷电探测传感器、探测信号处理设备和探测信号转换与发送设备，所述MEMS雷电探测传感器的信号输出端口连接到所述探测信号处理设备的输入端，所述探测信号处理设备的输出端连接到所述探测信号转换与发送设备的输入端，探测信号转换与发送设备的输出端连接到所述人机交互与智能控制装置。

作为本发明的进一步改进，所述探测信号转换与发送设备的输出端为无线LoRa发送天线。

作为本发明的进一步改进，所述MEMS雷电探测传感器用于采集一定半径范围内的大气电场值，并将电场值信号传输到所述探测信号处理设备；所述探测信号处理设备包括雷电识别模块与信号处理模块组成，用于将所述MEMS雷电探测传感器采集的电场值信号进行提取与计算，获取雷电动态数据，所述探测信号转换与发送设备用于将所述探测信号处理设备计算产生的雷电动态数据转换成无线LoRa通信信号，并发送到所述人机交互与智能控制装置。

作为本发明的进一步改进，所述电源控制装置包括：监控信号转换与收发设备、集成控制器设备、通信与报警指示灯、控制执行设备和电源控制装置监测与防护设备，所述监控信号转换与收发设备外部连接方式采用单模单芯光纤连接到机房内部光纤连接端口，实现远距离低损耗数据传输，内部连接所述集成控制器设备的数据通信端；所述通信与报警指示灯连接所述集成控制器设备上午报警端；所述控制执行设备的控制信号输入端连接所述集成控制器设备的控制通信端；所述电源控制装置监测与防护设备连接所述集成控制器设备监测信号端。

作为本发明的进一步改进，所述监控信号转换与收发设备用于接收所述人机交互与智能控制装置发送的控制信号，同时将所述电源控制装置的监测信号与异常信号发送到所述人机交互与智能控制装置；所述集成控制器设备用于对所述电源控制装置内部信号整合处理，同时智能控制所述电源控制装置内各模块动作；所述通信与报警指示灯用于雷电预警信号报警指示与所述电源控制装置异常报警指示，以及所述电源控制装置工作与通信状态指示；所述控制执行设备用于自动执行所需执行动作；所述电源控制装置监测与防护设备用于智能监测所述电源控制装置异常情况以及电源系统状况。

作为本发明的进一步改进，所述电源控制装置监测与防护设备具体包括电压电流监测设备、雷电浪涌防护设备和雷电浪涌监测设备。

作为本发明的进一步改进，所述人机交互与智能控制装置包括：探测信号转换与接收设备、智能运算与处理控制设备、人机交互界面和电源监控信号转换与收发设备，所述探测信号转换与接收设备的输入端为无线LoRa通信模块天线，用于接收所述雷电监测装置发送的雷电动态数据；所述探测信号转换与接收设备的输出端连接所述智能运算与处理控制设备的信号交互端口；所述智能运算与处理控制设备使用配备智能化运算与控制软件的工业控制机；所述智能运算与处理控制设备的信号交互端口使用工业级以太网光电交换机，同时接收与发送以太网电信号与光纤信号；所述人机交互界面连接所述智能运算与处理控制设备显示与控制端口；所述电源监控信号转换与收发设备输入端连接所述智能运算与处理控制设备的信号交互端口，输出端通过单模单芯光纤连接机房内部光纤连接端口并通过远距离光缆连接一个或多个所述电源控制装置。

作为本发明的进一步改进，所述探测信号转换与接收设备用于接收所述探测信号转换与发送设备发送的雷电动态数据信号，并将信号转换传输到所述智能运算与处理控制设备；所述智能运算与处理控制设备用于对所有信号及数据进行整合分析，并做相应控制处理,同时实现人机交互与管控，其中所有信号包括：所述探测信号转换与发送设备发送的雷电动态数据信号以及所述监控信号转换与收发设备传回的监测信号；所述人机交互界面包括：雷电预警监测界面、雷电预警报警界面、电源控制装置控制界面和电源控制装置设备状态界面，用于人机交互控制与通信报告，同时用于危险信号报警；所述危险信号包括：雷电报警、设备故障报警和电源异常报警；所述电源监控信号转换与收发设备用于与所述电源控制装置的数据通信。

作为本发明的进一步改进，所述雷电监测装置采用市电与UPS供电两种供电方式，且其外机壳为金属屏蔽材料制成。

本发明的有益效果是：

1)本发明提供的基于雷电预警的水电站电源智能控制系统实现了水电站电源系统的智能监测与控制，并且集成雷电预警功能。

2)本发明提供的基于雷电预警的水电站电源智能控制系统有效实现实时性雷电防护功能，保护电源系统正常运转。

3)本发明提供的基于雷电预警的水电站电源智能控制系统雷电监测准确度高、电源控制实时性高、控制执行智能安全、可组网联合控制。

4)本发明提供的基于雷电预警的水电站电源智能控制系统对多种水电站电源系统控制及保护具有重要意义与作用。

附图说明

图1为本发明实施例中控制系统的总体示意图；

图2为本发明实施例中雷电监测装置的示意图；

图3为本发明实施例中电源控制装置的示意图；

图4为本发明实施例中人机交互与智能控制装置的示意图；

图5为本发明实施例中控制执行设备的其中一种实施方式的控制线路连接示意图；

图6为本发明实施例中控制执行设备的另外一种实施方式的控制线路连接示意图；

图7为本发明实施例中控制执行设备的第三种实施方式的控制线路连接示意图。

附图标记：

1-雷电监测装置，1.1-MEMS雷电探测传感器，1.2-探测信号处理设备，1.3-探测信号转换与发送设备；2-电源控制装置，2.1-监控信号转换与收发设备，2.2-集成控制器设备，2.3-通信与报警指示灯，2.4-控制执行设备，2.5-电源控制装置监测与防护设备，2.51-电压电流监测设备，2.52-雷电浪涌防护设备，2.53-雷电浪涌监测设备；3-人机交互与智能控制装置，3.1-探测信号转换与接收设备，3.2-智能运算与处理控制设备，3.3-人机交互界面，3.4-电源监控信号转换与收发设备。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例

如图1所示，一种基于雷电预警的水电站电源智能控制系统，包括：3套雷电监测设备1、3套电源控制设备2与1套人机交互与智能控制设备3。

具体地，如图2所示，所述雷电监测装置1包括：MEMS雷电探测传感器1.1，探测信号处理设备1.2，探测信号转换与发送设备1.3。

具体地，再如图2所示，所述MEMS雷电探测传感器1.1是基于MEMS技术实现的大气电场探测设备，传感器包含信号输出端口，其信号输出端口连接到所述探测信号处理设备1.2的输入端；所述探测信号处理设备1.2输出端连接所述测信号转换与发送设备1.3输入端；所述探测信号转换与发送设备1.3输出端为无线LoRa发送天线。

所述MEMS雷电探测传感器1.1主要用于采集一定半径范围内的大气电场值，并将电场值信号传输到所述探测信号处理设备1.2。所述探测信号处理设备1.2由雷电识别模块与信号处理模块组成。用于将所述MEMS雷电探测传感器1.1采集的电场值信号进行提取与计算，获取雷电动态数据。所述探测信号转换与发送设备1.3主要用于将所述探测信号处理设备1.2计算产生的雷电动态数据转换成无线LoRa通信信号，并发送到所述人机交互与智能控制装置3。

如图3所示，所述电源控制装置2包括：监控信号转换与收发设备2.1，集成控制器设备2.2，通信与报警指示灯2.3，控制执行设备2.4，电源控制装置监测与防护设备2.5。

具体地，如图3所示，所述监控信号转换与收发设备2.1使用工业光电转换模块实现电信号转换成光信号；所述集成控制器设备2.2使用工业控制集成电路实现；所述通信与报警指示灯2.3主要使用工业级通信与报警指示灯；所述控制执行设备2.4主要使用工业级智能控制空气开关实现自动化执行控制动作；所述电源控制装置监测与防护设备2.5主要监测功能包括了线路电压电流监测、设备工作状态监测、雷击浪涌监测等，同时具备雷击浪涌防护功能。

再如图3所示，所述监控信号转换与收发设备2.1外部连接方式采用单模单芯光纤连接到机房内部光纤连接端口，实现远距离低损耗数据传输，内部连接所述集成控制器设备2.2的数据通信端；所述通信与报警指示灯2.3连接所述集成控制器设备2.2报警端；所述控制执行设备2.4的控制信号输入端连接所述集成控制器设备2.2控制通信端；所述电源控制装置监测与防护设备2.5连接所述集成控制器设备2.2监测信号端。

所述监控信号转换与收发设备2.1用于接收所述人机交互与智能控制装置3发送的控制信号，同时将所述电源控制装置2的监测信号与异常信号发送到所述人机交互与智能运算装置3；所述集成控制器设备2.2用于对所述电源控制装置2内部信号整合处理，同时智能控制所述电源控制装置2内各模块动作；所述通信与报警指示灯2.3用于雷电预警信号报警指示与所述电源控制装置2异常报警指示，以及所述电源控制装置2工作与通信状态指示；所述控制执行设备2.4用于自动执行所需执行动作；所述电源控制装置监测与防护设备2.5用于智能监测所述电源控制装置2异常情况以及电源系统状况。

具体地，所述控制执行设备2.4包含10路智能控制空气开关，可以实现分别控制水电站机房管理电路不同后级电源供电。

如图5至图7所示，为本实施例中电源控制装置1中控制执行设备2.4的三种不同的控制线路连接示意图。

如图1与图3所示，所述电源控制装置监测与防护设备2.5主要包含：电压电流监测设备2.51，雷电浪涌防护设备2.52，雷电浪涌监测设备2.53。能够实时监测并上传供电与设备状态，同时保护所述电源控制装置2。

如图4所示，所述人机交互与智能控制装置3包括：探测信号转换与接收设备3.1，智能运算与处理控制设备3.2，人机交互界面3.3，电源监控信号转换与收发设备3.4。

具体地，如图4所示，所述探测信号转换与接收设备3.1输入端为无线LoRa通信模块天线，用于接收所述雷电监测装置1发送的雷电动态数据；所述探测信号转换与接收设备3.1输出端连接所述智能运算与处理控制设备3.2的信号交互端口；所述智能运算与处理控制设备3.2使用配备智能化运算与控制软件的工业控制机；所述智能运算与处理控制设备3.2的信号交互端口使用工业级以太网光电交换机，可以同时接收与发送以太网电信号与光纤信号；所述人机交互界面3.3连接所述智能运算与处理控制设备3.2显示与控制端口；所述电源监控信号转换与收发设备3.4输入端连接所述智能运算与处理控制设备3.2的信号交互端口，输出端通过单模单芯光纤连接机房内部光纤连接端口并通过远距离光缆连接一个或多个所述电源控制装置2。

再如图4所示，所述探测信号转换与接收设备3.1用于接收所述探测信号转换与发送设备1.3发送的雷电动态数据信号，并将信号转换传输到所述智能运算与处理控制设备3.2；所述智能运算与处理控制设备3.2用于对所有信号及数据进行整合分析，并做相应控制处理，同时实现人机交互与管控，其中所有信号包括：所述探测信号转换与发送设备1.3发送的雷电动态数据信号与所述监控信号转换与收发设备2.1传回的监测信号；所述人机交互界面3.3主要包括：雷电预警监测界面，雷电预警报警界面，电源控制装置控制界面，电源控制装置设备状态界面，主要用于人机交互控制与通信报告，同时用于危险信号报警等；所述危险信号包括：雷电报警、设备故障报警，电源异常报警；所述电源监控信号转换与收发设备3.4用于与所述电源控制装置2的数据通信。

如图1所示，本实施例以人机交互与智能控制装置3为中心，同时连接3套所述1雷电监测装置及3套所述2电源控制装置，并实现实时信息交互与控制。实现在大范围内的不同地点的同时监测与控制。所述雷电监测装置1更具实际地理位置、覆盖探测范围需要等因素设置在3个不同位置。加大雷电预警范围，增强雷电预警能力，提高雷电预警准确度。所述雷电监测装置1采用市电与UPS供电两种供电方式，无需额外电源转换，同时在市电断电状态下可以自动切换到UPS供电模式保证设备全天候不间断运行。所述电源控制装置2安装根据使用需求设置了3处机房安装,实现后级电源控制可以自由配置，方便安装使用与维护。所述雷电监测装置1外机壳为金属屏蔽材料制成，较少外界干扰，保证探测信号更加精准。所述集成雷电预警的智能电源控制系统所有接口均采用航空屏蔽接口，保证设备稳定与通信准确。所述雷电监测装置1与所述人机交互与智能控制装置3采用LoRa无线通信方式，保证通信距离同时简化通信线缆铺设；所述电源控制装置2与所述人机交互与智能控制装置3采用光纤通信，保证信号传输稳定可靠。所述集成雷电预警的智能电源控制系统所有接口内部全部增加浪涌防护模块，保证系统在野外使用环境中运行稳定。

本实施例实现了各类电源系统的智能监测与控制，并且集成雷电预警功能，有效实现实时性雷电防护功能，保护电源系统正常运转。同时本实施例的系统具有雷电预警准确度高、电源分控实时性高、控制执行智能安全、可组网联合控制等特点，对各类电源系统控制及保护具有重要意义与作用。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。