一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，包括霍爾傳感器、數據調理變換模塊、主控采集模塊和數據報文定時模塊，所述霍爾傳感器與磁控變壓器的磁控繞組相連；所述數據調理變換模塊分別與電壓互感器、電流互感器和霍爾傳感器相連；所述主控采集模塊的輸入端分別與所述數據調理變換模塊和數據報文定時模塊相連，所述主控采集模塊的輸出端與所述通信接口模塊相連；所述主控采集模塊還連接有第一緩沖區和第二緩沖區。本發明的磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，可以及時為磁控變壓器的控制裝置提供決策依據，實現高速連續的電壓調節，也可以通過數據報文的定時模塊為數據報文設定時間標志，為電網的宏觀電壓控制提供決策依據。
【專利說明】
一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，屬于電力工程領域，可適用于變壓器的生產制造行業，也可用于電網運行行業。
【背景技術】
[0002]近年來，電力系統中負載種類越來越多樣化，如分布式太陽能發電、風能發電等新型可再生電源加入，加大了電力系統的不穩定性。采用變壓器磁通控制技術來提高電網的電壓控制水平，成為一種新的調壓手段，而運用數字技術進行磁控變壓器電參數采集及分析，成為精確、快速進行電壓調節的先決條件;除此之外，高速的數字采集數據可以為電網的諧波分析提供依據。
[0003]目前存在的缺陷在于:
[0004](I)各類針對變壓器的電壓控制裝置主要是通過改變變壓器的分接頭來實現，而變壓器的分接頭只有少數的幾檔，不能實現連續調節；
[0005](2)現有的一些無功補償設備，如電容器組等，調壓手段固定，沒有感知和反饋的功能，也無法實現連續調節；
[0006](3)而其他具有連續電壓調節能力的設備并非是變壓器的必要構件。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是克服現有技術的缺陷，提供一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，內置于磁控變壓器，可以及時為磁控變壓器的控制裝置提供決策依據，實現高速連續的電壓調節，也可以通過數據報文的定時模塊為數據報文設定時間標志，然后通過通信接口模塊上傳至電網運行部門，為電網的宏觀電壓控制提供決策依據。
[0008]實現上述目的的技術方案是:一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，外接磁控變壓器的磁控繞組、電壓互感器、電流互感器和通信接口模塊，所述電壓互感器和電流互感器分別設置在磁控變壓器的高壓側的交流電路上，所述采集分析裝置包括霍爾傳感器、數據調理變換模塊、主控采集模塊和數據報文定時模塊，其中:
[0009]所述霍爾傳感器與所述磁控變壓器的磁控繞組相連；
[0010]所述數據調理變換模塊分別與電壓互感器、電流互感器和霍爾傳感器相連；
[0011]所述主控采集模塊的輸入端分別與所述數據調理變換模塊和數據報文定時模塊相連，所述主控采集模塊的輸出端與所述通信接口模塊相連；
[0012]所述主控采集模塊還連接有第一緩沖區和第二緩沖區；
[0013]所述電壓互感器和電流互感器一一對應地檢測磁控變壓器的高壓側的交流電壓信號和交流電流信號，并一一對應地把電壓信號和電流信號發送給所述數據調理變換模塊；
[0014]所述霍爾傳感器采集磁控變壓器的磁控繞組的直流電流信號，并把直流電流信號發送給所述數據調理變換模塊；
[0015]所述數據調理變換模塊接收交流電壓信號、交流電流信號和直流電流信號，將交流電壓信號、交流電流信號和直流電流信號分別進行轉換成0-3.3V的電壓信號，并把0-3.3V的電壓信號發送給所述主控采集模塊；
[0016]所述主控采集模塊采集來自數據調理變換模塊的0-3.3V的電壓信號，并將0-3.3V的電壓信號存放在所述第一緩沖區中；
[0017]所述主控采集模塊將采集的0-3.3V的電壓信號依次進行數據濾波和數據分析，所述主控采集模塊將完成數據分析后的計算結果存在所述第二緩沖區中，并整合時鐘標記形成數據報文，所述第二緩沖區中存放多條數據報文，以便上傳時調用；
[0018]所述數據報文定時模塊用于對所述主控采集模塊的完成數據分析后的計算結果加上時鐘標記。
[0019]上述的一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，所述數據調理變換模塊包括電流電壓信號轉換單元、電壓幅值轉換單元、直流幅值轉換單元、電平轉換電路和阻抗變換電路，其中:
[0020]所述交流電流信號經過所述電流電壓信號轉換單元轉換成一組3.3V的交流電壓信號，所述交流電壓信號經過所述電壓幅值轉換單元轉換成另一組3.3V的交流電壓信號，這兩組3.3V的交流電壓信號分別經過所述電平轉換電路轉換成為0-3.3V的電壓信號，該0-3.3V的電壓信號經過所述阻抗變換電路傳輸到所述主控采集模塊；
[0021 ]所述直流電流信號經過所述流幅值轉換單元轉換成0-3.3V的電壓信號，該0-3.3V的電壓信號經過所述阻抗變換電路傳輸到所述主控采集模塊。
[0022]上述的一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，其中，所述主控采集模塊包括A/D采樣電路、數據寄存電路、DSP主控電路和數據存儲電路，所述A/D采樣電路、數據寄存電路、DSP主控電路和數據存儲電路依次相連，所述A/D采樣電路與所述DSP主控電路相連，所述A/D采樣電路接收來自所述數據調理變換模塊的0-3.3V的電壓信號。
[0023]上述的一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，其中，所述主控采集模塊采用型號為TMS320F2812的DSP芯片。
[0024]上述的一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，其中，所述DSP芯片的工作主頻為150MHz，采樣周期小于每點Iys，采樣精度為12位。
[0025]上述的一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，其中，所述數據報文定時模塊采用型號為ZYM-GA85-3 V2.1的GPS時鐘芯片，所述GPS時鐘芯片與所述DSP主控電路相連。
[0026]本發明的磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，與現有技術相比，有益效果體現在:
[0027](I)針對電壓調節的需要，提供了一種可以連續調節的方法和解決方案；
[0028](2)收集的電網參數較全面，有交直流兩套數據，為軟件處理算法提供了有效的依據；
[0029](3)采樣周期小于每點lyS，采樣精度為12位，較好地滿足了磁控變壓器的數據采集和分析的要求；
[0030](4)不僅可以滿足電壓調節的要求，還為電網的諧波分析提供的依據；
[0031](5)通過時鐘標記，可以為電網的同步相量分析提供數據支持，為大數據平臺提供基礎數據。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發明的磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置的結構框圖；
[0033]圖2為數據調理變換模塊的框圖；
[0034]圖3為主控采集模塊的框圖；
[0035]圖4為數據報文定時模塊的框圖。
【具體實施方式】
[0036]為了使本技術領域的技術人員能更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對其【具體實施方式】進行詳細地說明:
[0037]請參閱圖1至圖4，本發明的最佳實施例，一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，外接磁控變壓器的磁控繞組10、電壓互感器PT、電流互感器CT和通信接口模塊20，電壓互感器PT和電流互感器CT分別設置在磁控變壓器的高壓側的交流電路上。
[0038]本發明的磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置包括霍爾傳感器4、數據調理變換模塊1、主控采集模塊2和數據報文定時模塊3。霍爾傳感器4與磁控變壓器的磁控繞組10相連;數據調理變換模塊I分別與電壓互感器PT、電流互感器CT和霍爾傳感器4相連;主控采集模塊2的輸入端分別與數據調理變換模塊I和數據報文定時模塊3相連，主控采集模塊2的輸出端與通信接口模塊20相連;主控采集模塊2還連接有第一緩沖區A和第二緩沖區B。
[0039]電壓互感器PT和電流互感器CT一一對應地檢測磁控變壓器的高壓側的交流電壓信號和交流電流信號，并一一對應地把電壓信號和電流信號發送給數據調理變換模塊I;霍爾傳感器4采集磁控變壓器的磁控繞組10的直流電流信號，并把直流電流信號發送給數據調理變換模塊I;數據調理變換模塊I接收交流電壓信號、交流電流信號和直流電流信號，將交流電壓信號、交流電流信號和直流電流信號分別進行轉換成0-3.3V的電壓信號，并把0-3.3V的電壓信號發送給主控采集模塊2;主控采集模塊2采集來自數據調理變換模塊I的0-
3.3V的電壓信號，并將0-3.3V的電壓信號存放在第一緩沖區A中；主控采集模塊2將采集的0-3.3V的電壓信號依次進行數據濾波和數據分析，主控采集模塊2將完成數據分析后的計算結果存在所述第二緩沖區B中，并整合時鐘標記形成數據報文，所述第二緩沖區中存放多條數據報文，以便上傳時調用;數據報文定時模塊3用于對主控采集模塊2的完成數據分析后的計算結果加上時鐘標記。
[0040]再請參閱圖2，數據調理變換模塊I包括電流電壓信號轉換單元11、電壓幅值轉換單元12、直流幅值轉換單元13、電平轉換電路14和阻抗變換電路15，其中:交流電流信號經過電流電壓信號轉換單元11轉換成一組3.3V的交流電壓信號，交流電壓信號經過電壓幅值轉換單元12轉換成另一組3.3V的交流電壓信號，這兩組3.3V的交流電壓信號分別經過電平轉換電路14轉換成為0-3.3V的電壓信號，該0-3.3V的電壓信號經過阻抗變換電路15傳輸到主控采集模塊2;直流電流信號經過流幅值轉換單元13轉換成0-3.3V的電壓信號，該0-3.3V的電壓信號經過阻抗變換電路15傳輸到主控采集模塊2。
[0041]主控采集模塊2采用型號為TMS320F2812的DSP芯片。DSP芯片的工作主頻為150MHz，采樣周期小于每點Iys，采樣精度為12位。再請參閱圖3，主控采集模塊2包括A/D采樣電路21、數據寄存電路22、DSP主控電路23和數據存儲電路24，A/D采樣電路21、數據寄存電路22、DSP主控電路23和數據存儲電路24依次相連，A/D采樣電路21與DSP主控電路23相連，A/D采樣電路21接收來自數據調理變換模塊I的0-3.3V的電壓信號。
[0042]再請參閱圖4，數據報文定時模塊3采用型號為ZYM-GA85-3V2.1的GPS時鐘芯片，GPS時鐘芯片與DSP主控電路23相連。
[0043]本發明的磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置需要檢測磁控變壓器一次側即高壓側的交流電壓信號和交流電流信號各三路以及控繞組的直流電流信號二路，一共有8路信號，由于DSP芯片具有16路輸入的功能，因此，另外8路通道可以作為備用。
[0044]交流電壓信號和交流電流信號一一對應地經過電壓互感器PT和電流互感器CT的變換，在二次側的信號分別是交流100V和交流1A，直流電流信號經過霍爾傳感器4即元件HX-15P的轉換，在二次側的信號是直流電壓5V，因此需要將它們分別轉換為3.3V的直流電壓信號才能輸入到數據采樣模塊，數據調理變換模塊I的作用就是分8路通道將上述信號分別轉換為合適電平的信號，而且需要帶一定的驅動能力。
[0045]A/D采樣電路21分別采集上述信號，對交流信號一般每周波(20ms)采集100-200點，以便進行功率因素的計算和諧波分析計算，直流信號可以每周波采數點，所采集的數據要先存放在第一緩沖區A中，以便進行數據濾波，經過數字濾波后方可進行數據分析。完成數據分析后的計算結果存在第二緩沖區B中，并整合時鐘標記形成數據報文，第二緩沖區B中可以存放多條報文，以便上傳時調用。
[0046]請參閱圖2，在8路信號中，有三路是交流電壓信號，電壓幅值轉換單元12分別將100V的交流信號轉變為峰-峰值是3.3V的交流電壓信號，而三路交流電流信號則需經過電流電壓信號轉換單元11，先將電流信號轉換成電壓信號，再轉變為峰-峰值是3.3V的交流電壓信號，這兩組3.3V的交流電壓信號在分別經過電平轉換電路14，成為0-3.3V的電壓信號。
[0047 ]磁控繞組的直流電流信號二路，經過霍爾元件HX-15P的轉換，將一次側的大電流轉換成5V的直流電壓輸出，直流幅值轉換單元13中相應的兩個通道將信號分別轉換成0-3.3V的電壓信號。
[0048]上述8路信號由于驅動能力較弱，直接輸入到數據采集模塊不合適，因此在數據調理變換模塊I中增加了一個功率放大的環節即阻抗變換電路15，增加了輸入阻抗，減少了輸出阻抗，解決了該問題。
[0049]請參閱圖3，主控采集模塊2采用TI公司的TMS320F2812，該芯片為32位的DSP芯片，片內自帶12位A/D。在TMS320F2812的ADC模塊含有一個12位的帶有流水線的轉換器，芯片的模數轉換模塊有2個獨立的8通道，既可以分別用于EVA和EVB的轉換，也可以級聯成一個16通道的轉換模塊，最高采樣頻率12.5MHz，采樣模式可以有多種形式，能很好地完成數據采樣和數據處理的功能。
[0050]對于交流信號的采集，為了方便后續處理，一般每周波采集100-200點，可以通過軟件設定，如每路每周波采集196點，則設定采樣頻率為9.8K，6路合計每周波采集1176點，如每路每周波采集156點，則采樣頻率減為7.8K，6路合計每周波采集936點。
[0051]直流信號的采樣頻率可以低一些，一般每路每周波幾點，也是由軟件確定。
[0052]為了進行功率因素的計算和諧波分析計算，所采集的數據要先存放在第一緩沖區A中，以便進行數據濾波，經過數字濾波后方可進行數據分析。
[0053]TMS320F2812具有128KX16位的片內FLASH，這部分空間均可以作為程序空間或者是數據空間，其內容也受到CSM的保護。但在實際使用中，由于系統需要采集非常多的參數，同時還需要將其存儲在芯片中，內部SLASH不足以應付緩存的需求，這時就需要使用外部擴展FLASH。本系統選用的SRAM芯片為I S61LV51216。〗 S61LV51216是512K*16位的高速存儲芯片。
[0054]TMS320F2812通過19位的地址線，16位的數據線，3條片選及讀/寫控制線與IS61LV51216相連。I S61LV51216采用I SSI公司的高性能CMOS工藝制造，性能高、功耗低，采用3.3V供電。
[0055]請參閱圖4，本裝置的數據報文定時模塊3采用GPS時鐘芯片，GPS時鐘芯片采用ZYM-GA85-3 V2.1芯片，該模塊采用的是NMEAO183輸出協議。該協議是美國國家海洋電子協會為海用電子設備制定的標準格式，定義了電子信號所需要的傳輸協議，傳輸時間且該協議是文本格式，包括消息頭、消息體、校驗和和消息尾。
[0056]格式形如:$GPsss，dfl,df 2，…[CR][LF]。
[0057]其中GP標識該{目號是GPSf目號，sss為{目息內容識別碼，dfI,df 2，…是{目息內容值，[CR]、[LF]分別表示回車換行。
[0058]ZYM-GA85-3 V2.1芯片定義了一個引腳來輸出秒脈沖信號，DSP芯片根據兩個秒脈沖信號之間的計數值，可以對時鐘信號進行分頻，時段精度達到毫秒，從而滿足電壓調控和廣域同步相量分析的要求。
[0059]通過解讀由串口輸出的標準文本，可以獲得年月日和時分秒，從而為電壓調控數據報文加上準確的時鐘標記。
[0060]綜上所述，本發明的磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，可以精確、快速檢測變壓器一次側的交流電壓和電流信號各三路，磁控繞組的直流電流信號兩路；內置于磁控變壓器，可以及時為磁控變壓器的控制裝置提供決策依據，實現高速連續的電壓調節，也可以通過數據報文的定時模塊為數據報文設定時間標志，然后通過通信接口模塊上傳至電網運行部門，為電網的宏觀電壓控制提供決策依據。
[0061]本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明，而并非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神范圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發明的權利要求書范圍內。
【主權項】
1.一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，外接磁控變壓器的磁控繞組、電壓互感器、電流互感器和通信接口模塊，所述電壓互感器和電流互感器分別設置在磁控變壓器的高壓側的交流電路上，其特征在于，所述采集分析裝置包括霍爾傳感器、數據調理變換模塊、主控采集模塊和數據報文定時模塊，其中: 所述霍爾傳感器與所述磁控變壓器的磁控繞組相連； 所述數據調理變換模塊分別與電壓互感器、電流互感器和霍爾傳感器相連； 所述主控采集模塊的輸入端分別與所述數據調理變換模塊和數據報文定時模塊相連，所述主控采集模塊的輸出端與所述通信接口模塊相連； 所述主控采集模塊還連接有第一緩沖區和第二緩沖區； 所述電壓互感器和電流互感器一一對應地檢測磁控變壓器的高壓側的交流電壓信號和交流電流信號，并一一對應地把電壓信號和電流信號發送給所述數據調理變換模塊；所述霍爾傳感器采集磁控變壓器的磁控繞組的直流電流信號，并把直流電流信號發送給所述數據調理變換模塊； 所述數據調理變換模塊接收交流電壓信號、交流電流信號和直流電流信號，將交流電壓信號、交流電流信號和直流電流信號分別進行轉換成0-3.3V的電壓信號，并把0-3.3V的電壓信號發送給所述主控采集模塊； 所述主控采集模塊采集來自數據調理變換模塊的0-3.3V的電壓信號，并將0-3.3V的電壓信號存放在所述第一緩沖區中； 所述主控采集模塊將采集的0-3.3V的電壓信號依次進行數據濾波和數據分析，所述主控采集模塊將完成數據分析后的計算結果存在所述第二緩沖區中，并整合時鐘標記形成數據報文，所述第二緩沖區中存放多條數據報文，以便上傳時調用； 所述數據報文定時模塊用于對所述主控采集模塊的完成數據分析后的計算結果加上時鐘標記。2.根據權利要求1所述的一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，其特征在于，所述數據調理變換模塊包括電流電壓信號轉換單元、電壓幅值轉換單元、直流幅值轉換單元、電平轉換電路和阻抗變換電路，其中: 所述交流電流信號經過所述電流電壓信號轉換單元轉換成一組3.3V的交流電壓信號，所述交流電壓信號經過所述電壓幅值轉換單元轉換成另一組3.3V的交流電壓信號，這兩組3.3V的交流電壓信號分別經過所述電平轉換電路轉換成為0-3.3V的電壓信號，該0-3.3V的電壓信號經過所述阻抗變換電路傳輸到所述主控采集模塊； 所述直流電流信號經過所述流幅值轉換單元轉換成0-3.3V的電壓信號，該0-3.3V的電壓信號經過所述阻抗變換電路傳輸到所述主控采集模塊。3.根據權利要求1所述的一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，其特征在于，所述主控采集模塊包括A/D采樣電路、數據寄存電路、DSP主控電路和數據存儲電路，所述A/D采樣電路、數據寄存電路、DSP主控電路和數據存儲電路依次相連，所述A/D采樣電路與所述DSP主控電路相連，所述A/D采樣電路接收來自所述數據調理變換模塊的0-3.3V的電壓信號。4.根據權利要求3所述的一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，其特征在于，所述主控采集模塊采用型號為TMS320F2812的DSP芯片。5.根據權利要求4所述的一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，其特征在于，所述DSP芯片的工作主頻為150MHz，采樣周期小于每點Iys，采樣精度為12位。6.根據權利要求5所述的一種磁控變壓器電壓控制參數采集分析裝置，其特征在于，所述數據報文定時模塊采用型號為ZYM-GA85-3V2.1的GPS時鐘芯片，所述GPS時鐘芯片與所述DSP主控電路相連。
【文檔編號】H02J13/00GK105846543SQ201610152680
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月17日
【發明人】王傳勇, 韓蓬, 陳寧, 張健, 陳宇晨, 王承民, 王朋朋, 王坤, 楊鳳文, 康文文, 代二剛, 孫寶峰
【申請人】國網山東省電力公司棗莊供電公司, 上海博英信息科技有限公司