數字化電能質量監測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種數字化電能質量監測裝置，其包括光纖接口、中央處理器、通信裝置、人機交互裝置、輸出裝置和網絡接口；電子式互感器直接連接合并單元的輸入端口，發出模擬信號的互感器通過遠端模塊后連接在合并單元的輸入端口；合并單元的輸出端口連接在光纖接口的輸入端，光纖接口的輸出端連接在中央處理器的輸入端，中央處理器的輸出端分別連接通信裝置、人機交互裝置和輸出裝置的輸入端；通信裝置通過網絡接口連接電能質量監控后臺。本實用新型可以同時解決在過程層數字化傳輸、分散同步采樣和標準通信協議難題的面向智能電網的數字化電能質量監測裝置，其成本低，使用成本低，運行可靠性高。
【專利說明】數字化電能質量監測裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于供電監測【技術領域】，涉及一種用于電力系統的電能質量監測裝置，尤其是涉及一種面向智能電網的在線式電能質量監測裝置。
【背景技術】
[0002]隨著國民經濟的飛速發展，電網的用電負荷發生了質的變化。大量非線性、沖擊性以及不平衡的用電設備引起的電能質量日益惡化。新能源發電(如風力發電、光伏發電等)的大規模建設，顛覆了大家對電源側不存在電能質量問題的傳統觀念。
[0003]進入21世紀以來，電能質量問題在國內受到了越來越多的關注。電能質量監測成為了我國當今建設“智能電網”的一項不可或缺的關鍵技術，智能電網對在線式電能質量監測裝置的要求主要是:應用最新的微電子、計算機及網絡技術，實現廣域電力系統的電能質量實時同步監測，并通過高速通信網絡實現數據交互。IEC 61850標準的制定和在國內的應用推廣使在線式電能質量監測裝置必須滿足該標準。
[0004]目前國內使用的在線式電能質量監測產品在一個獨立機箱里實現了單監測點(三相電壓、三相電流)或多監測點的電能質量監測。應用在智能電網中，存在如下的問題:1、沒有過程層數字接口。信號采集仍然采用常規的模擬方式，而在今后的智能電網的變電站中將采用MU (合并電元)輸出數字化的采樣值信號，現有裝置無法接口。2、無法實現多臺裝置之間的采樣級同步。智能電網要求的光域測量系統，要求監測終端具有采樣級的同步功能，以實現廣域范圍內(跨變電站、跨地區)的集中監測功能，如:諧波源檢測、區域電能質量綜合評估、暫態事件定位等。現有裝置均無法滿足，不具備同步接口。3、無實時、統一的通信協議。智能電網對監測裝置與系統的通信接口和通信協議都有要求，要求遵循IEC 61850通信協議和采用高速以太網通信接口。目前的監測裝置在通信接口上不統一，在通信協議上基本采用私有協議或是非實時的文件交互方式，通用性很差，無法滿足智能電網的要求。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的就是解決現有技術中存在的上述問題，提供一種可以同時解決在過程層數字化傳輸、分散同步采樣和標準通信協議難題的面向智能電網的數字化電能質量監測裝置，其成本低，使用成本低，運行可靠性高。
[0006]為完成上述目的，本實用新型的技術解決方案是:一種數字化電能質量監測裝置，其包括光纖接口、中央處理器、通信裝置、人機交互裝置、輸出裝置和網絡接口 ；電子式互感器直接連接合并單元的輸入端口，發出模擬信號的互感器通過遠端模塊后連接在合并單元的輸入端口 ；合并單元的輸出端口連接在光纖接口的輸入端，光纖接口的輸出端連接在中央處理器的輸入端，中央處理器的輸出端分別連接通信裝置、人機交互裝置和輸出裝置的輸入端；通信裝置通過網絡接口連接電能質量監控后臺。
[0007]上述所述的光纖接口是由10BASE-FL光纖通訊接口、介質轉換裝置ML 4664、網絡變壓器STF2023和CS8900A接口組成；10BASE-FL光纖通訊接口的輸出端連接介質轉換裝置ML 4664的輸入端，介質轉換裝置ML-4664的輸出端連接網絡變壓器STF2023的輸入端，網絡變壓器STF2023的輸出端連接CS8900A接口的輸入端；10BASE_FL光纖通訊接口的信號輸入端連接合并單元的輸出端口，CS8900A接口的輸出端亦即光纖接口的輸出端連接中央處理器的輸入端。其作用是將光信號轉換成電信號并傳送給中央處理器的DSP模塊進行運算。
[0008]上述所述的中央處理器由ARM9模塊、DSP模塊和雙口 RAM單元組成，其處理由光纖接口接收到的數字信號，計算出各項電能指標，并控制人機交互裝置、輸出裝置和通信裝置；ARM9模塊包含同步動態隨機存儲器SDRAM EM63A芯片、嵌入式處理器ARM9ATMEL9261芯片和存儲芯片FLASH H27U518芯片；DSP模塊包含同步動態隨機存儲器SDRAMMT48LC32M16A芯片、數字信號處理器DSP BF518芯片和存儲芯片FLASH M29W320芯片；雙口RAM為雙口 RAM IDT70V05芯片；光纖接口的輸出端連接中央處理器的DSP模塊的數字信號處理器DSP BF518芯片的輸入端，DSP BF518芯片外擴SDRAM MT48LC32M16A芯片用于擴展內存，外擴FLASH H27U518芯片用于擴展存儲；數字信號處理器DSP BF518芯片的輸出輸入端連接雙口 RAM IDT70V05芯片的輸入輸出端，雙口 RAM IDT70V05芯片的輸出輸入端連接ARM9模塊的嵌入式處理器ARM9 ATMEL9261芯片的輸入輸出端，ARM9 ATMEL9261芯片外擴SDRAM EM63A芯片用于擴展內存，外擴FLASH H27U518芯片用于擴展存儲；ARM9 ATMEL9261芯片的各輸出端分別連接人機交互裝置、輸出裝置和通信裝置的輸入端；通信裝置的輸出端連接網絡接口 ；電壓監測芯片MAX708芯片連接ARM9 ATMEL9261芯片和DSP BF518芯片，當電壓低于4.4V時，產生復位信號，且復位信號能夠保持200ms，有利于主控芯片進入正常工作狀態后，復位才結束；電源POWER分別連接ARM9 ATMEL9261芯片和DSP BF518芯片，用于提供工作電源。
[0009]上述所述的人機交互裝置為液晶顯示屏和按鍵或鍵盤；輸出裝置9為繼電器，其作用是給出無源的開關信號，用于報警或故障信息上送等處理；通信裝置7和網絡接口 10由DM9100APE芯片和RJ45接口組成，其作用是將中央處理器需要傳輸的數據傳送到電能質量后臺或者是接收電能質量后臺下發的命令。
[0010]本實用新型最大的特點是用光纖接口替代原有的采樣電路，電能質量裝置無需AD采樣環節，直接采用IEC61850-9-2LE協議通過光纖采集互感器的數字信號，并將數字信號傳送給中央處理器進行計算。采用光纖傳輸采樣信號的實時性好，同步性強，抗干擾性能力強，能夠適用于各種復雜電磁環境。可以同時解決在過程層數字化傳輸、分散同步采樣和標準通信協議難題的面向智能電網的數字化電能質量監測裝置，其成本低，使用成本低，運行可靠性高。可廣泛應用于新建數字化變電站和傳統變電站改造工程中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型的系統框圖；
[0012]圖2為本實用新型的電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]下面將結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的描述。
[0014]如圖1所示:本實施例數字化電能質量監測裝置11包括光纖接口 5、中央處理器6、通信裝置7、人機交互裝置8、輸出裝置9和網絡接口 10。如圖2所示:光纖接口 5是由IOBASE-FL光纖通訊接口、介質轉換裝置ML 4664、網絡變壓器STF2023和CS8900A接口組成，其作用是將光信號轉換成電信號并傳送給DSP模塊進行運算。中央處理器6由AIM9模塊、DSP模塊和雙口 RAM單元組成，其作用是處理由光纖接口 5接收到的數字信號，計算出各項電能指標，并控制人機交互裝置、輸出裝置和通信裝置，是本實用新型的數字化電能質量監測裝置的核心處理單元。ARM9模塊包含同步動態隨機存儲器SDRAM EM63A芯片、嵌入式處理器ARM9 ATMEL9261芯片和存儲芯片FLASH H27U518芯片。DSP模塊包含同步動態隨機存儲器SDRAM MT48LC32M16A芯片、數字信號處理器DSP BF518芯片和存儲芯片FLASH M29W320芯片。雙口 RAM為雙口 RAM IDT70V05芯片。通信裝置7和網絡接口 10由DM9100APE芯片和RJ45接口組成，其作用是將中央處理器需要傳輸的數據傳送到電能質量后臺或者是接收電能質量后臺下發的命令。人機交互裝置8為液晶顯示屏和按鍵或鍵盤。輸出裝置9為繼電器，其作用是給出無源的開關信號。ARM9 ATMEL9261芯片和DSP BF518芯片還與電壓監測芯片MAX708芯片連接，當電壓低于4.4V時，產生復位信號，且復位信號能夠保持200ms，在主控芯片進入正常工作狀態后，復位才結束。電源POWER分別連接ARM9ATMEL9261芯片和DSP BF518芯片，用于提供工作電源。
[0015]如圖1和圖2所示:在實際的智能電網的數字化變電站中，電子式互感器I將采樣信號通過光纖傳輸到合并單元4，合并單元4再通過光纖將采樣信號傳輸到電能質量監測裝置11的光纖接口 5。傳統變電站中，傳統發出模擬信號的互感器2通過加裝遠端模塊3將采樣信號由電信號轉換成光信號再通過光纖傳輸到合并單元4，合并單元4再通過光纖將采樣信號傳輸到數字化電能質量監測裝置11的光纖接口 5。數字化電能質量裝置的光纖接口 5通過光纖接收從合并單元4傳送來的光信號，本信號遵守IEC61850-9-2LE協議。光纖接口 5中的10BASE-FL為光纖通訊接頭，通過介質轉換裝置ML 4664、網絡變壓器STF2023連接CS8900A接口，將采集互感器的數字信號傳送給DSP BF518進行計算。所述DSP BF518芯片用于計算電能質量的各項參數。另外，DSP BF518外擴SDRAM MT48LC32M16A芯片用于擴展內存，外擴FLASH M29W320芯片用于擴展存儲。所述DSP BF518芯片完成電能質量的各項參數的計算后，將各項電能質量參數存放在雙口 RAM IDT70V05芯片中。雙口RAM IDT70V05芯片的兩套總線接口分別與DSP BF518芯片和ARM9 ATMEL9261芯片連接，用于各項電能質量參數從DSP BF518芯片傳遞到ARM9 ATMEL9261芯片。ARM9 ATMEL9261芯片通過雙口 RAM IDT70V05芯片將電能質量參數提取出來后進行各項處理，包括通過液晶顯示屏實時顯示各項電能質量參數、進行數據的越限判斷處理、數據打包進行通信等等，也就是控制通信裝置7、人機交互裝置8和輸出裝置9。另外，ARM9 ATMEL9261芯片外擴SDRAMEM63A芯片用于擴展內存，外擴FLASH H27U518芯片用于擴展存儲。人機交互裝置8為液晶顯示屏和鍵盤。輸出裝置9為繼電器，其作用是給出無源的開關信號，用于報警或故障信息上送等處理。通信裝置7和網絡接口 10由DM9100APE芯片和RJ45接口組成，其作用是將中央處理器6需要傳輸的數據傳送到電能質量后臺或者是接收電能質量后臺下發的命令。MAX708芯片連接ARM9 ATMEL9261芯片和DSP BF518芯片，所述MAX708芯片是電壓監測芯片，當電壓低于4.4V時，產生復位信號，且復位信號能夠保持200ms，有利于主控芯片進入正常工作狀態后，復位才結束。電源分別連接ARM9芯片和DSP518，用于提供工作電源。
[0016]本實施例用于智能電網的數字化變電站中，從屬于間隔層設備，與過程層與變電站層交互。電能質量裝置無需AD采樣環節，直接通過IEC61850-9-2LE協議采集互感器的數字信號，通過光纖接口將數據數字信號傳送給中央處理器進行計算。采樣信號的實時性好，同步性強，抗干擾性能力強，能夠適用于各種復雜電磁環境。
[0017]最后說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其進行限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修改后的技術方案脫離本實用新型技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種數字化電能質量監測裝置，其特征在于:其包括光纖接口、中央處理器、通信裝置、人機交互裝置、輸出裝置和網絡接口 ；電子式互感器直接連接合并單元的輸入端口，發出模擬信號的互感器通過遠端模塊后連接在合并單元的輸入端口 ；合并單元的輸出端口連接在光纖接口的輸入端，光纖接口的輸出端連接在中央處理器的輸入端，中央處理器的輸出端分別連接通信裝置、人機交互裝置和輸出裝置的輸入端；通信裝置通過網絡接口連接電能質量監控后臺。
2.根據權利要求1所述的數字化電能質量監測裝置，其特征在于:所述的光纖接口是由10BASE-FL光纖通訊接口、介質轉換裝置ML 4664、網絡變壓器STF2023和CS8900A接口組成；IOBASE-FL光纖通訊接口的輸出端連接介質轉換裝置ML 4664的輸入端，介質轉換裝置ML-4664的輸出端連接網絡變壓器STF2023的輸入端，網絡變壓器STF2023的輸出端連接CS8900A接口的輸入端；IOBASE-FL光纖通訊接口的信號輸入端連接合并單元的輸出端口，CS8900A接口的輸出端亦即光纖接口的輸出端連接中央處理器的輸入端。
3.根據權利要求1或2所述的數字化電能質量監測裝置，其特征在于:所述的中央處理器由ARM9模塊、DSP模塊和雙口 RAM單元組成，其處理由光纖接口接收到的數字信號，計算出各項電能指標，并控制人機交互裝置、輸出裝置和通信裝置；ARM9模塊包含同步動態隨機存儲器SDRAM EM63A芯片、嵌入式處理器ARM9 ATMEL9261芯片和存儲芯片FLASHH27U518芯片；DSP模塊包含同步動態隨機存儲器SDRAM MT48LC32M16A芯片、數字信號處理器DSP BF518芯片和存儲芯片FLASH M29W320芯片；雙口 RAM為雙口 RAM IDT70V05芯片；光纖接口的輸出端連接中央處理器的DSP模塊的數字信號處理器DSP BF518芯片的輸入端，DSP BF518芯片外擴SDRAM MT48LC32M16A芯片和FLASH H27U518芯片；數字信號處理器DSPBF518芯片的輸出輸入端連接雙口 RAM IDT70V05芯片的輸入輸出端，雙口 RAM IDT70V05芯片的輸出輸入端連接ARM9模塊的嵌入式處理器ARM9 ATMEL9261芯片的輸入輸出端，ARM9ATMEL9261 芯片外擴 SDRAM EM63A 芯片和 FLASH H27U518 芯片；ARM9 ATMEL9261 芯片的各輸出端分別連接人機交互裝置、輸出裝置和通信裝置的輸入端；通信裝置的輸出端連接網絡接口 ；電壓監測芯片MAX708芯片連接ARM9 ATMEL9261芯片和DSP BF518芯片，當電壓低于4.4V時，產生復位信號，且復位信號能夠保持200ms ；電源POWER分別連接ARM9 ATMEL9261芯片和DSP BF518芯片。
4.根據權利要求3所述的數字化電能質量監測裝置，其特征在于:所述的人機交互裝置為液晶顯示屏和按鍵或鍵盤；輸出裝置為繼電器，其作用是給出無源的開關信號，用于報警或故障信息上送處理；通信裝置和網絡接口由DM9100APE芯片和RJ45接口組成，其作用是將中央處理器需要傳輸的數據傳送到電能質量后臺或者是接收電能質量后臺下發的命令。
5.根據權利要求1或2所述的數字化電能質量監測裝置，其特征在于:所述的人機交互裝置為液晶顯示屏和按鍵或鍵盤；輸出裝置為繼電器，其作用是給出無源的開關信號，用于報警或故障信息上送處理；通信裝置和網絡接口由DM9100APE芯片和RJ45接口組成，其作用是將中央處理器需要傳輸的數據傳送到電能質量后臺或者是接收電能質量后臺下發的命令。
【文檔編號】H04L29/06GK203519746SQ201320664831
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年10月28日 優先權日:2013年10月28日
【發明者】劉搏卿, 張朝亮, 尹宏偉 申請人:保定華源電氣新技術開發有限公司