專利名稱：一種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實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、精密實驗儀器、變頻調(diào)速設(shè)備、可編程邏輯控制器、各種自動生產(chǎn)線以及計算機系統(tǒng)等對電源特性變化敏感性負荷呈逐年上升趨勢，對電能質(zhì)量的要求不斷提高。對敏感用戶(如半導體制造企業(yè))而言，幾十毫秒的電壓暫降就可能導致設(shè)備損壞、生產(chǎn)線停產(chǎn)，造成巨大經(jīng)濟損失。與此同時，分布式能源、沖擊性和干擾性負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，嚴重威脅電力系統(tǒng)的安全運行和用電設(shè)備的正常工作。針對敏感負荷電能質(zhì)量控制問題，國內(nèi)外開展了電能質(zhì)量控制產(chǎn)品的研究制造。但是，電能質(zhì)量控制裝置還沒有形成標準化的產(chǎn)品，并且主要停留在低壓小容量范圍，中國實用新型專利“低諧波電源質(zhì)量控制系統(tǒng)”(實用新型專利號ZL201020133972公開號CN201656479)公開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)包含檢測裝置、電力調(diào)整裝置、阻性負載裝置。檢測裝置接收來自于阻性負載裝置的反饋信號。檢測裝置輸出的控制信號可以用電壓或電流為信號。電力調(diào)整裝置接收到所述控制信號后，以比例方式輸出驅(qū)動電壓。所述比例方式為在連續(xù)輸出時間間隔輸出全功率驅(qū)動電壓，并在連續(xù)不輸出時間間隔停止輸出全功率驅(qū)動電壓。阻性負載裝置接收驅(qū)動電壓后，輸出反饋信號到檢測裝置。以比例方式在連續(xù)輸出時間間隔輸出全功率驅(qū)動電壓，并在連續(xù)不輸出時間間隔停止輸出全功率驅(qū)動電壓，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，也沒有解決電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的系統(tǒng)級監(jiān)控的技術(shù)問題。

實用新型內(nèi)容本實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)保護單元，解決電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的系統(tǒng)級監(jiān)控的技術(shù)問題，完成對電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置主要電氣量的測量，實現(xiàn)對設(shè)備的操作和運行狀態(tài)的監(jiān)視和控制，實現(xiàn)對主電路設(shè)備的保護。本實用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護單元，通過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)保護單元包括第一數(shù)字信號處理器，第二數(shù)字信號處理器，雙端口 RAM模塊，開關(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)字信號處理器和第二數(shù)字信號處理器，分別連接到雙端口 RAM模塊的左口和右口，并通過雙端口 RAM模塊連接到開關(guān)量輸入輸出接口 ；所述的第一數(shù)字信號處理器，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)字信號處理器，連接到第二 EtherCAT從站控制器。本實用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護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)字信號處理器，通過所述的雙端口 RAM模塊與第二數(shù)字信號處理器 雙向連接。本實用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護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)字信號處理器和第二數(shù)字信號處理器，通過所述的DIDO通道連接到開關(guān)量輸入輸出接口。本實用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護單元的一種改進的技術(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)保護單元還包括以太網(wǎng)接口模塊，所述的第一數(shù)字信號處理器，通過以太網(wǎng)接口模塊連接到本地或遠程的監(jiān)控終端。本實用新型的有益效果是I.本實用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護單元，采用雙高速數(shù)字信號處理器芯片，大大增強了核心控制器的處理能力；采用實時串行以太網(wǎng)(EtherCAT)總線技術(shù)，傳送速率高，可實現(xiàn)報文硬件校驗，且無信息沖突。2.通過采用FPGA模擬雙端口 RAM連接實現(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實時記錄的要求。3.基于以太網(wǎng)通信技術(shù)，使本實用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護單元具有良好的擴展功能和有遠程監(jiān)控功能。

圖I是本實用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護單元的主電路圖；圖2是本實用新型的電能質(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號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)保護單元，814-故障錄波單元，815-開關(guān)量輸入單元，816-開關(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，920-PC監(jiān)控終端，8131-第一數(shù)字信號處理器，8132-第二數(shù)字信號處理器，8133-雙端口 RAM模塊，8134-開關(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。
具體實施方式
為了能更好地理解本實用新型的上述技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖和實施例進行進一步詳細描述。圖I是本實用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護單元的主電路圖，調(diào)節(jié)保護單元813通過主控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、錄波、回放等功能的控制，參見圖2。調(diào)節(jié)保護單元813包括第一數(shù)字信號處理器8131，第二數(shù)字信號處理器8132，雙端口 RAM模塊8133、開關(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)字信號處理器8131和第二數(shù)字信號處理器8132，分別連接到雙端口 RAM模塊8133的左口和右口，并通過雙端口 RAM模塊8133連接到開關(guān)量輸入輸出接口 8134 ;第一數(shù)字信號處理器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)字信號處理器8132，連接到第二 EtherCAT從站控制器8137。在本實用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護單元的一個實施例中，雙端口 RAM模塊8133是FPGA構(gòu)成的可編程雙端口 RAM，第一數(shù)字信號處理器8131，通過雙端口 RAM模塊8133與第二數(shù)字信號處理器8132雙向連接?？删幊屉p端口 RAM模塊8133包含DIDO通道，第一數(shù)字信號處理器8131和第二數(shù)字信號處理器8132，通過所述的DIDO通道連接到開關(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)的一個實施例主電路圖，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、開關(guān)量輸入單元815和開關(guān)量輸出單元816 ;本實用新型的調(diào)節(jié)保護單 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的交流電壓信號輸入端，通過電壓互感器(PT)連接到三相電網(wǎng)100，PTCT輸入單元812的交流電流信號輸入端，通過電流互感器(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)，通過第二 EtherCAT從站控制器8137連接到調(diào)節(jié)保護單元813。開關(guān)量輸入單元815，通過光耦或光纖隔離，連接到三相電網(wǎng)100 ;開關(guān)量輸入單元815，經(jīng)由LVDS接口，通過開關(guān)量輸入輸出接口 8134連接到調(diào)節(jié)保護單元813。調(diào)節(jié)保護單元813，通過開關(guān)量輸入輸出接口 8134，經(jīng)由LVDS接口連接到開關(guān)量輸出單元816，并通過開關(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分別對應(yīng)連接到電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置800的每個功率單元，主控子系統(tǒng)810通過通訊耦合子系統(tǒng)820分別連接到每個調(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)保護單元813經(jīng)由光耦或者光纖隔離，通過第一 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，通過模塊EtherCAT網(wǎng)絡(luò)，連接到故障錄波單元814。當電力設(shè)備發(fā)生遙信變位，電力保護設(shè)備或智能電力儀表會自動記錄下變位時間、變位原因等，形成事件順序記錄，以便于事后分析，一般簡稱為SOE(Sequence ofEvent)記錄。調(diào)節(jié)保護單元813經(jīng)由主控EtherCAT網(wǎng)絡(luò),通過第二 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)生或需要時記錄或回放各個電氣量的變化情況，傳輸、存儲和顯示錄波數(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，通過以太網(wǎng)接口和以太網(wǎng)交換機910，連接到本地或遠程PC監(jiān)控終端920。調(diào)節(jié)保護單元813可以通過以太網(wǎng)接口模塊8135，連接到本地或遠程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所示的本實用新型的電能質(zhì)量調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)保護單元的實施例中，第一數(shù)字信號處理器8131采用Tl公司的TMS320F28335型數(shù)字信號處理器，第二數(shù)字信號處理器8132采用32位高速浮點型DSP芯片TMS320C6713 ;雙端口 RAM模塊8133采用現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)XC3S500E，可編程雙端口 RAM模塊8133包含DIDO通道，通過開關(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的兩個端口可以作為耦合器，通過光纖收發(fā)器AFBR-5803ATZ轉(zhuǎn)換成光信號實現(xiàn)不同子系統(tǒng)之間的連接。第二 EtherCAT從站控制器8136通過ET1100將以太網(wǎng)的物理接口轉(zhuǎn)為LVDS，直接接入主控子系統(tǒng)內(nèi)部的LVDS信號線。此外，第一數(shù)字信號處理器8131還預(yù)留一個232接口和一個CAN接口備用。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當認識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新型的技術(shù)方案，而并非用作為對本實用新型的限定，任何基于本實用新型的實質(zhì)精神對以上所述實施例所作的變化、變型，都將落在本實用新型的權(quán)利要求的保護范圍內(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)保護單元，通過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)保護單元包括第一數(shù)字信號處理器，第二數(shù)字信號處理器，雙端口 RAM模塊，開關(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)字信號處理器和第二數(shù)字信號處理器，分別連接到雙端口 RAM模塊的左口和右口，并通過雙端口 RAM模塊連接到開關(guān)量輸入輸出接口 ； 所述的第一數(shù)字信號處理器，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)字信號處理器，通過所述的雙端口 RAM模塊與第二數(shù)字信號處理器雙向連接。
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)字信號處理器和第二數(shù)字信號處理器，通過所述的DIDO通道連接到開關(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)保護單元還包括以太網(wǎng)接口模塊，所述的第一數(shù)字信號處理器，通過以太網(wǎng)接口模塊連接到本地或遠程的監(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)裝置的操作和運行狀態(tài)的監(jiān)視和控制，通過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)字信號處理器，雙端口RAM模塊，開關(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)字信號處理器，分別連接到雙端口RAM模塊的左口和右口，并通過雙端口RAM模塊連接到開關(guān)量輸入輸出接口，第一和第二數(shù)字信號處理器，連接到以太網(wǎng)接口模塊和第一和第二EtherCAT從站控制器。該裝置大大增強了核心控制器的處理能力，實現(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實時記錄的要求。
文檔編號H02J13/00GK202550682SQ20122013907
公開日2012年11月21日 申請日期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, 劉雋, 包海龍, 張宇, 樸紅艷 申請人:上海市電力公司