一種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置，包括模塊化設(shè)計(jì)的控制器模塊、相量測量模塊、數(shù)字量模塊、時(shí)鐘模塊及電源模塊；所述相量測量模塊和數(shù)字量模塊都通過CPCI插槽與控制器模塊進(jìn)行連接；時(shí)鐘模塊為相量測量模塊和數(shù)字量模塊提供時(shí)鐘信號；電源模塊為其他模塊供電，包括主電源和備用電源，在主電源失電情況下自動(dòng)切換到備用電源供電方式；主電源電源恢復(fù)時(shí)自動(dòng)切換回主電源供電方式。電源能同時(shí)接納兩路電源供電，并能在主電源失電情況下自動(dòng)切換到備用電源供電方式。主電源電源恢復(fù)時(shí)自動(dòng)切換回主電源供電方式，保障了供電的可靠性。所述電源模塊設(shè)有防雷電路，保障了整個(gè)設(shè)備在雷雨天氣時(shí)的安全性，不受雷擊。
【專利說明】
一種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]智能配電網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，智能電網(wǎng)是融合先進(jìn)的信息技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的輸配電基礎(chǔ)設(shè)施高度集成、高度自動(dòng)化的新型電網(wǎng)。智能電網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)離不開智能配電網(wǎng)中對數(shù)據(jù)同步采集，配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置可以同步采集配電網(wǎng)的相關(guān)信息，相關(guān)電網(wǎng)模型的建立以及處理緊急安全問題離不開準(zhǔn)確的信息。
[0003]目前存在的配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置大都是智能一體化設(shè)備，后期維護(hù)困難，運(yùn)維成本高。另外其本身的安全穩(wěn)定性有待提高，配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置的穩(wěn)定運(yùn)行對整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定正常工作有重要的作用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述問題，提供了一種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置，采用模塊化設(shè)計(jì)，在各別模塊出現(xiàn)問題時(shí)，可以方便的進(jìn)行更換維修，不用更換其他模塊，減少了維修的成本。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置，包括模塊化設(shè)計(jì)的控制器模塊、相量測量模塊、數(shù)字量模塊、時(shí)鐘模塊及電源模塊;所述相量測量模塊和數(shù)字量模塊都通過CPCI插槽與控制器模塊進(jìn)行連接;時(shí)鐘模塊為相量測量模塊和數(shù)字量模塊提供時(shí)鐘信號；電源模塊為其他模塊供電，包括主電源和備用電源，在主電源失電情況下自動(dòng)切換到備用電源供電方式;主電源電源恢復(fù)時(shí)自動(dòng)切換回主電源供電方式。
[0007]所述電源模塊還與防雷電路連接。
[0008]所述電源模塊的輸入接口設(shè)有防浪涌沖擊電路。
[0009]所述控制器模塊包括相互通信的主控制器和副控制器，主控制器和副控制器都設(shè)有硬件看門狗，主控制器設(shè)有液晶接口、網(wǎng)口、SD卡及多個(gè)USB接口，副控制器與相量測量模塊、數(shù)字量模塊進(jìn)行通信。
[0010]所述相量測量模塊包括電壓電流互感器，電壓電流互感器連接運(yùn)放后分別通過比較器和AD轉(zhuǎn)換器連接第一控制器，所述第一控制器與所述控制器模塊和時(shí)鐘模塊連接。
[0011 ]所述第一控制器設(shè)有硬件看門狗和SMV接口。
[0012]所述數(shù)字量模塊包括第二控制器，所述第二控制器與遙信輸入接口和遙控輸出接口連接，通過遙信輸入接口用接受外部開關(guān)的位置及動(dòng)作時(shí)刻信息，遙控輸出接口將控制命令輸出;所述第二控制器與所述控制器模塊和時(shí)鐘模塊連接。
[0013]所述遙信輸入接口和遙控輸出接口設(shè)有防浪涌沖擊電路，所述第二控制器設(shè)有硬件看門狗。
[0014]所述時(shí)鐘模塊包括第三控制器，所述第三控制器與PHY芯片、GPS和北斗雙授時(shí)模塊及恒溫晶振連接。
[0015]所述第三控制器設(shè)有硬件看門狗。
[0016]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0017]電源能同時(shí)接納兩路電源供電，并能在主電源失電情況下自動(dòng)切換到備用電源供電方式。主電源電源恢復(fù)時(shí)自動(dòng)切換回主電源供電方式，保障了供電的可靠性。
[0018]所述電源模塊設(shè)有防雷電路，保障了整個(gè)設(shè)備在雷雨天氣時(shí)的安全性，不受雷擊。
[0019]電源、遙信、遙測的輸入接口均設(shè)計(jì)有防浪涌沖擊電路，可以有效防止靜電及浪涌的沖擊;單元內(nèi)部所有處理器件均設(shè)計(jì)有硬件看門狗，能夠在異常狀態(tài)時(shí)及時(shí)的進(jìn)行重啟，保證設(shè)備的連續(xù)工作性。
【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖。
【具體實(shí)施方式】
:
[0021 ]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明:
[0022]如圖1所示，一種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置，包括模塊化設(shè)計(jì)的控制器模塊、相量測量模塊、數(shù)字量模塊、時(shí)鐘模塊及電源模塊;所述相量測量模塊和數(shù)字量模塊都通過CPCI插槽與控制器模塊進(jìn)行連接;時(shí)鐘模塊為相量測量模塊和數(shù)字量模塊提供時(shí)鐘信號；電源模塊為其他模塊供電，包括主電源和備用電源，在主電源失電情況下自動(dòng)切換到備用電源供電方式;主電源電源恢復(fù)時(shí)自動(dòng)切換回主電源供電方式。
[0023]所述電源模塊還與防雷電路連接。所述電源模塊的輸入接口設(shè)有防浪涌沖擊電路。
[0024]所述控制器模塊包括相互通信的主控制器和副控制器，主控制器和副控制器都設(shè)有硬件看門狗，主控制器設(shè)有液晶接口、網(wǎng)口、SD卡及多個(gè)USB接口，副控制器與相量測量模塊、數(shù)字量模塊進(jìn)行通信。
[0025]主控制器和副控制器分別采用ARM處理器和FPGA，控制器模塊主要負(fù)責(zé)收集采集到的數(shù)據(jù)信息，對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算、分析和處理等工作，同時(shí)將有效數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和存儲等。主要功能有，存儲相量測量模塊和數(shù)字量模塊的數(shù)據(jù)信息功能；負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，完成通信與外部的通信功能;對數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理，提取組合數(shù)據(jù)功能;采集數(shù)據(jù)的本地顯示功能。FPGA將測量模塊的數(shù)據(jù)通過MLVDS總線得到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)暫存在FPGA中，待數(shù)據(jù)緩存區(qū)半滿后打包發(fā)送給ARM處理器。FPGA與ARM處理器之間的通信方式采用PCIE的方式。
[0026]所述相量測量模塊包括電壓電流互感器，電壓電流互感器連接運(yùn)放后分別通過比較器和AD轉(zhuǎn)換器連接第一控制器，所述第一控制器與所述控制器模塊和時(shí)鐘模塊連接。所述第一控制器設(shè)有硬件看門狗。
[0027]第一控制器也采用FPGA芯片，相量測量模塊主要負(fù)責(zé)于對電壓電流進(jìn)行帶有準(zhǔn)確時(shí)標(biāo)的高精度采集，由于其模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以直接通過外部精確時(shí)鐘信號進(jìn)行觸發(fā)，從硬件結(jié)構(gòu)上規(guī)避了 AD轉(zhuǎn)換延時(shí)、數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)、數(shù)據(jù)計(jì)算延時(shí)等誤差量的引入因素，充分保證相量計(jì)算的準(zhǔn)確性。FPGA負(fù)責(zé)完成AD轉(zhuǎn)換器的控制工作，F(xiàn)PGA收到時(shí)鐘信號后可以進(jìn)行分頻處理后用來觸發(fā)AD轉(zhuǎn)換器。充分保證AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間的精準(zhǔn)度，減小相角計(jì)算的誤差，使用16位的差分信號輸入AD轉(zhuǎn)換器，該AD轉(zhuǎn)換器可以對8路模擬信號進(jìn)行同步采樣保持，從芯片結(jié)構(gòu)上避免了多相采集的時(shí)間延遲問題。
[0028]采集到AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)后FPGA可以繼續(xù)進(jìn)行高速快速傅里葉變換的運(yùn)算工作，求出各通道的相角信息，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果和波形文件通過MLVDS總線將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制器模塊。
[0029]為保證瞬時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸要求，相量采集模塊設(shè)計(jì)有SMV接口，可以高效、快速的將波形數(shù)據(jù)進(jìn)行外傳，減小數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r(shí)時(shí)間。
[0030]第一控制器FPGA的主要功能為:控制AD轉(zhuǎn)換、計(jì)算相角和幅值、數(shù)據(jù)暫存、數(shù)據(jù)發(fā)送等。相量測量模塊具有8個(gè)模擬量通道，每個(gè)通道都可以配置為電流通道或電壓通道，其中電流通道的輸入電流范圍為O-1A或0-5A，電壓通道的輸入電壓范圍為0-100V或0-220V。
[0031]所述數(shù)字量模塊包括第二控制器，所述第二控制器與遙信輸入接口和遙控輸出接口連接，通過遙信輸入接口用接受外部開關(guān)的位置及動(dòng)作時(shí)刻信息，遙控輸出接口將控制命令輸出；所述第二控制器與所述控制器模塊和時(shí)鐘模塊連接。所述遙信輸入接口和遙控輸出接口設(shè)有防浪涌沖擊電路，所述第二控制器設(shè)有硬件看門狗。
[0032]第二控制器也采用FPGA芯片，數(shù)字量模塊主要用于檢測外部開關(guān)的位置及準(zhǔn)確的動(dòng)作時(shí)刻，同時(shí)可以根據(jù)控制命令輸出控制動(dòng)作，其同樣可以接受外部的高精度時(shí)鐘，因此可將開關(guān)動(dòng)作的時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確的標(biāo)定。
[0033]數(shù)字量模塊主要用來檢測遙信信息和執(zhí)行遙控動(dòng)作，每個(gè)模塊具有16路無源輸入節(jié)點(diǎn)，由于該模塊的時(shí)鐘信息也是通過時(shí)鐘單元獲取，因此可以將記錄開關(guān)動(dòng)作的時(shí)間精確的微秒級別，可以真實(shí)的反應(yīng)各開關(guān)的動(dòng)作的先后次序，便于故障的分析;遙控輸出方面，每個(gè)模塊帶有8路220V 5A的繼電器常開輸出節(jié)點(diǎn)，可以用來控制外部設(shè)備。
[0034]遙測、遙控信息除通過ARM控制器的IEC104規(guī)約進(jìn)行通信外，還可以通過本地的GOOSE接口進(jìn)行外傳，充分保證數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)效性;數(shù)字量模塊的工作由第二控制器FPGA完成控制。
[0035]所述時(shí)鐘模塊包括第三控制器，所述第三控制器與PHY芯片、GPS和北斗雙授時(shí)模塊及恒溫晶振連接。時(shí)鐘模塊主要負(fù)責(zé)為各模塊提供準(zhǔn)確的時(shí)鐘信息，時(shí)鐘模塊內(nèi)有兼容GPS和北斗授時(shí)功能的授時(shí)芯片，可以獨(dú)立為系統(tǒng)提供時(shí)鐘，可以通過網(wǎng)絡(luò)授時(shí)技術(shù)進(jìn)行時(shí)鐘校時(shí)。所述第三控制器設(shè)有硬件看門狗。第三控制器也采用FPGA芯片。
[0036]衛(wèi)星授時(shí):裝置內(nèi)部具有GPS和北斗雙授時(shí)模塊，可以通過衛(wèi)星獲取準(zhǔn)確的時(shí)鐘信息，衛(wèi)星授時(shí)可工作在GPS模式、北斗模式、GPS+北斗三種模式下，用戶可以根據(jù)需求靈活選擇。此種方式主要針對安裝位置無其他授時(shí)方式的場合。
[0037]PTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí):模塊具有PHY芯片，能夠支持IEEE1588格式的PTP網(wǎng)絡(luò)授時(shí)。
[0038]上述雖然結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，包括模塊化設(shè)計(jì)的控制器模塊、相量測量模塊、數(shù)字量模塊、時(shí)鐘模塊及電源模塊;所述相量測量模塊和數(shù)字量模塊都通過CPCI插槽與控制器模塊進(jìn)行連接;時(shí)鐘模塊為相量測量模塊和數(shù)字量模塊提供時(shí)鐘信號；電源模塊為其他模塊供電，包括主電源和備用電源，在主電源失電情況下自動(dòng)切換到備用電源供電方式;主電源電源恢復(fù)時(shí)自動(dòng)切換回主電源供電方式。2.如權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，所述電源模塊還與防雷電路連接。3.如權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，所述電源模塊的輸入接口設(shè)有防浪涌沖擊電路。4.如權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，所述控制器模塊包括相互通信的主控制器和副控制器，主控制器和副控制器都設(shè)有硬件看門狗，主控制器設(shè)有液晶接口、網(wǎng)口、SD卡及多個(gè)USB接口，副控制器與相量測量模塊、數(shù)字量模塊進(jìn)行通信。5.如權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，所述相量測量模塊包括電壓電流互感器，電壓電流互感器連接運(yùn)放后分別通過比較器和AD轉(zhuǎn)換器連接第一控制器，所述第一控制器與所述控制器模塊和時(shí)鐘模塊連接。6.如權(quán)利要求5所述的一種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，所述第一控制器設(shè)有硬件看門狗和SMV接口。7.如權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，所述數(shù)字量模塊包括第二控制器，所述第二控制器與遙信輸入接口和遙控輸出接口連接，通過遙信輸入接口用接受外部開關(guān)的位置及動(dòng)作時(shí)刻信息，遙控輸出接口將控制命令輸出；所述第二控制器與所述控制器模塊和時(shí)鐘模塊連接。8.如權(quán)利要求7所述的一種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，所述遙信輸入接口和遙控輸出接口設(shè)有防浪涌沖擊電路，所述第二控制器設(shè)有硬件看門狗。9.如權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，所述時(shí)鐘模塊包括第三控制器，所述第三控制器與PHY芯片、GPS和北斗雙授時(shí)模塊及恒溫晶振連接。10.如權(quán)利要求9所述的一種配電網(wǎng)同步數(shù)據(jù)采集裝置，其特征是，所述第三控制器設(shè)有硬件看門狗。
【文檔編號】H02J9/06GK205643572SQ201620479943
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】程新功, 趙光偉, 丁冬睿, 于明珠, 李石清, 王玉真
【申請人】北京泰科核威技術(shù)有限公司