專利名稱：一種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的故障錄波單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種用于交流干線或交流配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制系統(tǒng)的電路單元，尤其是適用于高壓交流電網(wǎng)電能調(diào)節(jié)裝置的操作和運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和控制。
背景技術(shù)：
城市電網(wǎng)中現(xiàn)代エ業(yè)、商業(yè)和居民用電設(shè)備，如高性能辦公設(shè)備、精密實(shí)驗(yàn)儀器、變頻調(diào)速設(shè)備、可編程邏輯控制器、各種自動生產(chǎn)線以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等對電源特性變化敏感性負(fù)荷呈逐年上升趨勢，對電能質(zhì)量的要求不斷提高。對敏感用戶(如半導(dǎo)體制造企業(yè))而言，幾十毫秒的電壓暫降就可能導(dǎo)致設(shè)備損壞、生產(chǎn)線停產(chǎn)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。與此同時(shí)，分布式能源、沖擊性和干擾性負(fù)荷的大量接入等因素都使得電網(wǎng)電能質(zhì)量存在日趨惡化的趨勢，嚴(yán)重威脅電カ系統(tǒng)的安全運(yùn)行和用電設(shè)備的正常工作。針對敏感負(fù)荷電能質(zhì)量控制問題，國內(nèi)外開展了電能質(zhì)量控制產(chǎn)品的研究制造。在電能質(zhì)量控制裝置的研究制造和實(shí)際運(yùn)行過程中，故障錄波單元是重要的設(shè)備。中國實(shí)用新型專利“數(shù)字化故障錄波裝置”(發(fā)明專利申請?zhí)?01010112006公開號CN101854080A)公開了ー種數(shù)字化故障錄波裝置，包括用于采樣數(shù)據(jù)分析和存儲的主機(jī)、用于采集模擬量數(shù)據(jù)或數(shù)字量數(shù)據(jù)的從機(jī)；所述主機(jī)包括主控CPU插件、DSP插件、GOOSE插件；所述從機(jī)包括電子式互感器；所述數(shù)字化故障錄波裝置內(nèi)的通訊按IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，主控CPU插件，用于錄波、通訊以及管理其他插件；通過所述DSP插件的光纖接ロ與電子式互感器相連接，用于接收電子式互感器發(fā)送的數(shù)據(jù)，并執(zhí)行保護(hù)邏輯計(jì)算與啟動操作；GOOSE插件分別通過GOOSE插件上的光纖接ロ、網(wǎng)絡(luò)接ロ與GOOSE網(wǎng)絡(luò)相連接，用于接收來自GOOSE網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；電子式互感器，用于通過所述電子式互感器上的合并單元采集各線路或主變的電流和電壓模擬量數(shù)據(jù)；所述電子式互感器通過合并單元采集各線路或主變的電流和電壓模擬量數(shù)據(jù)，并發(fā)送至所述DSP插件；所述DSP插件根據(jù)接收的模擬量數(shù)據(jù)啟動錄波，并發(fā)送錄波啟動觸發(fā)信號至所述主控CPU插件，由該主控CPU插件對電カ系統(tǒng)故障進(jìn)行錄波操作；并發(fā)送錄波啟動觸發(fā)信號至所述主控CPU插件，由該主控CPU插件對電カ系統(tǒng)故障進(jìn)行錄波操作，可通過擴(kuò)展從機(jī)數(shù)量來増加接入通道數(shù)，易于擴(kuò)展與維護(hù)，能滿足數(shù)字化變電站的要求。但是該裝置并未考慮到與高壓大功率的電網(wǎng)電能質(zhì)量控制系統(tǒng)的結(jié)合，也沒有解決電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的系統(tǒng)級故障錄波監(jiān)控的技術(shù)問題；該裝置是作為獨(dú)立設(shè)備設(shè)計(jì)使用的，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是要提供ー種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的故障錄波單元，解決電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的系統(tǒng)級故障錄波監(jiān)控的技術(shù)問題，完成對電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置主要電氣量的故障錄波，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的操作和運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)對主電路設(shè)備的保護(hù)。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是ー種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的故障錄波單元，通過EtherCAT網(wǎng)絡(luò)連接到電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)包括PTCT輸入單元，調(diào)節(jié)保護(hù)單元，EtherCAT耦合器，調(diào)節(jié)控制器，其特征在干所述的故障錄波單元包括EtherCAT從站控制器，觸發(fā)控制模塊，預(yù)錄波模塊和錄波模塊；所述的EtherCAT從站控制器連接到EtherCAT稱合器,所述的預(yù)錄波模塊和錄波模塊經(jīng)由EtherCAT從站控制器，通過EtherCAT耦合器連接到所述的調(diào)節(jié)控制器；所述的調(diào)節(jié)保護(hù)単元通過觸發(fā)控制模塊連接到所述的預(yù)錄波模塊和錄波模塊；所述的錄波模塊通過預(yù)錄波模塊連接到PTCT輸入單元。本實(shí)用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的故障錄波單元的一種較佳的技術(shù)方案，其特征在于所述的故障錄波單元采用板卡式結(jié)構(gòu)，所述的EtherCAT從站控制器包括LVDS總線接 ロ ；所述的故障錄波單元通過LVDS總線接ロ，連接到所述的PTCT輸入單元。本實(shí)用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的故障錄波單元的一種改進(jìn)的技術(shù)方案，其特征是所述的故障錄波單元還包括以太網(wǎng)接ロ模塊，所述的故障錄波單元，通過以太網(wǎng)接ロ模塊連接到本地或遠(yuǎn)程的監(jiān)控終端。本實(shí)用新型的有益效果是I.本實(shí)用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的故障錄波單元，通過采用實(shí)時(shí)串行以太網(wǎng)總線(EtherCAT)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了與電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)緊密結(jié)合，提高了故障錄波的實(shí)時(shí)控制效果，可以實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的操作和運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)對主電路設(shè)備的保護(hù)。2.通過板卡式結(jié)構(gòu)，與電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)共享信號采集單元部件，省略了現(xiàn)有故障錄波裝置必不可少的信號采集單元要素，在滿足故障錄波裝置并行采樣控制和電カ網(wǎng)絡(luò)SOE實(shí)時(shí)記錄要求的同時(shí)，簡化了設(shè)備，降低了制造成本。3.基于以太網(wǎng)通信技術(shù)，使本實(shí)用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的故障錄波單元，具有良好的擴(kuò)展功能和有遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。

圖I是本實(shí)用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的故障錄波單元的主電路圖；圖2是電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)的主電路圖。以上圖中的各部件的標(biāo)號100-三相電源，800-電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置，810-主控子系統(tǒng)，811-主控EtherCAT主站，812-PTCT輸入單元，813-調(diào)節(jié)保護(hù)單元，814-故障錄波單元，815-開關(guān)量輸入單元，816-開關(guān)量輸出單元，820-通訊耦合子系統(tǒng)，821-模塊EtherCAT主站，822-EtherCAT耦合器，830-調(diào)節(jié)控制器，910-以太網(wǎng)交換機(jī)，920-PC監(jiān)控終端，8141-EtherCAT從站控制器，8142-觸發(fā)控制模塊，8143-預(yù)錄波模塊，8144-錄波模塊。
具體實(shí)施方式
為了能更好地理解本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖2是電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)的主電路圖，包括主控子系統(tǒng)810、通訊耦合子系統(tǒng)820和3n個(gè)調(diào)節(jié)控制器830，其中n > I ;所述的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置800包括3n個(gè)功率単元(圖中未表示)，分別連接到三相電網(wǎng)100上，所述的調(diào)節(jié)控制器830分別對應(yīng)連接到電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置800的每個(gè)功率単元，主控子系統(tǒng)810通過通訊耦合子系統(tǒng)820分別連接到每個(gè)調(diào)節(jié)控制器830 ;通訊耦合子系統(tǒng)820包括連接在LVDS接口上的模塊EtherCAT主站821，以及至少ー個(gè)EtherCAT耦合器822，與EtherCAT從站互相連接構(gòu)成模塊EtherCAT網(wǎng)絡(luò)；調(diào)節(jié)控制器構(gòu)成EtherCAT從站，經(jīng)由EtherCAT耦合器，連接到模塊EtherCAT網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)保護(hù)單元813通過光耦或者光纖隔離，連接到調(diào)節(jié)控制器830。如圖2所示，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)的主控子系統(tǒng)810，包括主控EtherCAT網(wǎng)絡(luò)和主控EtherCAT主站811，以及PTCT輸入單元812、調(diào)節(jié)保護(hù)單元813、故障錄波單元814、開關(guān)量輸入單元815和開關(guān)量輸出單元816。電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)還包括以太網(wǎng)接ロ，主控子系統(tǒng)810和通訊耦合子系統(tǒng)820，通過以太網(wǎng)接口和以太網(wǎng)交換機(jī)910，連接到本地或遠(yuǎn)程PC監(jiān)控終端920。圖I是本實(shí)用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的故障錄波單元的主電路圖，故障錄波單元814通過EtherCAT網(wǎng)絡(luò)連接到電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置800的控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)包括PTCT輸入單元812，調(diào)節(jié)保護(hù)單元813，EtherCAT耦合器822，調(diào)節(jié)控制器830，故障錄波單·`元814包括EtherCAT從站控制器8141，觸發(fā)控制模塊8142，預(yù)錄波模塊8143和錄波模塊8144。EtherCAT從站控制器8141連接到EtherCAT耦合器822，預(yù)錄波模塊8143和錄波模塊8144經(jīng)由EtherCAT從站控制器8141，通過EtherCAT耦合器822連接到調(diào)節(jié)控制器822，獲取電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置功率単元的電流和電壓信號。調(diào)節(jié)保護(hù)單元813通過觸發(fā)控制模塊8142，連接到預(yù)錄波模塊8143和錄波模塊8144，在調(diào)節(jié)保護(hù)單元813檢測到系統(tǒng)異常時(shí)通過觸發(fā)控制模塊8142發(fā)出啟動信號啟動錄波。錄波模塊8144通過預(yù)錄波模塊8143連接到PTCT輸入單元812，通過PTCT輸入單元812獲取三相電源100的電壓和電流信號。在本實(shí)用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的故障錄波單元的一個(gè)實(shí)施例中，故障錄波單元814采用板卡式結(jié)構(gòu)，EtherCAT從站控制器8141包括LVDS總線接ロ ；故障錄波單元814通過LVDS總線接ロ，連接到PTCT輸入單元812，參見圖2。PTCT輸入單元812通過主控EtherCAT網(wǎng)絡(luò)，連接到故障錄波單元814 ;調(diào)節(jié)控制器830經(jīng)由EtherCAT耦合器822，通過模塊EtherCAT網(wǎng)絡(luò),連接到故障錄波單元814。當(dāng)電カ設(shè)備發(fā)生遙信變位，電カ保護(hù)設(shè)備或智能電カ儀表會自動記錄下變位時(shí)間、變位原因等，形成事件順序記錄，以便于事后分析，一般簡稱為SOE(Sequence ofEvent)記錄。調(diào)節(jié)保護(hù)單元813通過主控EtherCAT網(wǎng)絡(luò),連接到故障錄波單元814,控制故障錄波單元814，在故障發(fā)生或需要時(shí)記錄或回放各個(gè)電氣量的變化情況，傳輸、存儲和顯示錄波數(shù)據(jù)及相關(guān)內(nèi)容，以備查詢分析故障事件和系統(tǒng)狀態(tài)。錄波功能在未被觸發(fā)的情況下，處于預(yù)錄波狀態(tài)，預(yù)錄波模塊8143預(yù)先記錄至少4個(gè)周波的數(shù)據(jù)；錄波功能被觸發(fā)后，錄波模塊8144連續(xù)記錄觸發(fā)后的一段時(shí)間(例如188個(gè)周波)的數(shù)據(jù)，并通過EtherCAT網(wǎng)絡(luò)通知控制系統(tǒng)中的上位機(jī)，在接到數(shù)據(jù)上位機(jī)下達(dá)的上傳命令后，故障錄波單元814將錄波數(shù)據(jù)送到上位機(jī)。然后重新進(jìn)入預(yù)錄波狀態(tài)，等待下一次觸發(fā)。在圖I所示的本實(shí)用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的故障錄波單元的實(shí)施例中，故障錄波單元814還包括以太網(wǎng)接ロ模塊，故障錄波單元814，通過以太網(wǎng)接ロ模塊連接到本地或遠(yuǎn)程的監(jiān)控終端920，監(jiān)控終端920可以作為所述的上位機(jī)，執(zhí)行錄波數(shù)據(jù)的存儲和回放處理。故障錄波單元814還可以通過以太網(wǎng)接ロ，連接到本地或遠(yuǎn)程PC監(jiān)控終端920，完成系統(tǒng)配置文件和參數(shù)調(diào)節(jié)，或者上傳SOE等信息。圖2是電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)的ー個(gè)實(shí)施例主電路圖，如圖2所示，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的主控子系統(tǒng)810，包括主控EtherCAT網(wǎng)絡(luò)和主控EtherCAT主站811，以及PTCT輸入單元812、開關(guān)量輸入單元815和開關(guān)量輸出單元816 ;調(diào)節(jié)保護(hù)單元813連接到電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置800的主控子系統(tǒng)810中。PTCT輸入單元812的交流電壓信號輸入端，通過電壓互感器(PT)連接到三相電網(wǎng)100，PTCT輸入單元812的交流電流信號輸入端，通過電流互感器(CT)連接到三相電網(wǎng)100，PTCT輸入單元812，通過主控EtherCAT網(wǎng)絡(luò)(LVDS接ロ)，連接到故障錄波單元814，將就送給數(shù)據(jù)傳送給故障錄波單元814。如圖2所示，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)包括主控子系統(tǒng)810、通訊耦合子系統(tǒng)820和3n個(gè)調(diào)節(jié)控制器830，其中n ^ I ;所述的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置800包括3n個(gè)功率單元(圖中未表示)，分別連接到三相電網(wǎng)100上，所述的調(diào)節(jié)控制器830分別對應(yīng)連接到電 能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置800的每個(gè)功率単元，主控子系統(tǒng)810通過通訊耦合子系統(tǒng)820分別連接到每個(gè)調(diào)節(jié)控制器830。通訊耦合子系統(tǒng)820包括連接在LVDS接口上的模塊EtherCAT主站821，以及至少ー個(gè)EtherCAT耦合器822，與EtherCAT從站互相連接構(gòu)成模塊EtherCAT網(wǎng)絡(luò)；調(diào)節(jié)控制器構(gòu)成EtherCAT從站，經(jīng)由EtherCAT耦合器，連接到模塊EtherCAT網(wǎng)絡(luò)，故障錄波單元814,通過EtherCAT從站控制器8141,連接到調(diào)節(jié)控制器830,通過調(diào)節(jié)控制器獲取功率単元的電壓和電流采樣信號。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，以上的實(shí)施例僅是用來說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而并非用作為對本實(shí)用新型的限定，任何基于本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神對以上所述實(shí)施例所作的變化、變型，都將落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的故障錄波單元，通過EtherCAT網(wǎng)絡(luò)連接到電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)包括PTCT輸入單元，調(diào)節(jié)保護(hù)單元，EtherCAT耦合器，調(diào)節(jié)控制器，其特征在于 所述的故障錄波單元包括EtherCAT從站控制器，觸發(fā)控制模塊，預(yù)錄波模塊和錄波模塊； 所述的EtherCAT從站控制器連接到EtherCAT稱合器,所述的預(yù)錄波模塊和錄波模塊經(jīng)由EtherCAT從站控制器,通過EtherCAT稱合器連接到所述的調(diào)節(jié)控制器； 所述的調(diào)節(jié)保護(hù)單元通過觸發(fā)控制模塊連接到所述的預(yù)錄波模塊和錄波模塊； 所述的錄波模塊通過預(yù)錄波模塊連接到PTCT輸入單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的故障錄波單元，其特征在于所述的故障錄波單元采用板卡式結(jié)構(gòu)，所述的EtherCAT從站控制器包括LVDS總線接口 ；所述的故障錄波單元通過LVDS總線接口，連接到所述的PTCT輸入單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的故障錄波單元，其特征是所述的故障錄波單元還包括以太網(wǎng)接口模塊，所述的故障錄波單元，通過以太網(wǎng)接口模塊連接到本地或遠(yuǎn)程的監(jiān)控終端。
專利摘要一種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的故障錄波單元，涉及一種用于交流干線或交流配電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制系統(tǒng)的電路單元，尤其是適用于高壓交流電網(wǎng)電能調(diào)節(jié)裝置的操作和運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和控制，包括EtherCAT從站控制器，觸發(fā)控制模塊，預(yù)錄波模塊和錄波模塊；EtherCAT從站控制器連接到EtherCAT耦合器，預(yù)錄波模塊和錄波模塊經(jīng)由EtherCAT從站控制器，通過EtherCAT耦合器連接到調(diào)節(jié)控制器；調(diào)節(jié)保護(hù)單元通過觸發(fā)控制模塊連接到預(yù)錄波模塊和錄波模塊；錄波模塊通過預(yù)錄波模塊連接到PTCT輸入單元。該裝置與電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)共享信號采集單元部件，省略了故障錄波的信號采集單元要素，在滿足故障錄波采樣控制實(shí)時(shí)記錄要求的同時(shí)，簡化了設(shè)備，降低了制造成本。
文檔編號G01R31/00GK202548239SQ20122013873
公開日2012年11月21日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月1日
發(fā)明者何維國, 劉雋, 包海龍, 張宇, 沈勇 申請人:上海市電力公司