一种低压电网物理拓扑自动识别发生电路的制作方法

1.本实用新型涉及智能低压电网技术领域，具体为一种低压电网物理拓扑自动识别发生电路。


背景技术：

2.智能低压电网要求实现数据高频采集、台区自动识别、相位拓扑识别、停电事件主动上报、台区分相停电分析、时钟精准治理、通信网络监测与优化、id统一标识管理、台区线损理论区间分析、分相线损分析、台区电能质量监测、台区违窃智能分析诊断、分布式光伏监测、线上作业自动化、台区电气拓扑识别、台区负载监测、台区支线停电分析、台区表箱停电分析、分支线损分析、表箱线损分析、配变环境监测、台区故障精准感知、用电安全隐患辨识、台区人员流动性分析、台区用户行为特征分析、负荷精准感知、客户用能增值服务、台区线路阻抗分析、计量箱开闭精益管理、分布式光伏消纳、电动汽车有序充电、负荷精准预测、居民家庭智慧用能响应、台区用能优化控制功能；
3.在智能化电网的应用中，低压电气自动拓扑识别应用是支持其他应用的基础，现有的特征电流发生方法大致分为两类：第一类是采用晶闸管作为开关，电阻作为负载，晶闸管与电阻串联在一起两端分别连接n线与相线，通过晶闸管的关断，在电阻(r)两端施加电压(u)产生电流(i),i＝u/r。这种方案成本较低，原理简单；第二类是通过全波整流后，控制开关管周期导通的方式，在电网内周期产生小负载电流方式，此方案周期可调，编码信息优势明显，负载电流容易受到干扰。
4.基于现有两类特征电流方案的原理，第一类，由于晶闸管正向阳极导通反向阳极关闭的特性，也就是说晶闸管的控制信号只能打开晶闸管，关闭的话必须是交流电压反转之后才能关闭，这样特征电流产生具有连续性不可控，容易受到电网负载特性影响，安全性低，并且电阻要求功率大，因此电阻体积大，不利于嵌入到设备终端；第二类，采用整流后使用开关管控制电阻负载的开关，由于开关管需要长时间导通，电阻选取就要求阻值大，电流小，整体发热小；因此输出的特征电流幅值比较小，容易受到现场负载波动，电压波动和谐波电流的干扰，导致特征电流识别成功率低，识别时间长问题。
5.以上两种方案被动式自动拓扑识别特征电流的方式没有考虑电网电压波动，谐波干扰，雷电浪涌冲击，设备失效问题，假如电压出现波动或者启动点偏移接近电压波峰点，那么电流也将增大；假如现场干扰太大或雷电冲击，在不启动特征电流时出现开关管导通，其他元件损坏，这样可能会造成过流故障损坏设备。同时电网如果谐波干扰严重，导致识别成功率低下或无法识别的现象。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种低压电网物理拓扑自动识别发生电路，能够实现快速检测断路器是否为物联网断路器，用于解决现有产品的安全性低、体积大、灵活性差，识别成功功率低和识别时间长等问题。
7.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
8.一种低压电网物理拓扑自动识别发生电路，包括拓扑识别特征电流使能控制电路、雷击浪涌抑制电路、特征电流发生部分自取电电路、拓扑识别特征电流触发控制电路、拓扑识别特征电流发生电路和电压越限监测保护电路；
9.所述拓扑识别特征电流使能控制电路与雷击浪涌抑制电路连接；所述雷击浪涌抑制电路与特征电流发生部分自取电电路、拓扑识别特征电流发生电路、电压越限监测保护电路均有连接；所述特征电流发生部分自取电电路与拓扑识别特征电流触发控制电路、电压越限监测保护电路均有连接；所述电压越限监测保护电路与拓扑识别特征电流发生电路连接。
10.更进一步地，所述拓扑识别特征电流使能控制电路包括限流电阻r16和 r17，滤波电容c9和c8，驱动管q3，限流电阻r15，反向二极管d4，隔离控制开关k1及使能控制信号tp_enable；其中，限流电阻r16一端连接单片机使能控制io口，另一端连接驱动管q3的基极；电源vcc连接隔离控制开关输入线圈，隔离控制开关的线圈另一端通过限流电阻r15后，连接到驱动管 q3的集电极，驱动管q3的发射极连接到电源地；隔离控制开关的输出连接火线l，控制火线接入模块，给整个模块上电功能。
11.更进一步地，所述雷击浪涌抑制电路包括电感l1、二极管d1、二极管d2 及压敏电阻vr1；其中，电感l1的一端依次连接交流电源及二极管d2的阴极，其另一端依次连接二极管d2的阳极及压敏电阻vr1的一端；压敏电阻vr1的另一端与接地线连接；同时二极管d1可以快速泄放电感l1的方向电压。
12.更进一步地，所述特征电流发生部分自取电电路包括限流电阻r14、瞬态二极管tvs4、稳压二极管z3、电解电容ec1及电容c7；其中，稳压二极管 z3为12v稳压管；限流电阻r14的一端依次连接稳压二极管z3的阴极以及电解电容ec1及电容c7的一端；稳压二极管z3的阳极以及电解电容ec1及电容c7的另一极板均与接地线连接；所述瞬态二极管tvs4的一引脚连接在限流电阻r14之间，其另一引脚连接接地线；交流电源经二极管d2半波整流形成直流电源vee，直流电源vee经稳压二极管z3稳压、经电解电容ec1储能滤波、经电容c7滤波后输出的稳定电源电压vee为12v。
13.更进一步地，所述拓扑识别特征电流触发控制电路包括驱动光耦uc1、三极管q1、电阻r3、电阻r2、电阻r4、电容c3及触发控制信号tp_trigger；其中，驱动光耦uc1的1引脚、3引脚分别与电源vcc、电阻r2的一端连接， 5引脚与二极管d10的阴极、电阻r5的一端均连接，6引脚连接模块电源电压vee；电阻r2的另一端连接三极管q1的集极；电阻r3的一端均连接控制信号tp_trigger，其另一端分别连接三极管q1的基极、接地线；三极管q1 的射极连接接地线。
14.更进一步地，所述拓扑识别特征电流发生电路包括热敏电阻ptc1、开关管q2、电容c5、瞬态二极管tvs2、电阻r9、电阻r5及二极管d10；其中，热敏电阻ptc1一端连接在二极管d2上，另一端连接开关管q2的漏极，开关管q2为电力电子开关管；瞬态二极管tvs2的一引脚与开关管q2的栅极、电阻r9的一端均连接；电阻r9的另一端、瞬态二极管tvs2的另一引脚、开关管q2的源极以及电容c3、电容c4的一极板均连接接地线；电容c3的另一极板与电源电压vcc连接；电容c4的另一极板连接在开关管q2的漏极、热敏电阻ptc1之间；二极管d10的阳极、阴极分别连接在电阻r5的两端，且二极管d10的阳极连接在电阻r7、电阻r5之间。
15.更进一步地，热敏电阻ptc1在电阻值为rptc时，在发生的特征电流i 的计算公式为：i＝vd1/rptc；其中，vd1为经二极管d2整形的正半周交流电源瞬时值。
16.更进一步地，所述电压越限监测保护电路包括电压检测器uc5、瞬态二极管tvs3、电容c4、电阻r11、电阻r10、电阻r6、电阻r8、电阻r7；其中，电阻r11的另一端电阻r10的一端、电容c4的一端，瞬态二极管tvs3的一端以及电压检测器uc5的2引脚均连接；电压检测器uc5的1引脚连接在电阻r6、r8之间，其3引脚连接接地线；所述电阻r6、电阻r8的另一端分别连接电源电压vcc、接地线上；所述电阻r11、电阻r13依次连接；且电阻r11 的一端分别连接热敏电阻ptc1连接；电容c4的一极板与瞬态二极管tvs3一引脚连接，且连接在电阻r10、电阻r11之间，电容c4的另一极板、瞬态二极管tvs3另一引脚与接地线均连接。
17.更进一步地，所述电压检测器uc5的1引脚的输入电压vdd的计算公式为：
18.vdd＝vd1*r10/(r11 r10)；
19.其中，电压检测器uc5的1引脚的输入电压vdd与直流电源vd1的点位差通过电容c4进行微调。
20.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
21.1、本实用新型提供的一种低压电网物理拓扑自动识别发生电路，安全性极高，采用开关继电器进行电气隔离，避免绝大部分的电网干扰导致设备损坏和短路的情况；采用过压检测电路和过流保护电路，避免设备导通电流过大、元件损坏的情况；能够有效杜绝电网可能出现的故障。
22.2、本实用新型提供的一种低压电网物理拓扑自动识别发生电路，抗干扰强，采用电感和压敏电阻组合有效抑制浪涌冲击，设计了过电压监测系统进行过压保护，并且触发特征电流可以进行编码，能有效保护电路及电路安全，避免干扰时刻特征电流被覆盖。
23.3、本实用新型提供的一种低压电网物理拓扑自动识别发生电路，电路灵活性高，采用高压电力电子开关管作为开关器件，耐压可达1200v以上，开关速度快，能够有效提升电路在大电流导通下迅速上电和断电，避免现有电路存在延时效应，减少元件发热，比较其他方案，相同体积下电流可以设计更大。
24.4、本实用新型提供的一种低压电网物理拓扑自动识别发生电路，识别成功率高，触发特征电流幅值可调，触发时间可调，可以对特征电流进行任意编码，提供自动拓扑识别成功率。
25.5、本实用新型提供的一种低压电网物理拓扑自动识别发生电路，电路设备体积小，开关导通时间短，设备周期内发热小，元件封装尺寸小，能较好嵌入设备终端。
附图说明
26.图1为本实用新型的电路模块图；
27.图2为本实用新型的电路原理图；
28.图3为本实用新型的拓扑识别特征电流使能控制电路图；
29.图4为本实用新型的雷击浪涌抑制电路图；
30.图5为本实用新型的特征电流发生部分自取电电路图；
31.图6为本实用新型的拓扑识别特征电流触发控制电路图；
32.图7为本实用新型的拓扑识别特征电流发生电路图；
33.图8为本实用新型的电压越限监测保护电路图。
34.图中：1、拓扑识别特征电流使能控制电路；2、雷击浪涌抑制电路；3、特征电流发生部分自取电电路；4、拓扑识别特征电流触发控制电路；5、拓扑识别特征电流发生电路；6、电压越限监测保护电路。
具体实施方式
35.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.请参阅图1
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2，本实用新型实施例中：提供一种低压电网物理拓扑自动识别发生电路，包括拓扑识别特征电流使能控制电路1、雷击浪涌抑制电路2、特征电流发生部分自取电电路3、拓扑识别特征电流触发控制电路4、拓扑识别特征电流发生电路5和电压越限监测保护电路6。
37.其中，拓扑识别特征电流使能控制电路1与雷击浪涌抑制电路2连接；雷击浪涌抑制电路2与特征电流发生部分自取电电路3、拓扑识别特征电流发生电路5、电压越限监测保护电路6均有连接；特征电流发生部分自取电电路 3与拓扑识别特征电流触发控制电路4、电压越限监测保护电路6均有连接；电压越限监测保护电路6与拓扑识别特征电流发生电路5连接。
38.在上述实施例中，拓扑识别特征电流使能控制电路1能够控制整个功能模块的交流电压，功能模块在大部分时间都是不需要使用，所以物理连接上断开火线l的电气连接，只有在需要自动拓扑功能才使能，通过选择电网相关稳定的时段才使能火线l接通，因此确保设备的安全性；雷击浪涌抑制电路2能够在拓扑识别特征电流使能控制电路1使能的情况下，对电路中因雷电，或因设备接通或断开所产生的浪涌电压进行减缓与吸收，减小对发生模块的冲击；特征电流发生部分自取电电路3能够将交流电转换成直流电，并将该直流电通过稳压、滤波输出成稳定的电源电压vee；拓扑识别特征电流触发控制电路4能够通过光耦驱动拓扑识别特征电流发生电路5产生特征电流；电压越限监测保护电路6能够监控特征电流以及监控拓扑识别特征电流发生电路5中的电压，并对拓扑识别特征电流发生电路5接入设备进行安全保护。
39.请参阅图3，拓扑识别特征电流使能控制电路1包括限流电阻r16和r17，滤波电容c9和c8，驱动管q3，限流电阻r15，反向二极管d4，隔离控制开关k1及使能控制信号tp_enable；其中，限流电阻r16一端连接单片机使能控制io口，另一端连接驱动管q3的基极；电源vcc连接隔离控制开关输入线圈，隔离控制开关的线圈另一端通过限流电阻r15后，连接到驱动管q3的集电极，驱动管q3的发射极连接到电源地；隔离控制开关的输出连接火线l，控制火线接入模块，给整个模块上电功能。
40.请参阅图4，雷击浪涌抑制电路2包括电感l1、二极管d1、二极管d2及压敏电阻vr1；其中，电感l1的一端依次连接交流电源及二极管d2的阴极，其另一端依次连接二极管d2的阳极及压敏电阻vr1的一端；压敏电阻vr1的另一端与接地线连接；同时二极管d1可以快速泄放电感l1的方向电压。
41.请参阅图5，特征电流发生部分自取电电路3包括限流电阻r14、瞬态二极管tvs4、稳压二极管z3、电解电容ec1及电容c7；其中，稳压二极管z3 为12v稳压管；限流电阻r14的一端依次连接稳压二极管z3的阴极以及电解电容ec1及电容c7的一端；稳压二极管z3的阳极以及电解电容ec1及电容c7的另一极板均与接地线连接；所述瞬态二极管tvs4的一引脚连接在限流电阻r14之间，其另一引脚连接接地线；交流电源经二极管d2半波整流形成直流电源vee，直流电源vee经稳压二极管z3稳压、经电解电容ec1储能滤波、经电容c7滤波后输出的稳定电源电压vee为12v。
42.请参阅图6，拓扑识别特征电流触发控制电路4包括驱动光耦uc1、三极管q1、电阻r3、电阻r2、电阻r4、电容c3及触发控制信号tp_trigger；其中，驱动光耦uc1的1引脚、3引脚分别与电源vcc、电阻r2的一端连接，5 引脚与二极管d10的阴极、电阻r5的一端均连接，6引脚连接模块电源电压 vee；电阻r2的另一端连接三极管q1的集极；电阻r3的一端均连接控制信号tp_trigger，其另一端分别连接三极管q1的基极、接地线；三极管q1的射极连接接地线。
43.请参阅图7，拓扑识别特征电流发生电路5包括热敏电阻ptc1、开关管 q2、电容c5、瞬态二极管tvs2、电阻r9、电阻r5及二极管d10；其中，热敏电阻ptc1一端连接在二极管d2上，另一端连接开关管q2的漏极，开关管 q2为电力电子开关管，具有耐高压，导通关闭时间延迟小特点；瞬态二极管 tvs2的一引脚与开关管q2的栅极、电阻r9的一端均连接；电阻r9的另一端、瞬态二极管tvs2的另一引脚、开关管q2的源极以及电容c3、电容c4的一极板均连接接地线；电容c3的另一极板与电源电压vcc连接；电容c4的另一极板连接在开关管q2的漏极、热敏电阻ptc1之间；二极管d10的阳极、阴极分别连接在电阻r5的两端，且二极管d10的阳极连接在电阻r7、电阻r5 之间。
44.其中，热敏电阻ptc1在电阻值为rptc时，在发生的特征电流i的计算公式为：i＝vd1/rptc；其中，vd1为经二极管d2整形的正半周交流电源瞬时值。
45.在上述实施例中，拓扑识别特征电流发生电路5采用继电器作为电气物理连接通断；采用高压电力电子开关管q2作为特征电流启停开关，采用热敏电阻ptc1作为电阻负载直接产生特征电流，控制信号通过继电器导通，是整个电路接通火线l电源，允许触发和产生特征电流；再通过触发信号使光耦隔离；交流市电线路采用电感和压敏电阻组合有效抑制浪涌冲击，并且设计了电压监测系统进行过流保护，可以有效保护电力电子开关管整个电网的安全；电力电子开关管作为开关器件耐压高，开关速度快，而且不存在断电延时现象，热敏电阻ptc1作为负载体积小，便于嵌入到设备终端，而且当产生过流时，热敏电阻ptc1有一定的动作延时特性，此时热敏电阻ptc1可当做纯电阻，当出现故障电流持续时热敏电阻将动作切断电流，不仅可以保护电力电子开关管同时也能避免电网出现短路故障。
46.请参阅图8，电压越限监测保护电路6包括电压检测器uc5、瞬态二极管 tvs3、电容c4、电阻r11、电阻r10、电阻r6、电阻r8、电阻r7；其中，电阻r11的另一端电阻r10的一端、电容c4的一端，瞬态二极管tvs3的一端以及电压检测器uc5的2引脚均连接；电压检测器uc5的1引脚连接在电阻 r6、r8之间，其3引脚连接接地线；所述电阻r6、电阻r8的另一端分别连接电源电压vcc、接地线上；所述电阻r11、电阻r13依次连接；且电阻r11 的一端分别连接热敏电阻ptc1连接；电容c4的一极板与瞬态二极管tvs3一引脚连接，且连接在电阻r10、电阻r11之间，电容c4的另一极板、瞬态二极管tvs3另一引脚与接地线均连接。
47.其中，电压检测器uc5的1引脚的输入电压vdd的计算公式为：
48.vdd＝vd1*r10/(r11 r10)；
49.其中，电压检测器uc5的1引脚的输入电压vdd与直流电源vd1的点位差通过电容c4进行微调。
50.综上所述：本实用新型提供的一种低压电网物理拓扑自动识别发生电路，采用隔离继电器进行电气隔离，电路安全性极高；采用高压电力电子开关管作为特征电流产生开关，采用热敏电阻作为负载产生特征电流，控制信号通过光耦隔离；交流市电线路采用电感和压敏电阻组合有效抑制浪涌冲击，并且设计了过电压监控系统进行过流保护，可以有效保护电力电子开关管整个电网的安全；具有过压过流保护监控制，安全性高，可有效避免电网故障；采用电力电子开关管作为开关，电路灵活性高；而且电流滤波识别，抗干扰极高，识别成功率可达100％，同时电路设备体积小，能较好嵌入设备终端。
51.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。