一种智能低压负荷自动转供控制装置及其控制方法
【专利摘要】本发明公开一种智能低压负荷自动转供控制装置及其控制方法，所述控制装置包括主处理器，与主处理器相连的存储器单元、DSP处理单元、FPGA单元、开关量输入单元、通信单元和遥控输出单元，以及为上述各单元供电的电源单元。所述控制方法通过对两条低压进线的遥信、遥测信息进行采集，当出现拉闸限电或一侧发生故障等情况时，自动进行一些逻辑判断后分合进线和母联开关，完成电源转供及恢复供电的初始状态。取代了以往依靠工作人员赶赴现场，手动操作分合开关的传统方式，大大的缩短停电时间，减少了用户的经济损失，提高了供电可靠性，同时降低了工作人员劳动强度及现场作业风险。
【专利说明】一种智能低压负荷自动转供控制装置及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种智能低压负荷自动转供控制装置及其控制方法，具有重合闸备自投功能以及恢复供电运行功能，属于电力系统自动化领域，适用于配电房、配变、箱式变双进线的监控。
【背景技术】
[0002]采用双电源供电的低压配电房，每个电源在正常供电时是分开独立供电，当出现拉闸限电或一侧发生故障等情况时，需一般需要工作人员赶赴现场手动操作，分合进线和母联开关，完成电源转供；当一侧恢复供电后，还是需要工作人员赶赴现场恢复到供电的初始状态，因此，容易造成恢复供电不及时，导致故障停电时间较长。又因为低压用户多，出现故障的几率也比较大，所以也大大影响了供电可靠性。
[0003]有鉴于此，本发明人对此进行研究，为克服上述不足，提供一种智能低压负荷自动转供控制装置及其控制方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种智能低压负荷自动转供控制装置及其控制方法，通过对两条低压进线的遥信、遥测信息进行采集，当出现拉闸限电或一侧发生故障等情况时，自动进行逻辑判断后分合进线和母联开关，完成电源转供及恢复供电的初始状态，大大地缩短停电时间。
[0005]为了实现上述目的，本发明的解决方案是:
一种智能低压负荷自动转供控制装置，包括主处理器，与主处理器相连的存储器单元、DSP处理单元、FPGA单元、开关量输入单元、通信单元和遥控输出单元，以及为上述各单元供电的电源单元，所述DSP处理单元的输入端与模拟量转换单元相连，电压、电流等模拟量经过模拟量转换单元转换后数字信号后，送入DSP处理单元进行处理，各开关状态值通过开关量输入单元输入到主处理器，主处理器通过DMA方式读取DSP处理单元内的各相关数据和计算结果，同时通过I2C接口或者串并转换接口读取开关量输入单元的各开关状态值，然后通过遥控输出单元控制各个开关状态，同时通过通信单元进行通信、维护、控制等操作。
[0006]作为优选，所述主处理器采用MCF5272通用微处理器，具体可以选择型号为MCF5272CVF66 的 32_bit 主处理器。
[0007]作为优选，所述模拟转换单元采用型号为ADS8509IDW的转换芯片。
[0008]作为优选，所述存储单元包括SRAM、SDRAM和FLASH RAM，其中，SDRAM是主处理器的工作内存；SRAM在装置掉电时，由电池给SRAM供电，保证其内部数据不丢失，用于存储重要历史数据；FLASH RAM是不挥发存储器，用于保存装置运行自举程序、操作系统、应用程序、DSP程序、配置文件等。
[0009]作为优选，所述DSP处理单元采用AD公司的高集成度单片数字信号处理器ADSP-2185。DSP使用串行口周期性地由模拟转换单元取得采样数据，然后通过数字滤波和一定的变换算法实时计算电量信号，由DMA接口传至主处理器进行处理、存储和传输。
[0010]作为优选，所述FPGA单元采用型号为APA150-TQ100I的FPGA芯片，能有效提供各种时序及逻辑关系，包括:模拟输入量的多路选择控制和定时转换；主处理器和DSP处理单元之间的接口控制；时钟电路；数字量输入时序控制。
[0011]作为优选，所述通信单元包括RS232通信口(RS232)、USB维护口(USB)、以太网口(TCP/IP)和 CAN 通信口(CAN)。
[0012]作为优选，所述智能低压负荷自动转供控制装置进一步包括一人机交互单元，所述人机交互单元采用触摸显示屏，可对进线1、进线2、母联的重合闸功能投退、变压器容量、低压分闸后等待时间、恢复供电时间、合环电压差定值、CT变比比值等进行设置，并且可以显示进线1、进线2的电压电流及功率、母联左侧右侧电压、告警信息等。
[0013]作为优选，所述电源单元使用浮地的直流电源输入，通过内部的DC/DC转换器，产生共地的+5V、+15V与-15V、及不共地的+24V直流输入作为内部逻辑电路、模拟电路及“干”接点输入光电隔离电流驱动电源，总功耗小于8W。
[0014]智能低压负荷自动转供控制装置的各个输入输出接口分别与智能低压电网2条线路的各个进线开关、母联开关、母线电压检测点、低压进线电压检测点、低压进线电流检测点等相连，当其中一条进线故障停电，智能低压负荷自动转供控制方法，具体步骤如下:
步骤1-1:备自投启动的触发条件形成:1段低压进线电压IU和I段母线电压IU’或者II段低压进线电压2U和II段母线电压2U’失压；
步骤1-2:智能低压负荷自动转供控制装置计算故障停电前#1配变和#2配变的负荷总量是否超过不停电侧配变的单台总容量，如果超过，则通过智能低压负荷自动转供控制装置人机交互单元发告警信息，中断逻辑，如果不超过，则执行下序步骤；
步骤1-3:主处理器检测失压侧进线开关是否在分位，如不在分位，通过遥控输出单元遥控强行分闸，若分闸不成功，发告警信息，中断逻辑；
步骤1-4:主处理器检测未失压侧母线电压是否有压，若无压，发送不满足备自投动作条件，中断逻辑；
步骤1-5:主处理器检测母联开关是否在分位，若合位，则发不满足备自投动作条件，中断逻辑；
步骤1-6:若母联开关在分位，延时2?30秒(步长0.1秒)后，通过遥控输出单元合母联开关。
[0015]当故障进线恢复供电后，系统接线状态恢复到低压备自投动作前状态的控制方法具体步骤如下:
步骤2-1:运行方式复原启动的触发条件:失压侧低压进线电压从无压到有压；
步骤2-2:主处理器检测从无压到有压侧低压开关是否在分位，若在合位，发不符合复原条件信息，中断逻辑；
步骤2-3:若在分位，通过遥控输出单元合从无压到有压侧的低压开关；
步骤2-4:通过遥控输出单元分母联开关，分闸成功程序结束，分闸不成功，发低压合环运行告警信息，中断逻辑。
[0016]本发明所述的智能低压负荷自动转供控制装置及其控制方法，通过对两条低压进线的遥信(遥信输入是采集各个开关的位置状态)、遥测(遥测输入是采集各个检测点的电压、电流值)信息进行采集，当出现拉闸限电或一侧发生故障等情况时，自动进行一些逻辑判断后分合进线开关和母联开关，完成电源转供及恢复供电的初始状态。取代了以往依靠工作人员赶赴现场，手动操作分合开关的传统方式，大大的缩短停电时间，减少了用户的经济损失，提高了供电可靠性，同时降低了工作人员劳动强度及现场作业风险。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实施例智能低压负荷自动转供控制装置系统框图；
图2为本实施例智能低压负荷自动转供的控制方法信号采集示意图。
具体实施例
[0018]下面结合具体的实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
[0019]下面结合图1、图2，对本实施例的一种智能低压负荷自动转供控制装置及其控制方法进行详细说明。
[0020]如图1所示，一种智能低压负荷自动转供控制装置，包括主处理器1，与主处理器I相连的存储器单元2、DSP处理单元3、FPGA单元4、开关量输入单元6、通信单元7、遥控输出单元8和人机交互单元9，以及为上述各单元供电的电源单元，所述DSP处理单元3的输入端与模拟量转换单元5相连，电压、电流等模拟量经过模拟量转换单元5转换后数字信号后，送入DSP处理单元I进行处理，各开关状态值通过开关量输入单元6输入到主处理器I，主处理器I通过DMA方式读取DSP处理单元3内的各相关数据和计算结果，同时通过I2C接口或者串并转换接口读取开关量输入单元6的各开关状态值，然后通过遥控输出单元8控制各个开关状态，同时通过通信单元7进行通信、维护、控制等操作。
[0021]在本实施例中，所述主处理器I采用MCF5272通用主处理器，除了模拟输入量采样以外，所有其它功能均由工作于66MHz的MCF5272的软件完成或协作完成，如:所有硬件初始化，包括DSP的软件下载；所有的通信和数字I/O 口处理。具体可以选择型号为MCF5272CVF66的32_bit主处理器，采用ColdFire V2内核，并采用0.13微米低功耗CMOS工艺制造，工作频率66-MHz，片内16X16032位MAC。
[0022]本实施例所述的存储单元2包括SRAM、SDRAM和FLASH RAM，其中，SDRAM是主处理器的工作内存；SRAM在装置掉电时，由电池给SRAM供电，保证其内部数据不丢失，用于存储重要历史数据；FLASH RAM是不挥发存储器，用于保存装置运行自举程序、操作系统、应用程序、DSP程序、配置文件等。
[0023]所述DSP处理单元3采用AD公司的高集成度单片数字信号处理器ADSP-2185，主振频率33MHz，内置一个DMA接口和两个串行接口，DMA接口用于和主处理器I之间传输数据，串行口用于从模拟量转换单元5获取数据。FPGA单元4中的少量逻辑电路和一对八进制锁存器完成它的外部接口。DSP还包含80K字节的RAM，可以储存32K的数据及48K的程序代码。DSP的运行程序代码储存于主电路的闪烁存储器，在系统上电初始化时，由主处理器通过DSP的DMA 口载入。DSP处理单元使用串行口周期性地由模拟量输入单元5取得采样数据，然后通过数字滤波和一定的变换算法实时计算电量信号，由DMA接口传送至主处理器I进行处理、存储和传输。
[0024]所述FPGA单元4分别与模拟量输入单元5、DSP处理单元3和主处理器I相连，FPGA单元4内部逻辑电路包括:模拟输入量的多路选择控制和定时转换；主处理器I和DSP之间的接口控制；时钟电路和数字量输入时序控制。DSP对交流输入信号的分析需要精确的采样间隔，因此由FPGA控制多路转换和A/D转换的寻址和定时，数字锁相环调整采样时钟与工频同步，主处理器I通过FPGA动态跟随工频频率的变化，保证交流量的采样周期总是128个采样点/周波。
[0025]所述通信单元7包括RS232通信口(RS232)、USB维护口(USB)、以太网口(TCP/IP)和CAN通信口(CAN)，其中，CAN通信口(CAN)为可选。
[0026]所述电源单元使用浮地的直流电源输入，通过内部的DC/DC转换器，产生共地的+5V、+15V与-15V、及不共地的+24V直流输入作为内部逻辑电路、模拟电路及“干”接点输入光电隔离电流驱动电源，总功耗小于8W。
[0027]所述人机交互单元9使用触摸显示屏，通过触摸显示屏可显示装置模拟量、状态量、保护信息、告警信息和装置常用功能设置项。面板采用6键橡胶按键，可方便用户操作。在装置面板有装置指示灯，通过运行指示灯可直接观测装置运行状态，同时可告警保护信息的广生等。
[0028]如图2所示为#1配变(#1PB)和#2配变(#2PB)接线示意图，判断进线是否有压从#1、#2变压器低压侧的电压来判断。因此，分别对进线I开关1DL、进线2开关2DL及母联开关ML 3个开关进行监测，需检测4组电压，分别为1DL、2DL前侧及ML左右两侧的三相电压。1DL、2DL、ML为框架式智能断路器，带电动操作机构。在本实施例中，智能低压负荷自动转供控制装置需要采集18路模拟量输入、3路遥控输出、12路遥信输入(遥信输入是采集开关的位置状态，遥控输出是对开关的控制)。人机交互单元9可对智能低压负荷自动转供的控制方法进线I/进线2/母联的重合闸功能投退、变压器容量、低压分闸后等待时间、恢复供电时间、合环电压差定值、CT变比比值等进行设置，并且可以显示进线I/进线2的电压电流及功率、母联左侧右侧电压、告警信息等。
[0029]当进线I故障停电，智能低压负荷自动转供控制方法具体步骤如下:
智能低压负荷自动转供控制装置的各个输入输出接口分别与智能低压电网2条线路的各个进线开关、母联开关、母线电压检测点、低压进线电压检测点、低压进线电流检测点等相连，具体为:
①遥信信息采集:进线I(JXl)开关1DL、进线2 (JX2)开关2DL、母联开关ML的开关分合信息；
②遥测信息采集:1段母线电压IU’(lUan’、lUbn’、lUcn’)和II段母线电压2U’ (2Uan’、2Ubn’、2Ucn’ )；
③遥控:进线I开关1DL、进线2开关2DL遥控分闸，母联开关ML遥控合闸。
[0030]步骤1-1:备自投启动的触发条件形成:进行I的I段低压进线电压IU和I段母线电压IU’失压；
步骤1-2:智能低压负荷自动转供控制装置计算故障停电前#1配变和#2配变的负荷总量是否超过不停电侧配变(#2配变)的单台总容量，如果超过，则通过智能低压负荷自动转供控制装置人机交互单元9发告警信息，中断逻辑，如果不超过，则执行下序步骤； 步骤1-3:主处理器I检测失压侧进线开关IDL是否在分位，如不在分位，通过遥控输出单元8遥控强行分闸，若分闸不成功，发告警信息，中断逻辑；
步骤1-4:若进线开关IDL在分位，主处理器I检测未失压侧母线电压2U’是否有压，若无压，发送不满足备自投动作条件，中断逻辑；
步骤1-5:主处理器I检测母联开关ML是否在分位，若合位，则发不满足备自投动作条件，中断逻辑；
步骤1-6:若母联开关ML在分位，延时10秒(步长0.1秒)后，通过遥控输出单元9合母联开关ML。
[0031]当故障进线恢复供电后，系统接线状态恢复到低压备自投动作前状态的控制控制方法具体步骤如下:
此时，智能低压负荷自动转供控制装置的各个输入输出接口具体为:
①遥信信息采集:进线I开关1DL、进线2开关2DL、母联开关ML的开关分合信息；
②遥测信息采集:1段低压进线电压IU(lUan、IUbnUUcn)和I段母线电压IU’(lUan’、IUbn’、IUcn ’)；II 段低压进线电压 2U(2Uan、2Ubn、2Ucn)和 II 段母线电压2U’(2Uan’、2Ubn’、2Ucn，)；#1PB 低压进线电流 ICT (IIaUIbUIc) ; #2PB 低压进线电流2CT (2Ia、2Ib、2Ic)；
③遥控信息:进线I开关1DL、进线2开关2DL、母联开关ML遥控合闸、遥控分闸。
[0032]步骤2-1:运行方式复原启动的触发条件:失压侧低压进线电压IU从无压到有压；
步骤2-2:主处理器I检测从无压到有压侧低压开关IDL是否在分位，若在合位，发不符合复原条件信息，中断逻辑；
步骤2-3:若在分位，通过遥控输出单元8合从无压到有压侧的低压开关IDL ；
步骤2-4:通过遥控输出单元8分母联开关ML，分闸成功程序结束，分闸不成功，发低压合环运行告警信息，中断逻辑。
[0033]本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
【权利要求】
1.一种智能低压负荷自动转供控制装置，其特征在于:包括主处理器，与主处理器相连的存储器单元、DSP处理单元、FPGA单元、开关量输入单元、通信单元和遥控输出单元，以及为上述各单元供电的电源单元，所述DSP处理单元的输入端与模拟量转换单元相连，电压、电流模拟量经过模拟量转换单元转换后数字信号后，送入DSP处理单元进行处理，各开关状态值通过开关量输入单元输入到主处理器，主处理器通过DMA方式读取DSP处理单元内的各相关数据和计算结果，同时通过I2C接口或者串并转换接口读取开关量输入单元的各开关状态值，然后通过遥控输出单元控制各个开关状态，同时通过通信单元进行通信、维护、控制操作。
2.如权利要求1所述的一种智能低压负荷自动转供控制装置，其特征在于:所述主处理器采用MCF5272通用微处理器；所述模拟转换单元采用型号为ADS8509IDW的转换芯片。
3.如权利要求2所述的一种智能低压负荷自动转供控制装置，其特征在于:所述主处理器具体选择型号为MCF5272CVF66的32_bit主处理器。
4.如权利要求1所述的一种智能低压负荷自动转供控制装置，其特征在于:所述存储单元包括 SRAM、SDRAM 和 FLASH RAM。
5.如权利要求1所述的一种智能低压负荷自动转供控制装置，其特征在于:所述DSP处理单元采用AD公司的高集成度单片数字信号处理器ADSP-2185。
6.如权利要求1所述的一种智能低压负荷自动转供控制装置，其特征在于:所述FPGA单元采用型号为APA150-TQ100I的FPGA芯片。
7.如权利要求1所述的一种智能低压负荷自动转供控制装置，其特征在于:所述通信单元包括RS232通信口、USB维护口、以太网口和CAN通信口。
8.如权利要求1所述的一种智能低压负荷自动转供控制装置，其特征在于:所述智能低压负荷自动转供控制装置进一步包括一人机交互单元，所述人机交互单元采用触摸显示屏。
9.如权利要求1所述的一种智能低压负荷自动转供控制装置，其特征在于:所述电源单元使用浮地的直流电源输入，通过内部的DC/DC转换器，产生共地的+5V、+15V与-15V、及不共地的+24V直流输入作为内部逻辑电路、模拟电路及“干”接点输入光电隔离电流驱动电源，总功耗小于8W。
10.一种智能低压负荷自动转供控制方法，其特征在于:智能低压负荷自动转供控制装置的各个输入输出接口分别与智能低压电网2条线路的各个进线开关、母联开关、母线电压检测点、低压进线电压检测点、低压进线电流检测点等相连，当其中一条进线故障停电，具体步骤如下: 步骤1-1:备自投启动的触发条件形成:1段低压进线电压IU和I段母线电压IU’或者II段低压进线电压2U和II段母线电压2U’失压； 步骤1-2:智能低压负荷自动转供控制装置计算故障停电前#1配变和#2配变的负荷总量是否超过不停电侧配变的单台总容量，如果超过，则通过智能低压负荷自动转供控制装置人机交互单元发告警信息，中断逻辑，如果不超过，则执行下序步骤； 步骤1-3:主处理器检测失压侧进线开关是否在分位，如不在分位，通过遥控输出单元遥控强行分闸，若分闸不成功，发告警信息，中断逻辑； 步骤1-4:主处理器检测未失压侧母线电压是否有压，若无压，发送不满足备自投动作条件，中断逻辑； 步骤1-5:主处理器检测母联开关是否在分位，若合位，则发不满足备自投动作条件，中断逻辑； 步骤1-6:若母联开关在分位，延时2?30秒(步长0.1秒)后，通过遥控输出单元合母联开关; 当故障进线恢复供电后，系统接线状态恢复到低压备自投动作前状态的控制方法具体步骤如下: 步骤2-1:运行方式复原启动的触发条件:失压侧低压进线电压从无压到有压； 步骤2-2:主处理器检测从无压到有压侧低压开关是否在分位，若在合位，发不符合复原条件信息，中断逻辑； 步骤2-3:若在分位，通过遥控输出单元合从无压到有压侧的低压开关； 步骤2-4:通过遥控输出单元分母联开关，分闸成功程序结束，分闸不成功，发低压合环运行告警信息，中断逻辑。
【文档编号】H02H3/06GK104319890SQ201410602428
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】吴敏, 孔琳玲, 陈可硕, 祝佳囡 申请人:国家电网公司, 国网浙江省电力公司, 国网浙江省电力公司绍兴供电公司