[發(fā)明專利]一種用于臺區(qū)拓撲識別的差分轉(zhuǎn)單端采樣裝置及方法

在審

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• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN112379162A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉宣;唐悅;鄭國權(quán);李然;阿遼沙·葉;竇健;盧繼哲
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電力科學(xué)研究院有限公司;國家電網(wǎng)有限公司
• 主分類號: G01R22/10
• 分類號: G01R22/10;G01R19/25;G01R1/30
• 代理公司: 北京工信聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11266
• 代理人: 夏德政

本發(fā)明公開了一種用于臺區(qū)拓撲識別的差分轉(zhuǎn)單端采樣裝置及方法，屬于電力低壓配電網(wǎng)臺區(qū)拓撲識別技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明裝置，包括：采樣電路，所述采樣電路輸出為正且波形不變的單端信號；運放參考電源，所述運放參考電源，為所述拓撲差分信號加直流正偏電壓信號；MCU接入接口，所述MCU接入接口通過MCU接入接口的AD采樣引腳接入單端信號，并對單端信號進行輸出，輸出至目標單位。本發(fā)明通過差分信號在輸出端做了抬升處理，進入運放的信號為正，所以運放不需要負電源支持，則電路相應(yīng)減少了負電源的器件，且同一路分別實現(xiàn)了交采計量、拓撲識別雙功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力低壓配電網(wǎng)臺區(qū)拓撲識別技術(shù)領(lǐng)域，并且更具體地，涉及一種用于臺區(qū)拓撲識別的差分轉(zhuǎn)單端采樣裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著國家電網(wǎng)公司對低壓配電網(wǎng)全景感知的精細化管理要求的日益嚴格和電網(wǎng)公司要求全面完善低壓臺區(qū)管理，在現(xiàn)有臺區(qū)內(nèi)加裝帶有拓撲識別、發(fā)送的裝置，實現(xiàn)拓撲結(jié)構(gòu)實時、準確上報，實現(xiàn)“變-線-分支-表箱- 戶表”拓撲關(guān)系全識別、全貫通，是現(xiàn)階段和未來一段時間低壓配電網(wǎng)的重點發(fā)展方向。

目前，現(xiàn)有的臺區(qū)內(nèi)的三級結(jié)構(gòu)“變壓器側(cè)-分支側(cè)-表箱側(cè)”等不同區(qū)域位置安裝的節(jié)點設(shè)備均具有一個共同的特征；即既有交采功能，又有拓撲識別功能。這就要求硬件對于兩種功能都必須支持。現(xiàn)有的硬件對這部分的設(shè)計主要是采用前端采樣共用，后端信號處理分開的方式實現(xiàn)的，即前端互感器共用，信號進入裝置后，分成交采信號電路和拓撲識別電路兩個部分處理。而由于交采信號電路主芯片和拓撲識別電路主芯片在功能上的側(cè)重點不同，選擇上就會不同，從而導(dǎo)致兩者的信號處理電路不一致，進而會增加一些輔助的電源和運放處理部分。造成電路設(shè)計上的冗余。由于現(xiàn)有臺區(qū)設(shè)備對體積和成本要求的越來越嚴格，迫使我們需要對現(xiàn)有的電路做出改進，在產(chǎn)品功能性的同時降低產(chǎn)品成本、減小產(chǎn)品體積，提高競爭力。

現(xiàn)階段的臺區(qū)產(chǎn)品如線路監(jiān)測終端、小型分路交采單元、表箱監(jiān)測終端、模組化終端、智能融合終端等，均配備有計量采樣功能和拓撲識別功能。這兩種功能的實現(xiàn)目前是通過計量采樣電路和MCU采樣電路兩個功能模塊來實現(xiàn)的；即外部電壓、電流的二次采樣信號轉(zhuǎn)為標準的正負差分信號后，一分為二，1路給MCU的采樣輸入，實現(xiàn)拓撲識別功能，1路給計量芯片的采樣輸入，實現(xiàn)計量數(shù)據(jù)監(jiān)測功能。由于現(xiàn)有的主流的MCU 的AD輸入引腳絕大部分都是單端輸入，不支持差分輸入，要實現(xiàn)以上功能就必須選用帶差分輸入的高性能MCU,否則需要把這一路的差分信號轉(zhuǎn)為單端信號再進AD，差分信號轉(zhuǎn)單端信號是通過雙電源運放實現(xiàn)的，且必須經(jīng)過兩級運放實現(xiàn)，否則信號輸入端的電壓會發(fā)生變化，導(dǎo)致另一路的計量信號出錯，通常的處理方法是第一級運放用來實現(xiàn)差分信號的反向放大，第二級實現(xiàn)信號的抬升，再放大，由于第一級和第二級的高阻抗作用。使得第一級輸入信號不受影響。這種設(shè)計的局限性時電路較為繁瑣，如果是多路電壓、電流采樣(分支監(jiān)測環(huán)境下)，會增加電路復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明提出了一種用于臺區(qū)拓撲識別的差分轉(zhuǎn)單端采樣裝置，包括：

采樣電路，所述采樣電路采集電壓/電流的二次采樣信號，并將所述二次采樣信號轉(zhuǎn)換為正負差分信號，并對正負差分信號進行差分，獲取兩路差分信號，一路差分信號作為計量差分信號，且對計量差分信號進行計量，另一路差分信號作為拓撲差分信號，對拓撲差分信號進行一階濾波后，進行反向放大及加直流正偏電壓信號處理，處理完成后進行抬升和二次反向放大處理，輸出為正且波形不變的單端信號；

運放參考電源，所述運放參考電源，為所述拓撲差分信號加直流正偏電壓信號；

MCU接入接口，所述MCU接入接口通過MCU接入接口的AD采樣引腳接入單端信號，并對單端信號進行輸出，輸出至目標單位。

可選的，采樣電路包括：電流前端交采電路，電壓前端交采電路、采樣電阻、計量芯片、一階濾波電路、電流拓撲識別運放電路和電壓拓撲識別運放電路；

電流前端交采電路，采集電流的二次采樣信號；