專利名稱：用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測裝置，尤其涉及一種用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)動態(tài)模型(簡稱動模)是根據(jù)相似原理建立起來的電力系統(tǒng)物理模擬， 它把實際電力系統(tǒng)的各個部分，如發(fā)電機、變壓器、輸電線路、負荷等按照相似條件設(shè)計，建造并組成一個電力系統(tǒng)模型，用這種模型代替實際系統(tǒng)進行各種正常與故障狀態(tài)的試驗研究。它能復(fù)制電力系統(tǒng)的各種運行情況，是電力系統(tǒng)動模實驗室重要的元件?，F(xiàn)有的用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機監(jiān)測裝置的設(shè)計基本分為兩種，一種是對電壓電流采集后經(jīng)微處理器處理后直接顯示，另一種是將采集信號上傳至計算機PC， PC將數(shù)據(jù)進行處理、存儲并顯示。這兩種設(shè)計均有缺點，第一種設(shè)計可擴展性不好，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對固定，不能再接其他發(fā)電機監(jiān)測裝置以及動摸系統(tǒng)中的變電站、支路等監(jiān)測裝置；第二種設(shè)計數(shù)據(jù)的計算處理及存儲由上位機(PC)負責，使得系統(tǒng)難以脫離PC，靈活性較差， 數(shù)據(jù)也單由PC顯示，使得操作者在操作模擬系統(tǒng)的同時觀看數(shù)據(jù)不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置，具有擴展性強，支持動態(tài)模擬系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)整和分系統(tǒng)的接入，顯示方式多樣，便于觀測的特點。實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是一種用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置，通過CAMController Area Network，控制器局域網(wǎng)絡(luò))總線連接發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)，所述發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置包括中心接入機、與該中心接入機分別連接的上位機和人機界面，其中所述中心接入機包括CPU(中央處理器)、與該CPU分別相連的通信電路、計時電路和存儲電路，其中，所述通信電路包括RS232接口電路、以太網(wǎng)接口電路、RS485接口電路、CAN接口電路和USB接口電路，其中，所述RS232接口電路或者以太網(wǎng)接口電路連接所述上位機；所述RS485接口電路連接所述人機界面；
所述CAN接口電路接入所述CAN總線；所述USB接口電路為獲取所述存儲電路存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通道；所述計時電路為所述的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置提供時間信息，用于與上位機或發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)時間校準，為歷史數(shù)據(jù)提供時間信息，以及支持定時數(shù)據(jù)處理功能；所述存儲電路將所述CPU接收的各類底層數(shù)據(jù)及故障信息結(jié)合所述計時電路提供的時間信息進行實時存儲；
所述CPU接收所述發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)上傳的底層數(shù)據(jù)及故障信息，處理后傳送給所述上位機和人機界面，所述上位機下發(fā)命令，所述CPU可對命令進行優(yōu)化處理下發(fā)至發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)；所述人機界面接收所述中心接入機上傳的數(shù)據(jù)，經(jīng)整理后按界面顯示。上述的用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置，其中，所述發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置通過CAN總線可擴展連接若干發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)。上述的用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置，其中，所述人機界面作為顯示裝置，所述中心接入機具有數(shù)據(jù)接收處理功能及擴展功能，使得脫離上位機后， 所述用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置仍可運行，實現(xiàn)發(fā)電機系統(tǒng)脫機檢修。上述的用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置，其中，所述上位機還通過以太網(wǎng)連接變電站監(jiān)測裝置、支路監(jiān)測裝置和負荷監(jiān)測裝置。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過CAN總線、以太網(wǎng)和USB接口提高監(jiān)測裝置的可擴展性，支持動態(tài)模擬系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)整和分系統(tǒng)的接入；中心接入機具有數(shù)據(jù)處理功能提高上位機工作效率，便于上位機功能擴展；通過人機界面的設(shè)置，一方面提高用戶實驗觀測的便捷性，另一方面，提高發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置的脫機工作能力，支持脫機檢修，并實現(xiàn)簡單功能洞時，本發(fā)明能對數(shù)據(jù)實時存儲，并可通過USB接口用USB閃存盤將存儲的數(shù)據(jù)導(dǎo)出， 提高數(shù)據(jù)共享的便捷性。


圖1是本發(fā)明的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置連接發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)時的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置中RS232接口電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置中CAN接口電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。請參閱圖1和圖2，本發(fā)明的用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置， 該發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置1通過CAN總線2連接若干發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)3，所述發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)3采集發(fā)電機系統(tǒng)的各類底層數(shù)據(jù)及故障信息，所述發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置1包括中心接入機11、與中心接入機11分別連接的上位機(PC) 12和人機界面13，中心接入機11包括CPU111、與該CPU分別相連的通信電路112、計時電路113和存儲電路114，其中，通信電路112包括RS232接口電路1121、以太網(wǎng)接口電路1122、RS485接口電路 1123、CAN接口電路1124和USB接口電路1125，其中，RS232接口電路1121或者以太網(wǎng)接口電路1122連接所述上位機12，兩種通信方式各有優(yōu)點，RS232通信方式簡單，但是通信速率較低，擴展性差，以太網(wǎng)通信技術(shù)相對復(fù)雜但是通信速率很高，可擴展性強，在兩種通信方式的提供給系統(tǒng)增添了很大的靈活性；請參閱圖3，RS232接口電路1121結(jié)構(gòu)示意圖，上位機通過T)(D1和RXDl兩根信號線發(fā)送和接收信號，經(jīng)轉(zhuǎn)換器SP3232E轉(zhuǎn)換，CPUlll通過T)(D0和RXDO兩根信號線發(fā)送和接收信號。SP3232E是雙驅(qū)動器/接收器器件，滿足EIA/TIA-232-F標準，工作電壓為 3. OV-5. 5V，最大通信速率為1201ibps。RS485接口電路1123連接人機界面13，中心接入機11將數(shù)據(jù)通過RS485串口通信方式傳送給人機界面13進行顯示；CAN接口電路IlM接入CAN總線2 ；請參閱圖4，CAN接口電路IlM結(jié)構(gòu)示意圖，CPUl 11通過CANT )和CANRXD進行發(fā)送和接收信號，經(jīng)高速CAN收發(fā)器芯片CTM1050轉(zhuǎn)換至CANH和CANL，并連接到CAN總線 3上。CTM1050內(nèi)部集成了所有必需的電氣元件，包括隔離電路、CAN收發(fā)器、總線保護、電源電路，與傳統(tǒng)設(shè)計相比，其具有更高的集成度，更高的可靠性和更具競爭力的價格。USB接口電路1125為獲取存儲電路114存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通道，用戶可以通過USB 閃存盤快速獲取數(shù)據(jù)，同時USB接口電路1125可作為與其他具有USB連接功能的監(jiān)測裝置的連接接口 ；計時電路113為的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置1提供時間信息，用于與上位機12或發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)3時間校準，為歷史數(shù)據(jù)提供時間信息，以及支持定時數(shù)據(jù)處理功能，其中，計時電路113中計時芯片可采用DALLAS公司出品的DS1307時鐘芯片，DS1307是一款低功耗，具有56字節(jié)非失性RAM的全B⑶碼時鐘日歷實時時鐘芯片，地址和數(shù)據(jù)通過兩線雙向的串行總線的傳輸，芯片可以提供秒，分，小時等信息，每一個月的天數(shù)能自動調(diào)整。并且有閏年補償功能。AM/PM標志位決定時鐘工作于M小時或12小時模式，芯片有一個內(nèi)置的電源感應(yīng)電路，具有掉電檢測和電池切換功能；存儲電路114將CPUlll接收的各類底層數(shù)據(jù)及故障信息結(jié)合計時電路113提供的時間信息進行實時存儲，其中，存儲電路114中存儲芯片采用4片ATMC512芯片， AT24C512芯片是ATMEL公司生產(chǎn)的64KB串行電可擦的可編程存儲器；CPUlll接收發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)3上傳的各類底層數(shù)據(jù)及故障信息，處理后傳送給上位機12和人機界面13，上位機12下發(fā)命令，CPUlll可對命令進行優(yōu)化處理下發(fā)至發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)3，CPUlll可采用PHILIPS公司生產(chǎn)的ARM7系列產(chǎn)品LPC2378，LPC2378 是32位的ARM7微處理芯片，其具有優(yōu)異的性能，且功耗很低，可在高達72MHz的工作頻率下運行，具有512KB的片內(nèi)Flash內(nèi)存，4個帶小數(shù)波特率發(fā)生功能的UART，3個I2C接口， 2個CAN2. OB通道，10位的AD轉(zhuǎn)換器，還有先進的向量中斷器，有多達32個向量中斷，其工作溫度范圍可從-40°C -85比較適合應(yīng)用在本發(fā)明的用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置；上位機12通過以太網(wǎng)連接中心接入機11以及變電站監(jiān)測裝置、支路監(jiān)測裝置和負荷監(jiān)測裝置，或單獨通過RS232接口 1121與中心接入機連接11，接收處理所連接部分上傳的數(shù)據(jù)，并可向所連接部分下發(fā)控制命令，作為整個動態(tài)模擬實驗平臺的中央控制端；人機界面13接收中心接入機11上傳的數(shù)據(jù)，經(jīng)整理后按界面顯示。發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)3包括發(fā)電機系統(tǒng)31和三個直接數(shù)字控制器(DDC) 32，其中發(fā)電機系統(tǒng)31包括發(fā)電機(圖中未示)、勵磁控制系統(tǒng)311、調(diào)速控制系統(tǒng)312和同期控制系統(tǒng)313;
三個直接數(shù)字控制器32連接CAN總線2，并通過各自對應(yīng)的電壓互感器、電流互感器和繼電器與發(fā)電機系統(tǒng)31中的勵磁控制系統(tǒng)311、調(diào)速控制系統(tǒng)312和同期控制系統(tǒng) 313—一對應(yīng)連接，從而采集發(fā)電機系統(tǒng)31的各類底層數(shù)據(jù)及故障信息，并根據(jù)自定義的協(xié)議上傳給中心接入機11中的CPUlll ；直接數(shù)字控制器32采集的底層數(shù)據(jù)包括三相定子電壓、三相定子電流、勵磁電壓、勵磁電流，以及通過FFT算法計算得到的發(fā)電機頻率、有功功率、無功功率、視在功率、 功率因數(shù)和同期的滑差信息(電壓差、頻率差和相位差)，以及開關(guān)量；所述開關(guān)量包括勵磁的手動/自動、遠程/就地、是否選擇最大勵磁電流限制、調(diào)速過程中的超速報警、同期過程中的升壓/降壓等信息。請參閱圖2，發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)3還包括與三個直接數(shù)字控制器32分別通過 RS485接口(圖中未示)連接的三個人機界面，該三個人機界面與三個直接數(shù)字控制器32
--對應(yīng)。CAN總線2具有報文發(fā)送可靠性高、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)結(jié)點個數(shù)理論上無限制等特點，使得發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)3與發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置1的通信具有通信可靠性高，并且除可以擴展接入其他發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)外，還可以擴展接入動態(tài)模擬系統(tǒng)中的變電站監(jiān)測裝置、支路監(jiān)測裝置和負荷監(jiān)測裝置等多套系統(tǒng)，使得整個系統(tǒng)具有很高的可擴展性。綜上所述，本發(fā)明通過CAN總線、以太網(wǎng)和USB接口提高監(jiān)測裝置的可擴展性，支持動態(tài)模擬系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)整和分系統(tǒng)的接入；中心接入機具有數(shù)據(jù)處理功能提高上位機工作效率，便于上位機功能擴展；通過人機界面的設(shè)置，一方面提高用戶實驗觀測的便捷性，另一方面，提高發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置的脫機工作能力，支持脫機檢修，并實現(xiàn)簡單功能；同時， 本發(fā)明能對數(shù)據(jù)實時存儲，并可通過USB接口用USB閃存盤將存儲的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，提高數(shù)據(jù)共享的便捷性。以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置，通過CAN總線連接發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置包括中心接入機、與該中心接入機分別連接的上位機和人機界面，其中所述中心接入機包括CPU、與該CPU分別相連的通信電路、計時電路和存儲電路，其中， 所述通信電路包括RS232接口電路、以太網(wǎng)接口電路、RS485接口電路、CAN接口電路和 USB接口電路，其中，所述RS232接口電路或者以太網(wǎng)接口電路連接所述上位機； 所述RS485接口電路連接所述人機界面； 所述CAN接口電路接入所述CAN總線； 所述USB接口電路為獲取所述存儲電路存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)通道； 所述計時電路為所述的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置提供時間信息，用于與上位機或發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)時間校準，為歷史數(shù)據(jù)提供時間信息，以及支持定時數(shù)據(jù)處理功能；所述存儲電路將所述CPU接收的各類底層數(shù)據(jù)及故障信息結(jié)合所述計時電路提供的時間信息進行實時存儲；所述CPU接收所述發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)上傳的底層數(shù)據(jù)及故障信息，處理后傳送給所述上位機和人機界面，所述上位機下發(fā)命令，所述CPU可對命令進行優(yōu)化處理下發(fā)至發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)；所述人機界面接收所述中心接入機上傳的數(shù)據(jù)，經(jīng)整理后按界面顯示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置，其特征在于，所述發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置通過CAN總線可擴展連接若干發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置，其特征在于，所述人機界面作為顯示裝置，所述中心接入機具有數(shù)據(jù)接收處理功能及擴展功能，使得脫離上位機后，所述用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置仍可運行，實現(xiàn)發(fā)電機系統(tǒng)脫機檢修。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置，其特征在于，所述上位機還通過以太網(wǎng)連接變電站監(jiān)測裝置、支路監(jiān)測裝置和負荷監(jiān)測裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗的發(fā)電機頂層監(jiān)測裝置，包括中心接入機、上位機和人機界面，所述中心接入機包括CPU、與該CPU分別相連的通信電路、計時電路和存儲電路，所述的通信電路包括RS232接口電路、以太網(wǎng)接口電路、RS485接口電路、CAN接口電路和USB接口電路，其中，所述RS232接口電路或者以太網(wǎng)接口電路連接所述上位機；所述RS485接口電路連接所述人機界面；所述CAN接口電路通過CAN總線連接若干發(fā)電機底層監(jiān)測系統(tǒng)；所述CPU將接收自所述底層監(jiān)測系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)及故障信息經(jīng)處理后傳送給所述上位機和人機界面；所述存儲芯片實時存儲。本發(fā)明可擴展性強，支持動態(tài)模擬系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)整和分系統(tǒng)的接入，支持發(fā)電機監(jiān)測系統(tǒng)脫機運行，顯示方式多樣，便于觀測。
文檔編號H02J3/38GK102522771SQ20111041580
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者何偉, 余志文, 庒駿鵬, 張延遲, 房新雨, 艾芊, 蔣傳文, 解大 申請人:上海信元瑞電氣有限公司