(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011213126.9
(22)申请日 2020.11.03
(71)申请人 江苏深瑞汇阳能源科技有限公司
地址 211100 江苏省南京市江宁区秣陵街
道长青街19号长园智能电网产业园2-
2栋5楼505室
(72)发明人 马鹏 杜东威 徐东林 孙浩
严强 于宙宙 李超 钱彬
梅嵩民 王翔
(51)Int.Cl.
H02J 13/00(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明为一种分散式DTU间隔单元硬件系
统，方案特征在于整体结构采用“塔形”设计，分
量、线损计量采样部分、对外总线通讯部分、开入
开出部分。顶层单元包括：电源部分、ADC、计量控
制部分、通讯控制部分、主控模组部分。顶层单元
与底层单元之间的接口包括：电源线、通讯总线、
控制总线、模拟信号线。本硬件方案采用“塔形”
结构的模块化设计策略，在保证标准DTU产品功
能需求的同时，低成本小型化设计，即插即用配
置灵活，为分散式DTU间隔产品提供一种很好的
硬件设计策略。权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 112271820 A 2021.01.26
C N 112271820
A
1.一种分散式DTU间隔单元硬件系统，包括顶层单元和底层单元，整体采用“塔形”结构桥接，其特征在于，所述顶层单元包括电源部分U5、ADC、计量控制部分U6、通讯控制部分U7、主控模组部分U8；所述底层单元包括电源部分U1、测量、线损计量采样部分U2、对外总线通讯部分U3、开入开出部分U4；所述顶层单元与底层单元之间的接口包括电源线、通讯总线、控制总线、模拟信号线；所述“塔形”结构桥接通过两个双排插针连接JP1、JP2，其中JP1走电源、开入开出等大电压大电流信号，JP2走控制控制总线、通讯总线等弱电压弱电流信号，JP1，JP2板件上布局分开，保证信号间互不干扰。
2.根据权利要求1所述的一种分散式DTU间隔单元硬件系统，其特征在于，所述底层单元电源部分U1和所述顶层单元电源部分U5共同组成装置的供电系统，包括24VDC输入电源部分K1、EMC防护电路部分K2、24V转5V隔离电源部分K3，24V开入电源部分K4，5V转5V隔离开出控制电源部分K5、5V转3V3/2V5/1V2控制系统核心模组电源部分K6、5V转3V3控制系统外设电源部分K7，输入电压为直流24V，一路经过EMC防护电路部分K2给系统供电，EMC防护电路可提高系统电源抗干扰能力，另一路直接给外特性电源K4供电，K2输出给K3，K3为24V转5V隔离电源，隔离输入电源和系统供电电源，隔离电压等级为4KV。K3分别输出给隔离开出控制电源K5，隔离电压等级4KV、控制系统核心模组电源K6、控制系统外设电源K7。
3.根据权利要求1所述的一种分散式DTU间隔单元硬件系统，其特征在于，所述底层的单元测量、线损计量采样部分U2和所述顶层单元ADC、计量控制部分U6共同组成装置的交流采集部分。
4.根据权利要求1所述的一种分散式DTU间隔单元硬件系统，其特征在于，所述底层单元对外总线通讯部分U3和顶层单元通讯控制部分U7共同组成装置的总线通讯部分。
5.根据权利要求1所述的一种分散式DTU间隔单元硬件系统，其特征在于，所述底层单元开入开出部分U4是装置对外开关量输入输出，顶层单元主控模组U8为系统的控制核心单元，外部标准接口开入开出端子H0经过光耦隔离开入部分H1、继电器隔离开出部分H2与主控模组U8对接完成开关量的采集。时钟部分H4、北斗校时部分H5与主控模组U8共同构建装置的时间系统。
权 利 要 求 书1/1页CN 112271820 A
一种分散式DTU间隔单元硬件系统
技术领域
[0001]本发明属于分散式DTU技术领域，具体涉及一种分散式DTU间隔单元硬件系统。
背景技术
[0002]配电自动化分散式站所终端(DTU)由公共单元和若干间隔单元组成，间隔单元与公共单元通过总线连接。间隔单元安装在间隔柜内，为提高一二次融合能力，简化安装接线，间隔单元需提高标准化程度、即插即用、小型化设计，但间隔单元同时又需具备就地测量、线损计量、保护动作、总线通讯等功能。这就为硬件设计增加难度，如何在标准化小型化的同时，充分利用装置空间，保证其功能和性能不受影响，需提高硬件设计规划。
发明内容
[0003]针对上述问题，本发明提供的一种分散式DTU间隔单元硬件系统，包括顶层单元和底层单元，整体采用“塔形”结构桥接，其特征在于，所述顶层单元包括电源部分U5、ADC、计量控制部分U6、通讯控制部分U7、主控模组部分U8；所述底层单元包括电源部分U1、测量、线损计量采样部分U2、对外总线通讯部分U3、开入开出部分U4；所述顶层单元与底层单元之间的接口包括电源线、通讯总线、控制总线、模拟信号线；所述“塔形”结构桥接通过两个双排插针连接JP1、JP2，其中JP1走电源、开入开出等大电压大电流信号，JP2走控制控制总线、通讯总线等弱电压弱电流信号，JP1，JP2板件上布局分开，保证信号间互不干扰。
[0004]进一步的，所述底层单元电源部分U1和所述顶层单元电源部分U5共同组成装置的供电系统，包括24VDC输入电源部分K1、EMC防护电路部分K2、24V转5V隔离电源部分K3，24V 开入电源部分K4，5
V转5V隔离开出控制电源部分K5、5V转3V3/2V5/1V2控制系统核心模组电源部分K6、5V转3V3控制系统外设电源部分K7，输入电压为直流24V，一路经过EMC防护电路部分K2给系统供电，EMC防护电路可提高系统电源抗干扰能力，另一路直接给外特性电源K4供电，K2输出给K3，K3为24V转5V隔离电源，隔离输入电源和系统供电电源，隔离电压等级为4KV。K3分别输出给隔离开出控制电源K5，隔离电压等级4KV、控制系统核心模组电源K6、控制系统外设电源K7。
[0005]进一步的，所述底层的单元测量、线损计量采样部分U2和所述顶层单元ADC、计量控制部分U6共同组成装置的交流采集部分。
[0006]进一步的，所述底层单元对外总线通讯部分U3和顶层单元通讯控制部分U7共同组成装置的总线通讯部分。
[0007]进一步的，所述底层单元开入开出部分U4是装置对外开关量输入输出，顶层单元主控模组U8为系统的控制核心单元，外部标准接口开入开出端子H0经过光耦隔离开入部分H1、继电器隔离开出部分H2与主控模组U8对接完成开关量的采集。时钟部分H4、北斗校时部分H5与主控模组U8共同构建装置的时间系统。
[0008]本发明的优点和有益效果是：
[0009]1、本硬件方案采用“塔形”结构的模块化设计策略，在保证标准DTU产品功能需求
的同时，低成本小型化设计，即插即用配置灵活，为分散式DTU间隔产品提供一种很好的硬件设计策略。
[0010]2、整个硬件方案设计结构紧凑，防护隔离清晰，规划设计合理，能够很好的在满足标准、简单化、小型化的同时，产品的功能和性能均不降低。
附图说明
[0011]图1为本发明一种分散式DTU间隔单元硬件系统的示意图。
[0012]图2为本发明一种分散式DTU间隔单元硬件系统的电源部分组成结构示意图。[0013]图3为本发明一种分散式DTU间隔单元硬件系统的底层单元测量、线损计量采样部分组成结构示意图。
[0014]图4为本发明一种分散式DTU间隔单元硬件系统的主控模组对外总线通讯部分组成结构示意图。
[0015]图5为本发明一种分散式DTU间隔单元硬件系统的主控模组开入开出部分组成结构示意图。
具体实施方式
[0016]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，
所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0017]本发明提供的一种分散式DTU间隔单元硬件方案，方案整体架构如图1所示。整体结构采用“塔形”设计，分为上下两个单元，底层单元包括：电源部分U1、测量、线损计量采样部分U2、对外总线通讯部分U3、开入开出部分U4。顶层单元包括：电源部分U5、ADC、计量控制部分U6、通讯控制部分U7、主控模组部分U8。顶层单元与底层单元之间的接口包括：电源线、通讯总线、控制总线、模拟信号线。具体“塔形”桥接通过两个双排插针连接JP1、JP2，其中JP1走电源、开入开出等大电压大电流信号，JP2走控制控制总线、通讯总线等弱电压弱电流信号。JP1，JP2板件上布局分开，保证信号间互不干扰。
[0018]硬件方案具体工作流程为：
[0019]底层单元电源部分U1和顶层单元电源部分U5共同组成装置的供电系统，包括24VDC输入电源部分K1、EMC防护电路部分K2、24V转5V隔离电源部分K3，24V开入电源部分K4，5V转5V隔离开出控制电源部分K5、5V转3V3/2V5/1V2控制系统核心模组电源部分K6、5V 转3V3控制系统外设电源部分K7，具体如图2所示。输入电压为直流24V，一路经过EMC防护电路部分K2给系统供电，EMC防护电路可提高系统电源抗干扰能力，另一路直接给外特性电源K4供电。K2输出给K3，K3为24V转5V隔离电源，隔
离输入电源和系统供电电源，隔离电压等级为4KV。K3分别输出给隔离开出控制电源K5，隔离电压等级4KV、控制系统核心模组电源K6、控制系统外设电源K7。整个供电系统电压等级变换均采用DCDC设计，保证电源效率。[0020]底层单元测量、线损计量采样部分U2和顶层单元ADC、计量控制部分U6共同组成装置的交流采集部分。如图3所示，4路电压4路电流信号输入分为两路，一路经过测量PT/CT采样电路T1，RC滤波电路T3后，输出给ADC数模转换芯片T5，T5与主控模组U8通信完成模拟量
的测量功能。另一路经过线损计量PT/CT采样电路T2，RC滤波电路T4后，输出给三相计量芯片T6，T6与主控模组U8通讯完成计量功能。
[0021]底层单元对外总线通讯部分U3和顶层单元通讯控制部分U7共同组成装置的总线通讯部分，如图4所示。主控模组U8与以太网交换机M1之间通过MII接口通讯，M1数据经过变压器防护电路M2到RJ45接口M3输出。U8串口数据通过串口转RS232/RS485部分M4换位，经过隔离防护M5对外输出，最后所有通讯接口均挂接到对外通讯总线标准接口M0上。
[0022]底层单元开入开出部分U4是装置对外开关量输入输出，顶层单元主控模组U8为系统的控制核心单元，如图5所示，外部标准接口开入开出端子H0经过光耦隔离开入部分H1、继电器隔离开出部分H2与主控模组U8对接完成开关量的采集。时钟部分H4、北斗校时部分H5与主控模组U8共同构建装置的时间系统。同时主控模组U8内部集成处理器、内存单元、存储单元、PMU单元等，完成整个控制系统的采集、保护、运算、通讯等。
[0023]整个硬件方案设计结构紧凑，防护隔离清晰，规划设计合理，能够很好的在满足标准、简单化、小型化的同时，产品的功能和性能均不降低。
[0024]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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