專利名稱：一種相序可調(diào)的配網(wǎng)自動化終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種輸入信號相序可調(diào)的配網(wǎng)自動化終端，更確切地說涉及饋線電路終端，適用配網(wǎng)饋線戶外架空柱上，實(shí)時(shí)配網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制和管理。
背景技術(shù)：
配網(wǎng)自動化終端，是指配網(wǎng)饋線自動化系統(tǒng)遠(yuǎn)方饋線終端，安裝在10千伏配電網(wǎng)饋線戶外架空線柱上，與饋線一次設(shè)備配合，完成對饋線運(yùn)行實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控。當(dāng)饋線發(fā)生故障時(shí)，主動上報(bào)，進(jìn)行故障段隔離和非故障段恢復(fù)供電，從而縮小故障停電范圍和停電時(shí)間，提高供電的可靠性和供電質(zhì)量。
在配網(wǎng)正常進(jìn)行時(shí)，該終端采集配網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，如電壓、電流、電量等數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析，從而為配網(wǎng)運(yùn)行科學(xué)管理提供依據(jù)和手段。
近年來國內(nèi)外開發(fā)、生產(chǎn)的配網(wǎng)自動化終端，多數(shù)在遙控、遙測、遙信、時(shí)間記錄上報(bào)、故障報(bào)警、掉電保護(hù)等方面具有特點(diǎn)，如南京南自電力有限公司NDA-900型綜合管理終端。Mitsubishi Electric公司和PACS的配網(wǎng)自動化系統(tǒng)。但是在安裝在戶外架空柱上后，如果發(fā)現(xiàn)終端輸入的電壓、電流的相序接入錯(cuò)誤時(shí)，唯一的辦法到現(xiàn)場對終端重新人工接線糾正錯(cuò)誤，有時(shí)還需要停電配合。接入相序錯(cuò)誤時(shí)，終端所采集的功率、電量、功率因素?cái)?shù)據(jù)將發(fā)生嚴(yán)重錯(cuò)誤，無法作為運(yùn)行管理依據(jù)。相序接入錯(cuò)誤由多種現(xiàn)場因素造成，是施工中常見的錯(cuò)誤。因此，也就迫切需要開發(fā)一種更為先進(jìn)，不必到現(xiàn)場重新人工接線的自動化終端。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種配網(wǎng)自動化終端，該終端具有支持多信道并存、電量輸入數(shù)據(jù)直接采集、識別和處理線路故障，支持雙輸入電源供電自動切換，還能實(shí)現(xiàn)相序接錯(cuò)后，不用去現(xiàn)場重新接線，只需通過重新配置相序關(guān)系，便可按正確的相序關(guān)系重新調(diào)整多路開關(guān)輸入電路與輸入接線端的連通關(guān)系，從而保證采集的各類電量數(shù)據(jù)的正確性。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是設(shè)計(jì)一種配網(wǎng)自動化終端，采用對輸入電壓(電壓互感器PT)和電流(電流互感器CT)信號采樣及DSP處理技術(shù)，完成方案的構(gòu)思。終端采用模塊設(shè)計(jì)，包括主控單元、交流采樣單元、充電電源、后備電源、數(shù)傳設(shè)備、操作開關(guān)、接線排單元、維護(hù)端口。
該終端采用雙中央處理器工作模式，完成對輸入信號的高速采集，事件的實(shí)時(shí)響應(yīng)和控制。
所述的主控單元進(jìn)一步包括CPU及外部電路、遙控電路；所述的交流采樣單元包括中央處理器DSP、A/D電路和多路輸入電路；上述單元模塊之間的信號傳遞是主控單元與交流采樣單元、數(shù)傳設(shè)備、維護(hù)端口互聯(lián)，接線排單元的遙信傳遞給主控單元；主控單元將信號傳遞給操作開關(guān)，操作開關(guān)再傳遞到接線排單元。接線排單元將各相序的電壓電流輸入信號傳遞給交流采樣單元中的多路開關(guān)輸入電路，經(jīng)該開關(guān)電路的連通傳遞給DSP，DSP將處理結(jié)果再傳遞給主控單元。
上面所述的交流采樣單元進(jìn)一步包括二套多路開關(guān)輸入電路有選擇性的聯(lián)通接線排輸入的各相序電壓和電流信號，本終端配置6路交流電壓和6路交流電流輸入；一中央處理器DSP，用于實(shí)時(shí)采樣、數(shù)據(jù)計(jì)算；一雙口RAM，用于將DSP采集和計(jì)算的數(shù)據(jù)傳輸給主控單元中CPU；一A/D轉(zhuǎn)換器，用于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；兩只比較器，用于將交流電壓電流信號整形為方波；一采樣保持器，用于經(jīng)過濾波的交流信號的保持；一CPLD邏輯電路，用于端口擴(kuò)展和譯碼。
本實(shí)用新型的效果本實(shí)用新型與現(xiàn)有產(chǎn)品比較，允許在現(xiàn)場接線時(shí)有相序錯(cuò)誤，發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)不需要到現(xiàn)場重新接線，只需將正確的相序關(guān)系重新配置，自動調(diào)整相序，不影響終端采集精度。
若現(xiàn)場接線錯(cuò)誤，在重新配制終端前，終端仍可采集數(shù)據(jù)，但該數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的，可根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)對正確的相序進(jìn)行運(yùn)算，從而求出正確的相序。若無法計(jì)算出正確的相序，則可進(jìn)行試配置，下發(fā)各種可能的相序配置并采集數(shù)據(jù)，直至采集數(shù)據(jù)正常。


圖1為本實(shí)用新型配網(wǎng)自動化終端的電氣原理框圖；圖2為圖1中主控單元中央處理器CPU及外圍電路圖；圖3-a、3-b、3-c、3-d為圖1中交流采樣單元中DSP、A/D及輸入調(diào)理電路。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖1～圖3，說明本實(shí)用新型的一較佳的實(shí)施方式。
參照圖1，這是本實(shí)用新型的終端的電路組成框圖，包括主控單元1、交流采樣單元2、操作單元3、充電電源4、后備電源5、接線排單元6、數(shù)傳設(shè)備7、維護(hù)端口8。
上述的電路單元之間信號傳遞是主控單元1與交流采樣單元2、數(shù)傳設(shè)備7、維護(hù)端口8互聯(lián)，接線排單元6的遙信傳遞給主控單元1，主控單元1將信號傳遞給操作開關(guān)，操作開關(guān)3再傳遞到接線排單元6。
參照圖2，圖中包括中央處理器CPU9及外部電路。主控單元以CPU為核心，外接可擦除的EPROM27SF020，F(xiàn)LASH29EE020，NVRAMDS1245并配合CPLDXC9536。
上述的中央處理器系統(tǒng)的功能是能實(shí)現(xiàn)63K的程序空間及128K數(shù)據(jù)空間，還可以實(shí)現(xiàn)程序下載，然后主控單元的CPU的命令把程序切換到FLASH中執(zhí)行。
參照圖3(a、b、c、d)，這是本實(shí)用新型中交流采樣單元電氣原理圖，圖中11為中央處理器DSP，采用TMS320F206，它為本終端提供高性能的數(shù)字處理能力，其主振頻率20MHz。DSP對來自CT、PT交流信號的實(shí)時(shí)采樣，計(jì)算出數(shù)據(jù)，并通過雙口RAM19傳輸給主控單元1中CPU9。所述的CT24～29、PT30～35是由小型變壓器輸入的三路220V電壓及三路0～5A電流信號變換為0～5V左右的交流信號，每路都經(jīng)過采樣保持電路17，再經(jīng)過模擬開關(guān)14送到A/D轉(zhuǎn)換器16中，由A/D16對同時(shí)采樣的信號進(jìn)行模數(shù)變換，然后送到DSP11中進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和處理，由DSP11負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方相序設(shè)置。
所述的中央處理器DSP11，其應(yīng)用軟件根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器16轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，由DSP11計(jì)算出電流、電壓、功率、電量、零序電流、電壓矢量和、相角、諧波、周波等數(shù)據(jù)。
從上述系統(tǒng)中的電路描述便可以看出，主控單元1從交流采樣單元2取得它采樣的交流量，并完成數(shù)字量的輸入、輸出，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理、存儲以及與控制中心的通訊管理等工作。在上述的自動化終端中，故障檢測、定位和隔離是本終端一個(gè)基本功能。每半個(gè)周波DSP刷新電壓電流有效值，主控軟件讀取這些采樣值后，根據(jù)所設(shè)置的限值及時(shí)間整定值確定當(dāng)前終端狀態(tài)，判斷出是否有越限、重合器動作、重合器閉鎖等情況發(fā)生，可主動上報(bào)主控中心，并響應(yīng)主控中心事件查詢命令，將上述事件上報(bào)主控中心，作為主控中心故障定位和隔離命令。
檢測電壓電流輸入信號之間的相位關(guān)系(相角)，并根據(jù)配置的相位關(guān)系調(diào)整輸入相序是本終端的一個(gè)非常重要的功能。相位關(guān)系告訴CPU在端子排單元接入的多個(gè)電壓或電流輸入信號中，哪個(gè)是A相、哪個(gè)是C相，CPU則依據(jù)A、B、C的順序依次選通多路開關(guān)的對應(yīng)連接的輸入路數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)相序調(diào)整。
為了更詳細(xì)說明本終端中交流采樣單元的工作，特在此說明一下它的工作原理。
交流采樣單元以DSP芯片作為中央處理器，實(shí)現(xiàn)對來自CT、PT交流信號的實(shí)時(shí)采樣，計(jì)算電流/電壓有效值、功率、相角、諧波等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過雙口RAM傳送到主控單元。
DSP芯片TMS320F206，其主振頻率20MHz，內(nèi)部有32K字FLASHROM和4K字RAM。采用DSP芯片可為終端提供高性能的數(shù)字處理能力。數(shù)模轉(zhuǎn)換選用16位AD芯片AD977AR，采樣速率100KSPS，在DSP的控制下，以10Mbps速率與DSP的SPI端口高速通訊。A/D的基準(zhǔn)源選用AD977內(nèi)部基準(zhǔn)。端口擴(kuò)展及譯碼選用CPLDXC9536。
輸入的6路交流電壓和6路交流電流，經(jīng)由電壓、電流傳感器，分別轉(zhuǎn)化為小電流信號，經(jīng)過放大調(diào)節(jié)至有效值0～5V交流電壓，然后經(jīng)過低通濾波，經(jīng)過模擬開關(guān)ADG426BRS(按相序配置的順序依次切換，到達(dá)采樣保持器AD781，通過AD采樣，至DSP，最后由DSP軟件計(jì)算出各類數(shù)據(jù)。同時(shí)，第1和第2路交流的A相電壓信號經(jīng)過施密特比較器整形為方波，由CPU對其周期進(jìn)行監(jiān)視，保證測量精度。
DSP應(yīng)用軟件根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，可計(jì)算出電流、電壓、功率、電量、零序電流、電壓矢量和、相角、諧波、周波等數(shù)據(jù)，為滿足實(shí)時(shí)性要求，電流電壓每半個(gè)周期(約10ms)計(jì)算一次，功率和電量每個(gè)周期(約20ms)計(jì)算一次，電流、電壓、功率的計(jì)算公式如下I(有效值)＝[(I12+I22+I32+…+IN2)/N]1/2；U(有效值)＝[(U12+U22+U32+…+UN2)/N]1/2；P(有效值)＝(U1×I1+U2×I2+U3×I3+…+UN×IN)/N0。
權(quán)利要求1.一種相序可調(diào)的配網(wǎng)自動化終端，包括主控單元，用于數(shù)據(jù)存儲、處理和主控中心的通訊，交流采樣單元，用于饋線運(yùn)行的電量數(shù)據(jù)采集、處理，充電電源、后備電源，用于各單元工作電源，數(shù)傳設(shè)備，用于與主控中心的傳輸通訊，操作開關(guān)，接線排單元，用于連接終端與外部線路設(shè)備，維護(hù)端口，其特征在于所述的主控單元還包含中央處理器CPU、遙控電路；所述的交流采樣單元還包含另一個(gè)中央處理器DSP、線選電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和多路開關(guān)輸入電路；所述的主控單元與數(shù)傳設(shè)備、交流采樣單元、維護(hù)端口之間成電路互聯(lián)，接線排單元將遙信傳遞給主控單元，又將信號傳遞給操作開關(guān)并通過操作開關(guān)及饋線給接線排單元；上述工作單元運(yùn)行程序固化在中央處理器CPU和DSP中。
2.如權(quán)利要求1所述的配網(wǎng)自動化終端，其特征在于所述的交流采樣單元進(jìn)一步包括二套多路開關(guān)輸入電路有選擇性的聯(lián)通接線排輸入的各相序電壓和電流信號，配置6路交流電壓和6路交流電流輸入；一中央處理器DSP，用于實(shí)時(shí)采樣和數(shù)據(jù)處理；一雙口RAM，用于將DSP采集處理后的數(shù)據(jù)傳輸給主控單元；一A/D轉(zhuǎn)換器，用于模數(shù)轉(zhuǎn)換；兩只比較器，用于將交流電壓電流信號整形為方波；一采樣保持器，用于經(jīng)過濾波的交流信號的保持；一CPLD邏輯電路，用于端口擴(kuò)展和譯碼。
3，如權(quán)利要求1或2所述的配網(wǎng)自動化終端，其特征在于所述交流采樣單元的中央處理器DSP，對來自PT、CT的交流電流、電壓信號，通過雙口RAM傳遞到主控單元的CPU。
4.如權(quán)利要求2所述的配網(wǎng)自動化終端，其特征在于所述的交流采樣單元之中的CT、PT是由小型變壓器輸入的三路220V電壓及三路5A電流信號變換為0～5V左右的交流信號，每路都經(jīng)過多路開關(guān)有選擇性的連續(xù)接至采樣保持電路，再送到A/D轉(zhuǎn)換器中，由A/D對同時(shí)采樣的信號進(jìn)行模數(shù)變換，然后送到DSP中進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和處理，多路開關(guān)按相序設(shè)置的關(guān)系選擇切換連接輸入的各相序電流或電壓信號，從而實(shí)現(xiàn)相序調(diào)整。
5.如權(quán)利要求1所述的配網(wǎng)自動化終端，其特征在于所述的中央處理器DSP，其應(yīng)用軟件根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換模數(shù)，由DSP計(jì)算出電流、電壓、功率、電量、零序電流、電壓矢量和、相角、諧波、周波的數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的配網(wǎng)自動化終端，其特征在于所述的CPU為80C196，所述的DSP為TMS320F206，A/D轉(zhuǎn)換器為AD977AR，端口擴(kuò)展及譯碼電路為XC9536。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種相序可調(diào)的配網(wǎng)自動化終端，包括主控單元、交流采樣單元、電源、信傳設(shè)備、操作開關(guān)、接線排單元和維護(hù)端口，所述的主控單元還包含CPU、遙控電路；交流采樣單元還包含DSP、A/D電路及多路開關(guān)輸入電路。上述的主控單元與交流采樣單元，數(shù)傳設(shè)備、維護(hù)端口電路互聯(lián)，接線排單元的遙信傳遞給主控單元，主控單元將信號傳遞給操作開關(guān)，再傳遞到接線排單元；上述電路的運(yùn)行程序固化在CPU和DSP中。本實(shí)用新型的終端與現(xiàn)有技術(shù)相比，該終端采用雙CPU工程模式，完成對信號的高速采集，事件的實(shí)時(shí)響應(yīng)和控制，線路故障判斷和處理；并具有遠(yuǎn)方相序設(shè)置和調(diào)整功能，即發(fā)現(xiàn)輸入的電壓電流相序接錯(cuò)，糾錯(cuò)時(shí)不用到現(xiàn)場人工重新接線便可進(jìn)行調(diào)整，具有一定先進(jìn)性和明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號H02J3/00GK2660761SQ0323210
公開日2004年12月1日 申請日期2003年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月10日
發(fā)明者魯春生, 潘麗鋼, 王偉藝, 高瑩, 劉宇懷, 葉毅, 陳頌華, 連凌, 錢穎 申請人:上海協(xié)同科技股份有限公司