本發(fā)明涉及雙電源切換控制器技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是一種基于iec61850通信協(xié)議的高精度雙電源切換控制器。

背景技術(shù)：

對(duì)于對(duì)供電要求較高的醫(yī)院、銀行、軍事等領(lǐng)域，經(jīng)常使用兩路電源，當(dāng)其中一路電源出現(xiàn)故障時(shí)，迅速切換到另一路電源供電，保證負(fù)載供電連續(xù)性。雙電源切換控制器通過(guò)采集一路（a側(cè)）和二路（b側(cè)）電源電壓、頻率、相位、相序等參數(shù)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)ats的切換，實(shí)現(xiàn)負(fù)載連續(xù)供電，目前雙電源控制器的采集精度不高，交互方式采用按鍵和lcd，交互不方便，與變電站通信是采用modbus通信協(xié)議，隨著時(shí)代發(fā)展，行業(yè)內(nèi)對(duì)雙電源控制器的精度、可靠性、穩(wěn)定性要求嚴(yán)格，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：目前雙電源控制器的采集精度不高，交互方式采用按鍵和lcd，交互不方便，與變電站通信是采用modbus通信協(xié)議，隨著時(shí)代發(fā)展，行業(yè)內(nèi)對(duì)雙電源控制器的精度、可靠性、穩(wěn)定性要求嚴(yán)格，同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：一種基于iec61850通信協(xié)議的雙電源切換控制器，包括母線電壓互感單元、母線電流互感單元、第一處理單元、雙向收發(fā)器、a側(cè)電壓互感器組、b側(cè)電壓互感器組、運(yùn)算放大電路單元、開入量采集單元、分合閘控制單元、第一rs485通信單元、第二rs485通信單元、第一控制器單元、觸摸屏和電源單元；所述第一處理單元采用型號(hào)為att7022的三相電能專用計(jì)量芯片，所述第一控制器單元采用型號(hào)為stm32f103zet6的微控制器，所述母線電壓互感單元和母線電流互感單元分別與第一處理單元連接，所述第一處理單元經(jīng)雙向收發(fā)器與第一控制器單元連接，所述a側(cè)電壓互感器組和b側(cè)電壓互感器組分別與運(yùn)算放大電路單元輸入端連接，所述運(yùn)算放大電路單元的輸出端與第一控制器單元連接，所述開入量采集單元與第一控制器單元連接，所述分合閘控制單元與第一控制器單元連接，所述第一控制器單元與第一rs485通信單元連接，所述第一控制單元通過(guò)第一rs485通信單元用于與數(shù)字化變電站通信，通信協(xié)議為iec61850，所述第一控制器單元經(jīng)第二rs485通信單元與觸摸屏連接，所述電源單元給第一處理器單元、運(yùn)算放大電路單元、開入量采集單元、分合閘控制單元、第一rs485通信單元、第二rs485通信單元、第一控制器單元和觸摸屏供電。

進(jìn)一步地，所述母線電壓互感單元包括三個(gè)母線電壓互感器、三個(gè)采樣電阻和三個(gè)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，每個(gè)母線電壓互感器的輸出端并聯(lián)一個(gè)采樣電阻后與一個(gè)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接，所述差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的輸出端與第一處理單元連接，所述差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將母線上的采樣電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)輸入第一處理單元。

進(jìn)一步地，所述母線電流互感單元包括三個(gè)母線電流互感器、三個(gè)采樣電阻和三個(gè)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，每個(gè)母線電流互感器的輸出端并聯(lián)一個(gè)采樣電阻后與一個(gè)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接，所述差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的輸出端與第一處理單元連接，所述差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將母線上的采樣電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)輸入第一處理單元。

進(jìn)一步地，所述差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一電容和第二電容，所述第一電阻和第二電阻的一端分別與母線電壓互感器的輸出端連接，所述第一電阻的另一端與第三電阻的一端、第一電容的一端、第一處理單元連接，所述第三電阻的另一端與第一處理單元連接，所述第一電容的另一端與第二電容的一端連接且接地，所述第二電阻的另一端與第四電阻的一端、第二電容的另一端、第一處理單元連接，所述第四電阻的另一端與第一處理單元連接。

進(jìn)一步地，所述雙向收發(fā)器采用型號(hào)為lj245a的雙向收發(fā)器。

進(jìn)一步地，所述a側(cè)電壓互感器組和b側(cè)電壓互感器組分別包括三個(gè)電壓互感器，所述運(yùn)算放大電路單元采用型號(hào)為mcp609的運(yùn)算放大器。

進(jìn)一步地，所述開入量采集單元用于檢測(cè)開關(guān)量，所述光耦的輸入端用于接入外部開關(guān)量，所述光耦的輸出端用于輸出可被第一控制器單元識(shí)別和處理的內(nèi)部開關(guān)量。

進(jìn)一步地，所述分合閘控制單元包括達(dá)林頓晶體管陣列和繼電器組，所述第一控制器單元與林頓晶體管陣列的一側(cè)連接，所述林頓晶體管陣列的另一側(cè)與繼電器組的控制端連接。

進(jìn)一步地，所述第一rs485通信單元和第二rs485通信單元分別包括第一反相器、第一光耦、第二反相器、方向自動(dòng)控制電路、rs485芯片、第三反相器、第二光耦和第四反相器，所述第一反相器的輸入端與第一控制器單元的tx引腳連接，所述第一反相器、第一光耦和第二反相器依次串聯(lián)，所述第二反相器輸出端一方面與rs485芯片的di端連接，另一方面與方向自動(dòng)控制電路的輸入端連接，所述方向自動(dòng)控制電路的輸出端與rs485芯片的re和de端，所述rs485芯片的ro端與第三反相器、第二光耦和第四反相器依次串聯(lián)，所述第四反相器的輸出端與第一控制器單元的rx引腳連接，所述rs485芯片的引腳a經(jīng)過(guò)電感和保險(xiǎn)絲之后連接至rs485接口的引腳a，形成rs485總線的a線；rs485芯片的引腳b經(jīng)過(guò)電感和保險(xiǎn)絲之后連接至rs485的引腳b，形成rs485總線的b線，所述電源模單元給第一光耦、方向自動(dòng)控制電路、rs485芯片和第二光耦供電。

進(jìn)一步地，所述方向自動(dòng)控制電路包括電阻r5、電阻r6、電阻r7和電容c3以及三極管q1，所述電阻r5的一端與電阻r7一端、電源單元連接，所述電阻r5的另一端與電阻r6的一端連接，所述電阻r6的另一端與三極管q1的基極連接，所述電阻r5的另一端與電容c3的一端連接，所述電容c3的另一端接地，所述電阻r5的另一端與第二反相器輸出端連接，所述電阻r7的另一端與三極管q1的集電極連接并且與rs485芯片的re和de端連接，所述三極管q1的發(fā)射極接地。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：利用母線電壓互感單元、母線電流互感單元和第一處理單元實(shí)現(xiàn)母線參數(shù)的高精度采集，第一處理單元采用型號(hào)為att7022的三相電能專用計(jì)量芯片，其精度高，抗干擾性強(qiáng)，可以采集的參數(shù)包括：母線電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、電度等，精度可以達(dá)到2‰，與此同時(shí)，減輕了第一控制器單元的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，第一控制器單元只需要處理a側(cè)電壓互感器組和b側(cè)電壓互感器組的采樣電壓，第一控制器單元有足夠的運(yùn)算能力去執(zhí)行更高級(jí)的iec61850通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與數(shù)字變電站通信，解決通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化問題，同時(shí)，第一控制器單元通過(guò)大尺寸觸摸屏實(shí)現(xiàn)用戶交互方式更加友好，避免按鍵，lcd交互不方便的問題。

附圖說(shuō)明

圖1所示為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2所示為本發(fā)明中母線電壓互感單元、母線電流互感單元和第一處理單元采取的具體應(yīng)用電路；

圖3所示為第一rs485通信單元和第二rs485通信單元采取的具體應(yīng)用電路。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1參考圖1，一種基于iec61850通信協(xié)議的雙電源切換控制器，包括母線電壓互感單元、母線電流互感單元、第一處理單元、雙向收發(fā)器、a側(cè)電壓互感器組、b側(cè)電壓互感器組、運(yùn)算放大電路單元、開入量采集單元、分合閘控制單元、第一rs485通信單元、第二rs485通信單元、第一控制器單元、觸摸屏和電源單元；所述第一處理單元采用型號(hào)為att7022的三相電能專用計(jì)量芯片，所述第一控制器單元采用型號(hào)為stm32f103zet6的微控制器，所述母線電壓互感單元和母線電流互感單元分別與第一處理單元連接，所述第一處理單元經(jīng)雙向收發(fā)器與第一控制器單元連接，所述a側(cè)電壓互感器組和b側(cè)電壓互感器組分別與運(yùn)算放大電路單元輸入端連接，所述運(yùn)算放大電路單元的輸出端與第一控制器單元連接，所述開入量采集單元與第一控制器單元連接，所述分合閘控制單元與第一控制器單元連接，所述第一控制器單元與第一rs485通信單元連接，所述第一控制單元通過(guò)第一rs485通信單元用于與數(shù)字化變電站通信，通信協(xié)議為iec61850，所述第一控制器單元經(jīng)第二rs485通信單元與觸摸屏連接，所述電源單元給第一處理器單元、運(yùn)算放大電路單元、開入量采集單元、分合閘控制單元、第一rs485通信單元、第二rs485通信單元、第一控制器單元和觸摸屏供電。

所述母線電壓互感單元、母線電流互感單元采集到母線的電壓、電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)第一處理單元運(yùn)算后，通過(guò)spi協(xié)議發(fā)送給第一控制器單元；型號(hào)為att7022的三相電能專用計(jì)量芯片，可以實(shí)現(xiàn)電壓電流有效值、電壓電流相序、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、總功率、功率因數(shù)、有功能量、無(wú)功能量、總能量等參數(shù)的計(jì)算。a側(cè)電壓互感器組和b側(cè)電壓互感器組采集到的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大電路單元放大處理后發(fā)送給第一控制器單元，第一控制器單元經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后可以得到電壓、頻率、相位、相序等參數(shù)，可以利用這些參數(shù)判斷a側(cè)、b側(cè)是否出現(xiàn)故障或者其它異常，再結(jié)合用戶設(shè)置自動(dòng)控制負(fù)載供電情況；開入量采集單元連接至第一控制器單元，把采集到的開入量信息發(fā)送給第一控制器單元；分合閘控制單元連接至第一控制器單元，接收第一控制器單元發(fā)送的分合閘信號(hào)，控制ats的分合閘操作；第一rs485通信單元連接至第一控制器單元，同時(shí)連接至數(shù)字化變電站，使用iec61850通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化變電站通信標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化需求；觸摸屏通過(guò)第二rs485通信單元連接至第一控制器單元，實(shí)現(xiàn)測(cè)量參數(shù)顯示和用戶交互，解決了傳統(tǒng)按鍵和lcd交互不方便的問題。

為了防止感應(yīng)端出現(xiàn)干擾從而影響采集的精度，所述母線電壓互感單元包括三個(gè)母線電壓互感器、三個(gè)采樣電阻和三個(gè)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，每個(gè)母線電壓互感器的輸出端并聯(lián)一個(gè)采樣電阻后與一個(gè)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接，所述差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的輸出端與第一處理單元連接，所述差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將母線上的采樣電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)輸入第一處理單元。所述母線電流互感單元包括三個(gè)母線電流互感器、三個(gè)采樣電阻和三個(gè)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，每個(gè)母線電流互感器的輸出端并聯(lián)一個(gè)采樣電阻后與一個(gè)差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接，所述差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的輸出端與第一處理單元連接，所述差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將母線上的采樣電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)輸入第一處理單元。優(yōu)先地，所述差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一電容和第二電容，所述第一電阻和第二電阻的一端分別與母線電壓互感器的輸出端連接，所述第一電阻的另一端與第三電阻的一端、第一電容的一端、第一處理單元連接，所述第三電阻的另一端與第一處理單元連接，所述第一電容的另一端與第二電容的一端連接且接地，所述第二電阻的另一端與第四電阻的一端、第二電容的另一端、第一處理單元連接，所述第四電阻的另一端與第一處理單元連接。

所述分合閘控制單元包括達(dá)林頓晶體管陣列和繼電器組，所述第一控制器單元與林頓晶體管陣列的一側(cè)連接，所述林頓晶體管陣列的另一側(cè)與繼電器組的控制端連接。

參考圖2，圖2所示了母線電壓互感單元、母線電流互感單元的具體應(yīng)用電路，其中r70、r91、r107為電壓采集模塊限流電阻，r78、r96、r111為電壓互感器模塊采樣電阻，a相采樣電壓經(jīng)過(guò)r71、r81、r67、r84、c37、c39轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)輸入att7022芯片，b相采樣電壓經(jīng)過(guò)r92、r98、r87、r100、c44、c47轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)輸入att7022芯片，c相采樣電壓經(jīng)過(guò)r108、r113、r104、r115、c53、c57轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)輸入到att7022芯片。d35、d39和d43為雙向tvs管，是預(yù)防外界干擾對(duì)電壓信號(hào)的干擾。r79、r97、r112為電流互感器模塊采樣電阻，a相采樣電流經(jīng)過(guò)r74、r83、r68、r86、c132、c38、c40轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)輸入att7022芯片，b相采樣電流經(jīng)過(guò)r93、r99、r89、r101、c133、c45、c49轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)輸入att7022芯片，c相采樣電流經(jīng)過(guò)r109、r114、r105、r116、c134、c54、c58轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)輸入到att7022芯片。d36、d40和d44為雙向tvs管，是預(yù)防外界干擾對(duì)電流信號(hào)的干擾。

具體應(yīng)用中，所述雙向收發(fā)器采用型號(hào)為lj245a的雙向收發(fā)器。所述a側(cè)電壓互感器組和b側(cè)電壓互感器組分別包括三個(gè)電壓互感器，所述運(yùn)算放大電路單元采用型號(hào)為mcp609的運(yùn)算放大器。所述開入量采集單元用于檢測(cè)開關(guān)量，光耦的優(yōu)選型號(hào)為tlp290-4，所述光耦的輸入端用于接入外部開關(guān)量，所述光耦的輸出端用于輸出可被第一控制器單元識(shí)別和處理的內(nèi)部開關(guān)量。

參考圖3所示，圖3所示了第一rs485通信單元和第二rs485通信單元采取的具體應(yīng)用電路，所述第一rs485通信單元和第二rs485通信單元分別包括第一反相器、第一光耦、第二反相器、方向自動(dòng)控制電路、rs485芯片、第三反相器、第二光耦和第四反相器，所述第一反相器的輸入端與第一控制器單元的tx引腳連接，所述第一反相器、第一光耦和第二反相器依次串聯(lián)，所述第二反相器輸出端一方面與rs485芯片的di端連接，另一方面與方向自動(dòng)控制電路的輸入端連接，所述方向自動(dòng)控制電路的輸出端與rs485芯片的re和de端，所述rs485芯片的ro端與第三反相器、第二光耦和第四反相器依次串聯(lián)，所述第四反相器的輸出端與第一控制器單元的rx引腳連接，rs485芯片的引腳a經(jīng)過(guò)電感l(wèi)2和保險(xiǎn)絲f2之后連接至rs485接口的引腳a，形成rs485總線的a線；rs485芯片的引腳b經(jīng)過(guò)電感l(wèi)1和保險(xiǎn)絲f1之后連接至rs485的引腳b，形成rs485總線的b線，其中上拉電阻r12、下拉電阻r13用于當(dāng)rs485芯片處于空閑狀態(tài)時(shí)，a線和b線處于確定的電平狀態(tài)，以提高rs485節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)的可靠性；瞬態(tài)抑制二極管d1、d2和保險(xiǎn)絲f1、f2是用來(lái)保護(hù)rs485總線在受到外界的雷擊、浪涌等干擾時(shí)損壞rs485芯片；l1、l2主要用來(lái)提高rs485模塊的emi性能，所述電源單元給反相器、第一光耦、方向自動(dòng)控制電路、rs485芯片和第二光耦供電。

所述方向自動(dòng)控制電路包括電阻r5、電阻r6、電阻r7和電容c3以及三極管q1，所述電阻r5的一端與電阻r7一端、電源單元連接，所述電阻r5的另一端與電阻r6的一端連接，所述電阻r6的另一端與三極管q1的基極連接，所述電阻r5的另一端與電容c3的一端連接，所述電容c3的另一端接地，所述電阻r5的另一端與第二反相器輸出端連接，所述電阻r7的另一端與三極管q1的集電極連接并且與rs485芯片的re和de端連接，所述三極管q1的發(fā)射極接地。

上述母線電壓互感器采用型號(hào)為zmpt112，母線電流互感器為zmpt103，rs485芯片為max485，瞬態(tài)二極管為p6ke6.8ca，保險(xiǎn)絲為lf020。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。