一種配網自動化終端的制作方法
【專利摘要】一種配網自動化終端，其包括主控制器、數字信號處理器、交流模擬量采集單元、開關量輸入單元、開關量輸出單元、通信單元、存儲器單元和對時單元；交流模擬量采集單元連接電網三相交流線路，以采集線路交流參數值；交流模擬量采集單元包括A/D轉換模塊，A/D轉換模塊將交流模擬量采集單元采集到的線路交流參數值模擬量轉換為數字量，并輸出至數字信號處理器進行處理；主控制器連接數字信號處理器以獲取經處理后的數據；主控制器通過開關量輸入單元和開關量輸出單元連接三相交流線路上的控制開關，以采集開關狀態數據和控制開關狀態；主控制器通過通信單元與主站連接通信。本實用新型對時精度高，故障排除可靠，自適應能力較強，且能夠大大降低裝置的誤動作比率。
【專利說明】一種配網自動化終端
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及配網自動化【技術領域】，特別是一種配網自動化終端。
【背景技術】
[0002]配網自動化是運用計算機技術、自動控制技術、電力技術、通信技術及新的高性能的配電設備等技術手段，對配電網進行離線與在線智能監控管理，使配電網始終處于安全、可靠、優質、經濟高效的運行狀態。
[0003]目前國內配網自動化術比率遠低于國際平均水平，有很大的發展空間，我國首先要對配電網的拓撲機構進行改造，使之適合于自動化的要求，如饋線分段化，配電網環網化等；其次分段開關也需要更換為能進行電動操作的真空開關或永磁開關，并且應具有必要的互感器；最后開閉所和配電站中的保護裝置，應能提供一對信號接點，以作為事故信號，區分事故跳閘和人工正常操作。但是我國現在的配電網和上述要求尚存在較大的差距。為了實現配電網自動化，必須把對傳統配電網的改造納入工程之中。目前國內配網自動化終端普遍采樣精度較低，采用單一的對時方式，并且對時精度偏低，不利于故障的排除，自適應能力差，不支持遠程升級系統，由于信號處理不完善造成裝置誤動作。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種配網自動化終端，其對時精度高，故障排除可靠，自適應能力較強，且能夠支持遠程升級系統，并能夠大大降低裝置的誤動作比率。
[0005]本實用新型采取的技術方案具體為:一種配網自動化終端，包括主控制器、數字信號處理器、交流模擬量采集單元、開關量輸入單元、開關量輸出單元、通信單元以及分別連接主控制器的存儲器單元和對時單元；
[0006]交流模擬量采集單元連接電網三相交流線路，以采集線路交流參數值；交流模擬量采集單元包括A/D轉換模塊，A/D轉換模塊將交流模擬量采集單元采集到的線路交流參數值模擬量轉換為數字量，并輸出至數字信號處理器進行處理；主控制器連接數字信號處理器以獲取經處理后的數據；
[0007]主控制器通過開關量輸入單元和開關量輸出單元連接三相交流線路上的控制開關，以通過開關量輸入單元采集控制開關的開關狀態數據，和通過開關量輸出單元對控制開關的開關狀態進行控制；
[0008]主控制器通過通信單元與主站連接通信。
[0009]在電力系統中，一般保護裝置都需要對發生的故障進行記錄，記錄的內容包括故障發生時的電壓電流值、開關量輸入狀態、故障發生的時間等。保護裝置的時間來源于主控制器的內部時鐘或外部專用時鐘芯片，這類硬件時鐘通常只計時到秒級，精確度較低，不利于分析故障發生的原因。通過軟件的方式實現時鐘的計時功能，雖然可實現毫秒級計時，但是軟件時鐘無法自保持時間，即當保護裝置斷電后軟件時鐘就不能繼續計時了，再次上電后軟件時鐘的時間不能反映真實時間，每次斷電之后都要執行一次對時操作，使用非常不便。本實用新型的配網自動化終端中，采用獨立的硬件對時單元實現對時，無論保護裝置是否斷電，軟件時鐘的時間均為當前時間，用戶無需在每次斷電后對保護裝置重新再對時。既能夠滿足毫秒級的精確度要求，且對時自動化水平高。對時單元采用現有對時電路或對時模塊產品，對時方式可采用現有的NTP、IRIG-B、RS232串口報文和RS485串口報文等方式，控制器能夠擇優選擇最佳時間信號，有了精確的時間可方便查看故障發生的具體時間，有利于準確聞效的排除故障。
[0010]本實用新型在應用時，交流模擬量采集單元對三相交流線路上的電壓、電流、功率等常規模擬量進行采集，采集電路為現有技術，A/D轉換模塊可采用現有的A/D轉換器或轉換電路。電壓、電流等模擬信號經過采樣和A/D轉換后，數字信號處理器對這些數字量信號進行濾波處理，并對濾波后得到的有效信號進行按照配網常規技術的分析、計算，得到所需的電壓、電流的有效值和相位以及有功功率、無功功率等數據，并輸出至主控制器。開關量輸入單元將配網自動化終端需要的狀態信號包括開關的狀態、開關儲能狀態輸入主控制器。開關量輸入單元為現有電路，其由消抖濾波、信號整形、光電隔離、譯碼選通等電路模塊構成。開關量輸出電單元將主控制器輸出的開關控制信號，包括開關跳閘命令和合閘命令等數據進行輸出。
[0011]通信單元包括光纖以太網通信模塊、3G通信模塊、電力載波通信模塊、GPRS通信模塊和EPON通信模塊。多通信方式的融合，使得本實用新型對環境的適應能力更強，通信性能更可靠。
[0012]存儲器單元包括SDRAM內存模塊和FLASH存儲器模塊。主控制器讀取Flash存儲器模塊中的啟動代碼，存放至SDRAM中運行，可實現FPGA和DSP共享內存資源，減少內存資源浪費，提高數據處理效率。
[0013]開關量輸出單元包括光電隔離電路和繼電器觸點電路，主控制器通過光電隔離電路連接繼電器觸點電路，以通過控制繼電器觸點電路中繼電器觸點的閉合或斷開來控制控制開關的開關狀態。光電隔離電路及繼電器觸點電路皆為現有技術，本實用新型將兩者組合后，在拉合電源過程中，當電源處于某一臨界電壓值時，能夠避免可能由于邏輯電路的紊亂而造成的輸出誤動作。
[0014]本實用新型的主控制器采用型號為EP1C3T100C8的賽靈思FPGA芯片，其具有強大的邏輯計算功能，并擴展有以太網調試接口以及各種通信方式接口。
[0015]本實用新型的數字信號處理器采用型號為TMS320C6747的浮點數字信號處理，其主頻達到300MHz，可實現數據濾波和處理、采樣數據整合和測控算法等功能。
[0016]本實用新型的A/D轉換模塊采用型號為AD7607的14位ADC模數轉換器，以實現多通道采樣。AD7607內置低壓差穩壓器、基準緩沖器、跟蹤與保持電路、信號調理電路、轉換時鐘，具有過采樣功能，并設置有高速并行和串行接口。其每通道的采樣率能達到200ksps，輸入信號可進行同步采樣，轉換過程和數據采集通過CONVST信號和內部振蕩器進行控制，同時保留輸入通道上信號的相關相位信息。保障了本實用新型的模擬量采集功能。
[0017]本實用新型的有益效果為:獨立對時單元的設置提高了對時精度，使得電網線路故障排除更加可靠。多種通信方式的整合使得本實用新型對于各種環境的適應能力增強，并能夠支持遠程升級系統。數字信號處理器與主控制之間共享內存，提高了數據處理的效率，結合開關量輸出單元結構的設計能夠大大降低裝置的誤動作比率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1所示為本實用新型的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖和具體實施例進一步說明。
[0020]結合圖1，本實用新型的配網自動化終端，包括主控制器、數字信號處理器、交流模擬量采集單元、開關量輸入單元、開關量輸出單元、通信單元以及分別連接主控制器的存儲器單元和對時單元；
[0021]交流模擬量采集單元連接配網終端電網三相交流線路，以采集線路交流參數值；交流模擬量采集單元包括A/D轉換模塊，A/D轉換模塊將交流模擬量采集單元采集到的線路交流參數值模擬量轉換為數字量，并輸出至數字信號處理器進行處理；主控制器連接數字信號處理器以獲取經處理后的數據；
[0022]主控制器通過開關量輸入單元和開關量輸出單元連接三相交流線路上的控制開關，以通過開關量輸入單元采集控制開關的開關狀態數據，和通過開關量輸出單元對控制開關的開關狀態進行控制；
[0023]主控制器通過通信單元與主站連接通信。
實施例
[0024]圖1所示的實施例中，通信單元包括光纖以太網通信模塊、3G通信模塊、電力載波通信模塊、GPRS通信模塊和EPON通信模塊。多通信方式的融合，使得本實用新型對環境的適應能力更強，通信性能更可靠。
[0025]存儲器單元包括SDRAM內存模塊和FLASH存儲器模塊。主控制器讀取Flash存儲器模塊中的啟動代碼，存放至SDRAM中運行，可實現FPGA和DSP共享內存資源，減少內存資源浪費，提高數據處理效率。
[0026]開關量輸出單元包括光電隔離電路和繼電器觸點電路，主控制器通過光電隔離電路連接繼電器觸點電路，以通過控制繼電器觸點電路中繼電器觸點的閉合或斷開來控制控制開關的開關狀態。光電隔離電路及繼電器觸點電路皆為現有技術，本實用新型將兩者組合后，在拉合電源過程中，當電源處于某一臨界電壓值時，能夠避免可能由于邏輯電路的紊亂而造成的輸出誤動作。
[0027]主控制器采用型號為EP1C3T100C8的賽靈思FPGA芯片，其具有強大的邏輯計算功能，并擴展有以太網調試接口以及各種通信方式接口。
[0028]數字信號處理器采用型號為TMS320C6747的浮點數字信號處理，其主頻達到300MHz，可實現數據濾波和處理、采樣數據整合和測控算法等功能。
[0029]A/D轉換模塊采用型號為AD7607的14位ADC模數轉換器，以實現多通道采樣。AD7607內置低壓差穩壓器、基準緩沖器、跟蹤與保持電路、信號調理電路、轉換時鐘，具有過采樣功能，并設置有高速并行和串行接口。其每通道的采樣率能達到200ksps，輸入信號可進行同步采樣，轉換過程和數據采集通過CONVST信號和內部振蕩器進行控制，同時保留輸入通道上信號的相關相位信息。保障了本實用新型的模擬量采集功能。
[0030]在電力系統中，一般保護裝置都需要對發生的故障進行記錄，記錄的內容包括故障發生時的電壓電流值、開關量輸入狀態、故障發生的時間等。保護裝置的時間來源于主控制器的內部時鐘或外部專用時鐘芯片，這類硬件時鐘通常只計時到秒級，精確度較低，不利于分析故障發生的原因。通過軟件的方式實現時鐘的計時功能，雖然可實現毫秒級計時，但是軟件時鐘無法自保持時間，即當保護裝置斷電后軟件時鐘就不能繼續計時了，再次上電后軟件時鐘的時間不能反映真實時間，每次斷電之后都要執行一次對時操作，使用非常不便。本實用新型的配網自動化終端中，采用獨立的硬件對時單元實現對時，無論保護裝置是否斷電，軟件時鐘的時間均為當前時間，用戶無需在每次斷電后對保護裝置重新再對時。既能夠滿足毫秒級的精確度要求，且對時自動化水平高。對時單元采用現有對時電路或對時模塊產品，對時方式可采用現有的NTP、IRIG-B、RS232串口報文和RS485串口報文等方式，控制器能夠擇優選擇最佳時間信號，有了精確的時間可方便查看故障發生的具體時間，有利于準確聞效的排除故障。
[0031]本實用新型在應用時，交流模擬量采集單元對三相交流線路上的電壓、電流、功率等常規模擬量進行采集，采集電路為現有技術，A/D轉換模塊可采用現有的A/D轉換器或轉換電路。電壓、電流等模擬信號經過采樣和A/D轉換后，數字信號處理器對這些數字量信號進行濾波處理，并對濾波后得到的有效信號進行按照配網常規技術的分析、計算，得到所需的電壓、電流的有效值和相位以及有功功率、無功功率等數據，并輸出至主控制器。開關量輸入單元將配網自動化終端需要的狀態信號包括開關的狀態、開關儲能狀態輸入主控制器。開關量輸入單元為現有電路，其由消抖濾波、信號整形、光電隔離、譯碼選通等電路模塊構成。開關量輸出電單元將主控制器輸出的開關控制信號，包括開關跳閘命令和合閘命令等數據進行輸出。
[0032]本實用新型中，獨立對時單元的設置提高了對時精度，使得電網線路故障排除更加可靠。多種通信方式的整合使得本實用新型對于各種環境的適應能力增強，并能夠支持遠程升級系統。數字信號處理器與主控制之間共享內存，提高了數據處理的效率，結合開關量輸出單元結構的設計能夠大大降低裝置的誤動作比率。
【權利要求】
1.一種配網自動化終端，其特征是，包括主控制器、數字信號處理器、交流模擬量采集單元、開關量輸入單元、開關量輸出單元、通信單元以及分別連接主控制器的存儲器單元和對時單元； 交流模擬量采集單元連接電網三相交流線路，以采集線路交流參數值；交流模擬量采集單元包括A/D轉換模塊，A/D轉換模塊將交流模擬量采集單元采集到的線路交流參數值模擬量轉換為數字量，并輸出至數字信號處理器進行處理；主控制器連接數字信號處理器以獲取經處理后的數據； 主控制器通過開關量輸入單元和開關量輸出單元連接三相交流線路上的控制開關，以通過開關量輸入單元采集控制開關的開關狀態數據，和通過開關量輸出單元對控制開關的開關狀態進行控制； 主控制器通過通信單元與主站連接通信。
2.根據權利要求1所述的配網自動化終端，其特征是，通信單元包括光纖以太網通信模塊、3G通信模塊、電力載波通信模塊、GPRS通信模塊和EPON通信模塊。
3.根據權利要求1所述的配網自動化終端，其特征是，存儲器單元包括SDRAM內存模塊和FLASH存儲器單元模塊。
4.根據權利要求1所述的配網自動化終端，其特征是，開關量輸出單元包括光電隔離電路和繼電器觸點電路，主控制器通過光電隔離電路連接繼電器觸點電路，已通過控制繼電器觸點電路中繼電器觸點的閉合或斷開來控制控制開關的開關狀態。
5.根據權利要求1至4任一項所述的配網自動化終端，其特征是，主控制器采用型號為EP1C3T100C8的賽靈思FPGA芯片。
6.根據權利要求1至4任一項所述的配網自動化終端，其特征是，數字信號處理器采用型號為TMS320C6747的浮點數字信號處理器。
7.根據權利要求1至4任一項所述的配網自動化終端，其特征是，A/D轉換模塊采用型號為AD7607的14位ADC模數轉換器。
【文檔編號】H02J13/00GK204103603SQ201420605181
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月20日 優先權日:2014年10月20日
【發明者】吳俊華, 趙峰 申請人:南京訊匯科技發展有限公司