專利名稱：一種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型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。
背景技術(shù)：
城市電網(wǎng)中現(xiàn)代工業(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(dòng)生產(chǎn)線以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等對(duì)電源特性變化敏感性負(fù)荷呈逐年上升趨勢(shì)，對(duì)電能質(zhì)量的要求不斷提高。對(duì)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(shì)，嚴(yán)重威脅電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和用電設(shè)備的正常工作。針對(duì)敏感負(fù)荷電能質(zhì)量控制問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了電能質(zhì)量控制產(chǎn)品的研究制造。但是，電能質(zhì)量控制裝置還沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，并且主要停留在低壓小容量范圍，中國(guó)實(shí)用新型專利“低諧波電源質(zhì)量控制系統(tǒng)”(實(shí)用新型專利號(hào)ZL201020133972公開(kāi)號(hào)CN201656479)公開(kāi)了一種低諧波電源質(zhì)量控制系統(tǒng)。該低諧波電源質(zhì)量控制系統(tǒng)包含檢測(cè)裝置、電力調(diào)整裝置、阻性負(fù)載裝置。檢測(cè)裝置接收來(lái)自于阻性負(fù)載裝置的反饋信號(hào)。檢測(cè)裝置輸出的控制信號(hào)可以用電壓或電流為信號(hào)。電力調(diào)整裝置接收到所述控制信號(hào)后，以比例方式輸出驅(qū)動(dòng)電壓。所述比例方式為在連續(xù)輸出時(shí)間間隔輸出全功率驅(qū)動(dòng)電壓，并在連續(xù)不輸出時(shí)間間隔停止輸出全功率驅(qū)動(dòng)電壓。阻性負(fù)載裝置接收驅(qū)動(dòng)電壓后，輸出反饋信號(hào)到檢測(cè)裝置。以比例方式在連續(xù)輸出時(shí)間間隔輸出全功率驅(qū)動(dòng)電壓，并在連續(xù)不輸出時(shí)間間隔停止輸出全功率驅(qū)動(dòng)電壓，將能夠有效的減少產(chǎn)生電力的諧波。但是該裝置僅適用于小功率的阻性負(fù)載裝置，不適用于高壓大功率的電網(wǎng)電能質(zhì)量控制，也沒(méi)有解決電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的系統(tǒng)級(jí)監(jiān)控的技術(shù)問(wèn)題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是要提供一種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元，解決電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的系統(tǒng)級(jí)監(jiān)控的技術(shù)問(wèn)題，完成對(duì)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置主要電氣量的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的操作和運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路設(shè)備的保護(hù)。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元，通過(guò)EtherCAT網(wǎng)絡(luò)連接到電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的主控子系統(tǒng)，其特征在于所述的調(diào)節(jié)保護(hù)單元包括第一數(shù)字信號(hào)處理器，第二數(shù)字信號(hào)處理器，雙端口 RAM模塊，開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口，第一 EtherCAT從站控制器和第二 EtherCAT從站控制器；所述的第一數(shù)字信號(hào)處理器和第二數(shù)字信號(hào)處理器，分別連接到雙端口 RAM模塊的左口和右口，并通過(guò)雙端口 RAM模塊連接到開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口 ；所述的第一數(shù)字信號(hào)處理器，連接到以太網(wǎng)接口模塊和第一 EtherCAT從站控制器；所述的第二數(shù)字信號(hào)處理器，連接到第二 EtherCAT從站控制器。本實(shí)用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元的一種較佳的技術(shù)方案，其特征在于所述的雙端口 RAM模塊是FPGA構(gòu)成的可編程雙端口 RAM，所述的第一數(shù)字信號(hào)處理器，通過(guò)所述的雙端口 RAM模塊與第二數(shù)字信號(hào)處理器 雙向連接。本實(shí)用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元的一種更好的技術(shù)方案，其特征在于所述的可編程雙端口 RAM模塊包含DIDO通道，所述的第一數(shù)字信號(hào)處理器和第二數(shù)字信號(hào)處理器，通過(guò)所述的DIDO通道連接到開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口。本實(shí)用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元的一種改進(jìn)的技術(shù)方案，其特征是所述的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元還包括以太網(wǎng)接口模塊，所述的第一數(shù)字信號(hào)處理器，通過(guò)以太網(wǎng)接口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)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元，采用雙高速數(shù)字信號(hào)處理器芯片，大大增強(qiáng)了核心控制器的處理能力；采用實(shí)時(shí)串行以太網(wǎng)(EtherCAT)總線技術(shù)，傳送速率高，可實(shí)現(xiàn)報(bào)文硬件校驗(yàn)，且無(wú)信息沖突。2.通過(guò)采用FPGA模擬雙端口 RAM連接實(shí)現(xiàn)并行處理，滿足電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置并行采樣控制和電力網(wǎng)絡(luò)SOE實(shí)時(shí)記錄的要求。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)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)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)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元的主電路圖；圖2是本實(shí)用新型的電能質(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(hào)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(kāi)關(guān)量輸入單元，816-開(kāi)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，8131-第一數(shù)字信號(hào)處理器，8132-第二數(shù)字信號(hào)處理器，8133-雙端口 RAM模塊，8134-開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口，8135-以太網(wǎng)接口模塊，8136-第一 EtherCAT從站控制器，8137-第二EtherCAT從站控制器。
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I是本實(shí)用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元的主電路圖，調(diào)節(jié)保護(hù)單元813通過(guò)主控EtherCAT網(wǎng)絡(luò)連接到電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置800的主控子系統(tǒng)810，用于電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)、保護(hù)、錄波、回放等功能的控制，參見(jiàn)圖2。調(diào)節(jié)保護(hù)單元813包括第一數(shù)字信號(hào)處理器8131，第二數(shù)字信號(hào)處理器8132，雙端口 RAM模塊8133、開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口 8134、第一 EtherCAT從站控制器8135和第二 EtherCAT從站控制器8136 ;第一數(shù)字信號(hào)處理器8131和第二數(shù)字信號(hào)處理器8132，分別連接到雙端口 RAM模塊8133的左口和右口，并通過(guò)雙端口 RAM模塊8133連接到開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口 8134 ;第一數(shù)字信號(hào)處理器8131，連接到以太網(wǎng)接口模塊8135和第一 EtherCAT從站控制器8136 ;第二數(shù)字信號(hào)處理器8132，連接到第二 EtherCAT從站控制器8137。在本實(shí)用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元的一個(gè)實(shí)施例中，雙端口 RAM模塊8133是FPGA構(gòu)成的可編程雙端口 RAM，第一數(shù)字信號(hào)處理器8131，通過(guò)雙端口 RAM模塊8133與第二數(shù)字信號(hào)處理器8132雙向連接。可編程雙端口 RAM模塊8133包含DIDO通道，第一數(shù)字信號(hào)處理器8131和第二數(shù)字信號(hào)處理器8132，通過(guò)所述的DIDO通道連接到開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口 8134。圖2是電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)的一個(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(kāi)關(guān)量輸入單元815和開(kāi)關(guān)量輸出單元816 ;本實(shí)用新型的調(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(hào)輸入端，通過(guò)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(hào)輸入端，通過(guò)電流互感器(CT)連接到三相電網(wǎng)100，PTCT輸入單元812，經(jīng)由主控EtherCAT網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)第二 EtherCAT從站控制器8137連接到調(diào)節(jié)保護(hù)單元813。開(kāi)關(guān)量輸入單元815，通過(guò)光耦或光纖隔離，連接到三相電網(wǎng)100 ;開(kāi)關(guān)量輸入單元815，經(jīng)由LVDS接口，通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口 8134連接到調(diào)節(jié)保護(hù)單元813。調(diào)節(jié)保護(hù)單元813，通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口 8134，經(jīng)由LVDS接口連接到開(kāi)關(guān)量輸出單元816，并通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸出單元816的繼電器連接到三相電網(wǎng)100。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η > I ;所述的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置800包括3η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(duì)應(yīng)連接到電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置800的每個(gè)功率單元，主控子系統(tǒng)810通過(guò)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，以及至少一個(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經(jīng)由光耦或者光纖隔離，通過(guò)第一 EtherCAT從站控制器8136，連接到調(diào)節(jié)控制器830。在圖2所示的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的實(shí)施例中，主控子系統(tǒng)810還包括連接在LVDS接口上的故障錄波單元814 ；PTCT輸入單元812通過(guò)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(guò)模塊EtherCAT網(wǎng)絡(luò)，連接到故障錄波單元814。當(dāng)電力設(shè)備發(fā)生遙信變位，電力保護(hù)設(shè)備或智能電力儀表會(huì)自動(dòng)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(jiǎn)稱為SOE(Sequence ofEvent)記錄。調(diào)節(jié)保護(hù)單元813經(jīng)由主控EtherCAT網(wǎng)絡(luò),通過(guò)第二 EtherCAT從站控制器8137，連接到故障錄波單元814，控制在故障錄波單元814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(chǔ)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)。在圖2所示的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的實(shí)施例中，還包括以太網(wǎng)接口，主控子系統(tǒng)810和通訊耦合子系統(tǒng)820，通過(guò)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。調(diào)節(jié)保護(hù)單元813可以通過(guò)以太網(wǎng)接口模塊8135，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。在圖I所示的本實(shí)用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元的實(shí)施例中，第一數(shù)字信號(hào)處理器8131采用Tl公司的TMS320F28335型數(shù)字信號(hào)處理器，第二數(shù)字信號(hào)處理器8132采用32位高速浮點(diǎn)型DSP芯片TMS320C6713 ;雙端口 RAM模塊8133采用現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)XC3S500E，可編程雙端口 RAM模塊8133包含DIDO通道，通過(guò)開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口 8134連接到子系統(tǒng)內(nèi)部各單元之間的IO接口；以太網(wǎng)接口模塊8135采用多功能網(wǎng)絡(luò)接口芯片W3150，第一 EtherCAT從站控制器8135和第二 EtherCAT從站控制器8136采用 EtherCAT從站控制器集成電路ET1100。第一 EtherCAT從站控制器8135利用ET1100的兩個(gè)端口可以作為耦合器，通過(guò)光纖收發(fā)器AFBR-5803ATZ轉(zhuǎn)換成光信號(hào)實(shí)現(xiàn)不同子系統(tǒng)之間的連接。第二 EtherCAT從站控制器8136通過(guò)ET1100將以太網(wǎng)的物理接口轉(zhuǎn)為L(zhǎng)VDS，直接接入主控子系統(tǒng)內(nèi)部的LVDS信號(hào)線。此外，第一數(shù)字信號(hào)處理器8131還預(yù)留一個(gè)232接口和一個(gè)CAN接口備用。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而并非用作為對(duì)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(duì)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)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元，通過(guò)EtherCAT網(wǎng)絡(luò)連接到電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的主控子系統(tǒng)，其特征在于 所述的調(diào)節(jié)保護(hù)單元包括第一數(shù)字信號(hào)處理器，第二數(shù)字信號(hào)處理器，雙端口 RAM模塊，開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口，第 一 EtherCAT從站控制器和第二 EtherCAT從站控制器； 所述的第一數(shù)字信號(hào)處理器和第二數(shù)字信號(hào)處理器，分別連接到雙端口 RAM模塊的左口和右口，并通過(guò)雙端口 RAM模塊連接到開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口 ； 所述的第一數(shù)字信號(hào)處理器，連接到以太網(wǎng)接口模塊和第一 EtherCAT從站控制器； 所述的第二數(shù)字信號(hào)處理器，連接到第二 EtherCAT從站控制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元，其特征在于所述的雙端口 RAM模塊是FPGA構(gòu)成的可編程雙端口 RAM，所述的第一數(shù)字信號(hào)處理器，通過(guò)所述的雙端口 RAM模塊與第二數(shù)字信號(hào)處理器雙向連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元，其特征在于所述的可編程雙端口 RAM模塊包含DIDO通道，所述的第一數(shù)字信號(hào)處理器和第二數(shù)字信號(hào)處理器，通過(guò)所述的DIDO通道連接到開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元，其特征是所述的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)單元還包括以太網(wǎng)接口模塊，所述的第一數(shù)字信號(hào)處理器，通過(guò)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)裝置的調(diào)節(jié)保護(hù)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，通過(guò)EtherCAT網(wǎng)絡(luò)連接到電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的主控子系統(tǒng)，包括第一、第二數(shù)字信號(hào)處理器，雙端口RAM模塊，開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口，第一、第二EtherCAT從站控制器，第一和第二數(shù)字信號(hào)處理器，分別連接到雙端口RAM模塊的左口和右口，并通過(guò)雙端口RAM模塊連接到開(kāi)關(guān)量輸入輸出接口，第一和第二數(shù)字信號(hào)處理器，連接到以太網(wǎng)接口模塊和第一和第二EtherCAT從站控制器。該裝置大大增強(qiáng)了核心控制器的處理能力，實(shí)現(xiàn)并行處理，滿足電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置并行采樣控制和電力網(wǎng)絡(luò)SOE實(shí)時(shí)記錄的要求。
文檔編號(hào)H02J13/00GK202550682SQ20122013907
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)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(guó), 劉雋, 包海龍, 張宇, 樸紅艷 申請(qǐng)人:上海市電力公司