一种配电网同步数据采集装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种配电网同步数据采集装置，包括模块化设计的控制器模块、相量测量模块、数字量模块、时钟模块及电源模块；所述相量测量模块和数字量模块都通过CPCI插槽与控制器模块进行连接；时钟模块为相量测量模块和数字量模块提供时钟信号；电源模块为其他模块供电，包括主电源和备用电源，在主电源失电情况下自动切换到备用电源供电方式；主电源电源恢复时自动切换回主电源供电方式。电源能同时接纳两路电源供电，并能在主电源失电情况下自动切换到备用电源供电方式。主电源电源恢复时自动切换回主电源供电方式，保障了供电的可靠性。所述电源模块设有防雷电路，保障了整个设备在雷雨天气时的安全性，不受雷击。
【专利说明】
一种配电网同步数据采集装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及数据采集技术领域，尤其涉及一种配电网同步数据采集装置。
【背景技术】
[0002]智能配电网是智能电网的重要组成部分，智能电网是融合先进的信息技术、通信技术、计算机技术的输配电基础设施高度集成、高度自动化的新型电网。智能电网的实现离不开智能配电网中对数据同步采集，配电网同步数据采集装置可以同步采集配电网的相关信息，相关电网模型的建立以及处理紧急安全问题离不开准确的信息。
[0003]目前存在的配电网同步数据采集装置大都是智能一体化设备，后期维护困难，运维成本高。另外其本身的安全稳定性有待提高，配电网同步数据采集装置的稳定运行对整个电网的稳定正常工作有重要的作用。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供了一种配电网同步数据采集装置，采用模块化设计，在各别模块出现问题时，可以方便的进行更换维修，不用更换其他模块，减少了维修的成本。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:
[0006]—种配电网同步数据采集装置，包括模块化设计的控制器模块、相量测量模块、数字量模块、时钟模块及电源模块;所述相量测量模块和数字量模块都通过CPCI插槽与控制器模块进行连接;时钟模块为相量测量模块和数字量模块提供时钟信号；电源模块为其他模块供电，包括主电源和备用电源，在主电源失电情况下自动切换到备用电源供电方式;主电源电源恢复时自动切换回主电源供电方式。
[0007]所述电源模块还与防雷电路连接。
[0008]所述电源模块的输入接口设有防浪涌冲击电路。
[0009]所述控制器模块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设有硬件看门狗，主控制器设有液晶接口、网口、SD卡及多个USB接口，副控制器与相量测量模块、数字量模块进行通信。
[0010]所述相量测量模块包括电压电流互感器，电压电流互感器连接运放后分别通过比较器和AD转换器连接第一控制器，所述第一控制器与所述控制器模块和时钟模块连接。
[0011 ]所述第一控制器设有硬件看门狗和SMV接口。
[0012]所述数字量模块包括第二控制器，所述第二控制器与遥信输入接口和遥控输出接口连接，通过遥信输入接口用接受外部开关的位置及动作时刻信息，遥控输出接口将控制命令输出;所述第二控制器与所述控制器模块和时钟模块连接。
[0013]所述遥信输入接口和遥控输出接口设有防浪涌冲击电路，所述第二控制器设有硬件看门狗。
[0014]所述时钟模块包括第三控制器，所述第三控制器与PHY芯片、GPS和北斗双授时模块及恒温晶振连接。
[0015]所述第三控制器设有硬件看门狗。
[0016]本实用新型的有益效果是:
[0017]电源能同时接纳两路电源供电，并能在主电源失电情况下自动切换到备用电源供电方式。主电源电源恢复时自动切换回主电源供电方式，保障了供电的可靠性。
[0018]所述电源模块设有防雷电路，保障了整个设备在雷雨天气时的安全性，不受雷击。
[0019]电源、遥信、遥测的输入接口均设计有防浪涌冲击电路，可以有效防止静电及浪涌的冲击;单元内部所有处理器件均设计有硬件看门狗，能够在异常状态时及时的进行重启，保证设备的连续工作性。
【附图说明】
[0020]图1为本实用新型的结构不意图。
【具体实施方式】
:
[0021 ]下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明:
[0022]如图1所示，一种配电网同步数据采集装置，包括模块化设计的控制器模块、相量测量模块、数字量模块、时钟模块及电源模块;所述相量测量模块和数字量模块都通过CPCI插槽与控制器模块进行连接;时钟模块为相量测量模块和数字量模块提供时钟信号；电源模块为其他模块供电，包括主电源和备用电源，在主电源失电情况下自动切换到备用电源供电方式;主电源电源恢复时自动切换回主电源供电方式。
[0023]所述电源模块还与防雷电路连接。所述电源模块的输入接口设有防浪涌冲击电路。
[0024]所述控制器模块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设有硬件看门狗，主控制器设有液晶接口、网口、SD卡及多个USB接口，副控制器与相量测量模块、数字量模块进行通信。
[0025]主控制器和副控制器分别采用ARM处理器和FPGA，控制器模块主要负责收集采集到的数据信息，对数据进行进一步计算、分析和处理等工作，同时将有效数据进行转发和存储等。主要功能有，存储相量测量模块和数字量模块的数据信息功能；负责将数据进行转发，完成通信与外部的通信功能;对数据进行二次处理，提取组合数据功能;采集数据的本地显示功能。FPGA将测量模块的数据通过MLVDS总线得到数据后，将数据暂存在FPGA中，待数据缓存区半满后打包发送给ARM处理器。FPGA与ARM处理器之间的通信方式采用PCIE的方式。
[0026]所述相量测量模块包括电压电流互感器，电压电流互感器连接运放后分别通过比较器和AD转换器连接第一控制器，所述第一控制器与所述控制器模块和时钟模块连接。所述第一控制器设有硬件看门狗。
[0027]第一控制器也采用FPGA芯片，相量测量模块主要负责于对电压电流进行带有准确时标的高精度采集，由于其模数转换器可以直接通过外部精确时钟信号进行触发，从硬件结构上规避了 AD转换延时、数据传输延时、数据计算延时等误差量的引入因素，充分保证相量计算的准确性。FPGA负责完成AD转换器的控制工作，FPGA收到时钟信号后可以进行分频处理后用来触发AD转换器。充分保证AD转换器转换时间的精准度，减小相角计算的误差，使用16位的差分信号输入AD转换器，该AD转换器可以对8路模拟信号进行同步采样保持，从芯片结构上避免了多相采集的时间延迟问题。
[0028]采集到AD转换数据后FPGA可以继续进行高速快速傅里叶变换的运算工作，求出各通道的相角信息，同时将计算结果和波形文件通过MLVDS总线将数据发送给控制器模块。
[0029]为保证瞬时数据的传输要求，相量采集模块设计有SMV接口，可以高效、快速的将波形数据进行外传，减小数据传输的延时时间。
[0030]第一控制器FPGA的主要功能为:控制AD转换、计算相角和幅值、数据暂存、数据发送等。相量测量模块具有8个模拟量通道，每个通道都可以配置为电流通道或电压通道，其中电流通道的输入电流范围为O-1A或0-5A，电压通道的输入电压范围为0-100V或0-220V。
[0031]所述数字量模块包括第二控制器，所述第二控制器与遥信输入接口和遥控输出接口连接，通过遥信输入接口用接受外部开关的位置及动作时刻信息，遥控输出接口将控制命令输出；所述第二控制器与所述控制器模块和时钟模块连接。所述遥信输入接口和遥控输出接口设有防浪涌冲击电路，所述第二控制器设有硬件看门狗。
[0032]第二控制器也采用FPGA芯片，数字量模块主要用于检测外部开关的位置及准确的动作时刻，同时可以根据控制命令输出控制动作，其同样可以接受外部的高精度时钟，因此可将开关动作的时间进行准确的标定。
[0033]数字量模块主要用来检测遥信信息和执行遥控动作，每个模块具有16路无源输入节点，由于该模块的时钟信息也是通过时钟单元获取，因此可以将记录开关动作的时间精确的微秒级别，可以真实的反应各开关的动作的先后次序，便于故障的分析;遥控输出方面，每个模块带有8路220V 5A的继电器常开输出节点，可以用来控制外部设备。
[0034]遥测、遥控信息除通过ARM控制器的IEC104规约进行通信外，还可以通过本地的GOOSE接口进行外传，充分保证数据的传输时效性;数字量模块的工作由第二控制器FPGA完成控制。
[0035]所述时钟模块包括第三控制器，所述第三控制器与PHY芯片、GPS和北斗双授时模块及恒温晶振连接。时钟模块主要负责为各模块提供准确的时钟信息，时钟模块内有兼容GPS和北斗授时功能的授时芯片，可以独立为系统提供时钟，可以通过网络授时技术进行时钟校时。所述第三控制器设有硬件看门狗。第三控制器也采用FPGA芯片。
[0036]卫星授时:装置内部具有GPS和北斗双授时模块，可以通过卫星获取准确的时钟信息，卫星授时可工作在GPS模式、北斗模式、GPS+北斗三种模式下，用户可以根据需求灵活选择。此种方式主要针对安装位置无其他授时方式的场合。
[0037]PTP网络授时:模块具有PHY芯片，能够支持IEEE1588格式的PTP网络授时。
[0038]上述虽然结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
【主权项】
1.一种配电网同步数据采集装置，其特征是，包括模块化设计的控制器模块、相量测量模块、数字量模块、时钟模块及电源模块;所述相量测量模块和数字量模块都通过CPCI插槽与控制器模块进行连接;时钟模块为相量测量模块和数字量模块提供时钟信号；电源模块为其他模块供电，包括主电源和备用电源，在主电源失电情况下自动切换到备用电源供电方式;主电源电源恢复时自动切换回主电源供电方式。2.如权利要求1所述的一种配电网同步数据采集装置，其特征是，所述电源模块还与防雷电路连接。3.如权利要求1所述的一种配电网同步数据采集装置，其特征是，所述电源模块的输入接口设有防浪涌冲击电路。4.如权利要求1所述的一种配电网同步数据采集装置，其特征是，所述控制器模块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设有硬件看门狗，主控制器设有液晶接口、网口、SD卡及多个USB接口，副控制器与相量测量模块、数字量模块进行通信。5.如权利要求1所述的一种配电网同步数据采集装置，其特征是，所述相量测量模块包括电压电流互感器，电压电流互感器连接运放后分别通过比较器和AD转换器连接第一控制器，所述第一控制器与所述控制器模块和时钟模块连接。6.如权利要求5所述的一种配电网同步数据采集装置，其特征是，所述第一控制器设有硬件看门狗和SMV接口。7.如权利要求1所述的一种配电网同步数据采集装置，其特征是，所述数字量模块包括第二控制器，所述第二控制器与遥信输入接口和遥控输出接口连接，通过遥信输入接口用接受外部开关的位置及动作时刻信息，遥控输出接口将控制命令输出；所述第二控制器与所述控制器模块和时钟模块连接。8.如权利要求7所述的一种配电网同步数据采集装置，其特征是，所述遥信输入接口和遥控输出接口设有防浪涌冲击电路，所述第二控制器设有硬件看门狗。9.如权利要求1所述的一种配电网同步数据采集装置，其特征是，所述时钟模块包括第三控制器，所述第三控制器与PHY芯片、GPS和北斗双授时模块及恒温晶振连接。10.如权利要求9所述的一种配电网同步数据采集装置，其特征是，所述第三控制器设有硬件看门狗。
【文档编号】H02J9/06GK205643572SQ201620479943
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】程新功, 赵光伟, 丁冬睿, 于明珠, 李石清, 王玉真
【申请人】北京泰科核威技术有限公司