基于dsp和msp430的低功耗電力系統(tǒng)故障錄波器的制造方法
【專利摘要】本實用新型的目的在于提供一種基于DSP和MSP430的低功耗電力系統(tǒng)故障錄波器，其特征在于包括：數(shù)據(jù)采樣模塊、信號調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和無線通信模塊；所述信號調(diào)理模塊將所述數(shù)據(jù)采樣模塊輸出的初級電信號轉(zhuǎn)換成能夠滿足數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC輸入要求的標準電平信號，再由數(shù)模轉(zhuǎn)換器將經(jīng)過采樣電阻后的微弱電壓信號經(jīng)過放大，通過電壓跟隨器緩沖、隔離和提高帶載能力，最后經(jīng)過二階低通濾波濾除噪聲干擾，送給數(shù)據(jù)處理模塊進行處理。該電力系統(tǒng)故障錄波器解決了以往故障錄波器采樣性能有限、采樣率低、無法進行波形暫態(tài)分析的缺點，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析處理、數(shù)據(jù)遠傳等功能。
【專利說明】基于DSP和MSP430的低功耗電力系統(tǒng)故障錄波器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種故障錄波器，尤其是一種低功耗電力系統(tǒng)錄波器。

【背景技術(shù)】
[0002] 在電力系統(tǒng)監(jiān)控領(lǐng)域中，一般采用錄波器來監(jiān)視和記錄電力系統(tǒng)的運行狀況。錄 波器所記錄的各種參數(shù)對于分析電力系統(tǒng)正常運行時的電能使用情況起著重要的作用，而 且故障階段所記錄的數(shù)據(jù)對于分析電力系統(tǒng)事故發(fā)生原因，幫助尋找故障發(fā)生點，迅速處 理相關(guān)故障事故，特別是分析繼電保護運行狀態(tài)起著關(guān)鍵的作用。
[0003] 由于PT取電容量的限制，因此故障錄波器的功耗不能太大，采樣性能有限；另外 目前的故障錄波器與通訊子站之間的無線射頻通信效果不佳。針對這種情況，本實用新型 提出了一種基于DSP和MSP430低功耗的，且具有改進無線通信模塊的電力系統(tǒng)故障錄波 器，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ??！?實用新型內(nèi)容
[0004] 本實用新型的目的在于提供一種基于DSP和MSP430的低功耗電力系統(tǒng)故障錄波 器，從而實現(xiàn)將配電線路以及站點的運行信號即時傳輸給主站，以供實時分析。
[0005] 本實用新型的目的可通過以下的技術(shù)措施來實現(xiàn)：
[0006] -種基于DSP和MSP430的低功耗電力系統(tǒng)故障錄波器，包括數(shù)據(jù)米樣模塊、信號 調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和無線通信模塊；
[0007] 所述的數(shù)據(jù)采樣模塊的輸出端與信號調(diào)理模塊的輸入端連接，數(shù)據(jù)采樣模塊的輸 入端與線路電流、電壓信號連接；信號調(diào)理模塊的輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接； 所述的數(shù)據(jù)處理模塊與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出端連接，所述數(shù)據(jù)處理模塊的串口與無線通信 模塊的串口連接；其中所述數(shù)據(jù)采樣模塊中包括3相電流互感器（CT)和3相電壓互感器 (PT)，用于采集線路電流和電壓信號；所述信號調(diào)理模塊將3相CT和3相PT輸出的初級電 信號轉(zhuǎn)換成能夠滿足數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC輸入要求的標準電平信號，再由數(shù)模轉(zhuǎn)換器將經(jīng)過采 樣電阻后的微弱電壓信號經(jīng)過放大，通過電壓跟隨器緩沖、隔離和提高帶載能力，最后經(jīng)過 二階低通濾波濾除噪聲干擾，送給數(shù)據(jù)處理模塊進行處理。
[0008] 所述數(shù)據(jù)處理模塊采用的是32位的DSP芯片，另外還包含時鐘。
[0009] 所述的數(shù)據(jù)處理模塊的I/O接口通過控制總線與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接，所述的數(shù)據(jù) 處理模塊的數(shù)據(jù)總線接口 D0?D15通過數(shù)據(jù)總線與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接。
[0010] 所述無線通信模塊采用射頻通信。
[0011] 所述的無線通信模塊采用的是MSP430芯片，包括射頻通信單元和串口，無線通信 模塊的串口與數(shù)據(jù)處理模塊的串口連接，射頻通信單元與外部射頻天線連接。
[0012] 本實用新型對比現(xiàn)有技術(shù)，優(yōu)點在于提供了一種低功耗的，且具有改進無線通信 模塊的電力系統(tǒng)故障錄波器，解決了以往故障錄波器采樣性能有限、采樣率低、無法進行波 形暫態(tài)分析的缺點，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析處理、數(shù)據(jù)遠傳等功能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1是本實用新型的系統(tǒng)原理圖；
[0014] 圖2是本實用新型系統(tǒng)的控制框圖。

【具體實施方式】
[0015] 一種基于DSP和MSP430的低功耗電力系統(tǒng)故障錄波器，采用了 DSP芯片作為控制 核心的數(shù)據(jù)采集分析模塊，用于采集6路電壓電流模擬信號并進行分析處理，然后將數(shù)據(jù) 通過串口傳輸給無線通信模塊中的MSP430單片機。MSP430單片機對數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)送過 來的數(shù)據(jù)進行顯示，并通過內(nèi)部集成的射頻通信單元將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控子站。
[0016] 如圖1所示，該濾波器包括：數(shù)據(jù)采樣模塊、信號調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處 理模塊、射頻通信模塊。
[0017] 數(shù)據(jù)采樣模塊的輸出端與信號調(diào)理模塊的輸入端連接，數(shù)據(jù)采樣模塊的輸入端 與線路電流、電壓信號連接，數(shù)據(jù)采樣模塊中包括3相電流互感器（CT)和3相電壓互感器 (PT)，用于采集線路電流和電壓信號；
[0018] 信號調(diào)理模塊的輸入端與數(shù)據(jù)采樣模塊的輸出端連接，信號調(diào)理模塊的輸出端與 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，信號調(diào)理模塊將3相CT和3相PT輸出的初級電信號轉(zhuǎn)換成 能夠滿足數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC輸入要求的標準電平信號，再將經(jīng)過采樣電阻后的微弱電壓信號 經(jīng)過放大，通過電壓跟隨器緩沖、隔離和提高帶載能力，最后經(jīng)過二階低通濾波濾除噪聲干 擾，送給數(shù)據(jù)處理模塊進行處理；
[0019] 數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)接口 D0?D15通過數(shù)據(jù)總線與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接，I/O接口 通過控制總線與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接，數(shù)據(jù)處理模塊的串口與無線通信模塊的串口連接，數(shù) 據(jù)處理模塊采用的是32位的DSP芯片，另外還包含時鐘；
[0020] 無線通信模塊采用的是MSP430芯片，包括射頻通信單元和串口，無線通信模塊的 串口與數(shù)據(jù)處理模塊的串口連接，射頻通信單元與外部射頻天線連接。
[0021] 參照附圖2,進一步說明【具體實施方式】。首先，通過電壓互感器（PT)、電流互感器 (CT)對電網(wǎng)三相電壓電流共6路遙測參數(shù)進行實時檢測，測得的6路模擬量經(jīng)由信號調(diào)理 模塊進行隔離、放大、濾波等步驟，然后數(shù)據(jù)處理模塊中的DSP芯片控制數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將6 路模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，利用FFT算法對遙測量進行分析，提取出基波和各次諧波分 量，計算出有功功率、無功功率和THD等相關(guān)參數(shù)。最后通過串口傳送給無線通信模塊，最 后將數(shù)據(jù)傳輸給通信子站。
[0022] 故障錄波器借助無線通信模塊，將數(shù)據(jù)傳輸至通信子站，再由通信子站中的GSM 模塊，通過GPRS無線公網(wǎng)傳輸至遠端的主站，以便主站對整個區(qū)域的電力系統(tǒng)運行情況進 行分析。系統(tǒng)通過后臺主站進行控制，如圖所示，各個通信子站通過無線通信模塊接收主站 的指令，然后將指令下發(fā)給故障錄波器，由故障錄波器根據(jù)指令的要求完成相應(yīng)的工作任 務(wù)。
[0023] 出于資源利用和設(shè)計簡單性考慮，DSP芯片的時鐘電路采用外接晶振的方法，即在 DSP芯片XI和X2引腳之間連接一個晶振來啟動內(nèi)部振蕩器。外部晶振工作頻率為30MHz。
[0024] MSP430芯片內(nèi)部集成了無線射頻單元，為了提高數(shù)據(jù)的傳輸速度，本系統(tǒng)的射頻 收發(fā)頻率設(shè)為915MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為38. 4kbps，信道間隔為100kHz，發(fā)送功率最大可以 達到50dBm，傳輸距離達到100m。無線射頻單元的供電電源采用蓄電池供電，其電壓為+3V， 外接晶振為26MHz?？梢詫崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的廣播方式發(fā)送、按照目標地址發(fā)送模式，除了可以實現(xiàn) 一般的點對點數(shù)據(jù)通信功能外，還可以實現(xiàn)多點之間的數(shù)據(jù)通信。
[0025] 本實用新型所提出的電力系統(tǒng)故障錄波器與后臺主站的協(xié)同工作過程為：后臺主 站通過無線通信模塊發(fā)送相關(guān)的控制指令，如三相電壓、三相電流、頻率、諧波分析等；DSP 芯片通過無線通信模塊接收主機的指令，接收完成后對指令進行判斷，并根據(jù)指令的要求 進行數(shù)據(jù)采集，再將數(shù)據(jù)交由MSP430單片機分析處理；然后將數(shù)據(jù)通過內(nèi)部集成的無線通 信模塊傳送給通信子站，通信子站再通過無線公網(wǎng)傳輸回后臺主站，以便主站進行整體分 析。
[0026] 本實用新型的實施方式不限于此，在本實用新型上述基本技術(shù)思想前提下，按照 本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段對本實用新型內(nèi)容所做出其它多種形式的修改、替換或 變更，均落在本實用新型權(quán)利保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于DSP和MSP430的低功耗電力系統(tǒng)故障錄波器，其特征在于包括：數(shù)據(jù)采樣 模塊、信號調(diào)理模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和無線通信模塊； 所述的數(shù)據(jù)采樣模塊的輸出端與信號調(diào)理模塊的輸入端連接，數(shù)據(jù)采樣模塊的輸入端 與線路電流、電壓信號連接；信號調(diào)理模塊的輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接；所述 的數(shù)據(jù)處理模塊與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊輸出端連接，所述數(shù)據(jù)處理模塊的串口與無線通信模塊的 串口連接；其中所述數(shù)據(jù)采樣模塊中包括3相電流互感器（CT)和3相電壓互感器（PT)，用 于采集線路電流和電壓信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)故障錄波器，其特征在于：所述數(shù)據(jù)處理模塊采用 的是32位的DSP芯片，另外還包含時鐘。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)故障錄波器，其特征在于：所述的數(shù)據(jù)處理模塊的 I/O接口通過控制總線與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接，所述的數(shù)據(jù)處理模塊的數(shù)據(jù)總線接口 D0~D15 通過數(shù)據(jù)總線與數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)故障錄波器，其特征在于：所述無線通信模塊采用 射頻通信。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力系統(tǒng)故障錄波器，其特征在于：所述的無線通信模塊采 用的是MSP430芯片，包括射頻通信單元和串口，無線通信模塊的串口與數(shù)據(jù)處理模塊的串 口連接，射頻通信單元與外部射頻天線連接。
【文檔編號】G01R31/00GK203849334SQ201420014408
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月9日
【發(fā)明者】余南華, 李傳健, 黃曙, 劉瑋, 鄭文杰, 李 瑞, 郭晉楠, 張建平, 張然 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院