一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置，包括霍尔传感器、数据调理变换模块、主控采集模块和数据报文定时模块，所述霍尔传感器与磁控变压器的磁控绕组相连；所述数据调理变换模块分别与电压互感器、电流互感器和霍尔传感器相连；所述主控采集模块的输入端分别与所述数据调理变换模块和数据报文定时模块相连，所述主控采集模块的输出端与所述通信接口模块相连；所述主控采集模块还连接有第一缓冲区和第二缓冲区。本发明的磁控变压器电压控制参数采集分析装置，可以及时为磁控变压器的控制装置提供决策依据，实现高速连续的电压调节，也可以通过数据报文的定时模块为数据报文设定时间标志，为电网的宏观电压控制提供决策依据。
【专利说明】
一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置，属于电力工程领域，可适用于变压器的生产制造行业，也可用于电网运行行业。
【背景技术】
[0002]近年来，电力系统中负载种类越来越多样化，如分布式太阳能发电、风能发电等新型可再生电源加入，加大了电力系统的不稳定性。采用变压器磁通控制技术来提高电网的电压控制水平，成为一种新的调压手段，而运用数字技术进行磁控变压器电参数采集及分析，成为精确、快速进行电压调节的先决条件;除此之外，高速的数字采集数据可以为电网的谐波分析提供依据。
[0003]目前存在的缺陷在于:
[0004](I)各类针对变压器的电压控制装置主要是通过改变变压器的分接头来实现，而变压器的分接头只有少数的几档，不能实现连续调节；
[0005](2)现有的一些无功补偿设备，如电容器组等，调压手段固定，没有感知和反馈的功能，也无法实现连续调节；
[0006](3)而其他具有连续电压调节能力的设备并非是变压器的必要构件。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置，内置于磁控变压器，可以及时为磁控变压器的控制装置提供决策依据，实现高速连续的电压调节，也可以通过数据报文的定时模块为数据报文设定时间标志，然后通过通信接口模块上传至电网运行部门，为电网的宏观电压控制提供决策依据。
[0008]实现上述目的的技术方案是:一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置，外接磁控变压器的磁控绕组、电压互感器、电流互感器和通信接口模块，所述电压互感器和电流互感器分别设置在磁控变压器的高压侧的交流电路上，所述采集分析装置包括霍尔传感器、数据调理变换模块、主控采集模块和数据报文定时模块，其中:
[0009]所述霍尔传感器与所述磁控变压器的磁控绕组相连；
[0010]所述数据调理变换模块分别与电压互感器、电流互感器和霍尔传感器相连；
[0011]所述主控采集模块的输入端分别与所述数据调理变换模块和数据报文定时模块相连，所述主控采集模块的输出端与所述通信接口模块相连；
[0012]所述主控采集模块还连接有第一缓冲区和第二缓冲区；
[0013]所述电压互感器和电流互感器一一对应地检测磁控变压器的高压侧的交流电压信号和交流电流信号，并一一对应地把电压信号和电流信号发送给所述数据调理变换模块；
[0014]所述霍尔传感器采集磁控变压器的磁控绕组的直流电流信号，并把直流电流信号发送给所述数据调理变换模块；
[0015]所述数据调理变换模块接收交流电压信号、交流电流信号和直流电流信号，将交流电压信号、交流电流信号和直流电流信号分别进行转换成0-3.3V的电压信号，并把0-3.3V的电压信号发送给所述主控采集模块；
[0016]所述主控采集模块采集来自数据调理变换模块的0-3.3V的电压信号，并将0-3.3V的电压信号存放在所述第一缓冲区中；
[0017]所述主控采集模块将采集的0-3.3V的电压信号依次进行数据滤波和数据分析，所述主控采集模块将完成数据分析后的计算结果存在所述第二缓冲区中，并整合时钟标记形成数据报文，所述第二缓冲区中存放多条数据报文，以便上传时调用；
[0018]所述数据报文定时模块用于对所述主控采集模块的完成数据分析后的计算结果加上时钟标记。
[0019]上述的一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置，所述数据调理变换模块包括电流电压信号转换单元、电压幅值转换单元、直流幅值转换单元、电平转换电路和阻抗变换电路，其中:
[0020]所述交流电流信号经过所述电流电压信号转换单元转换成一组3.3V的交流电压信号，所述交流电压信号经过所述电压幅值转换单元转换成另一组3.3V的交流电压信号，这两组3.3V的交流电压信号分别经过所述电平转换电路转换成为0-3.3V的电压信号，该0-3.3V的电压信号经过所述阻抗变换电路传输到所述主控采集模块；
[0021 ]所述直流电流信号经过所述流幅值转换单元转换成0-3.3V的电压信号，该0-3.3V的电压信号经过所述阻抗变换电路传输到所述主控采集模块。
[0022]上述的一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置，其中，所述主控采集模块包括A/D采样电路、数据寄存电路、DSP主控电路和数据存储电路，所述A/D采样电路、数据寄存电路、DSP主控电路和数据存储电路依次相连，所述A/D采样电路与所述DSP主控电路相连，所述A/D采样电路接收来自所述数据调理变换模块的0-3.3V的电压信号。
[0023]上述的一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置，其中，所述主控采集模块采用型号为TMS320F2812的DSP芯片。
[0024]上述的一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置，其中，所述DSP芯片的工作主频为150MHz，采样周期小于每点Iys，采样精度为12位。
[0025]上述的一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置，其中，所述数据报文定时模块采用型号为ZYM-GA85-3 V2.1的GPS时钟芯片，所述GPS时钟芯片与所述DSP主控电路相连。
[0026]本发明的磁控变压器电压控制参数采集分析装置，与现有技术相比，有益效果体现在:
[0027](I)针对电压调节的需要，提供了一种可以连续调节的方法和解决方案；
[0028](2)收集的电网参数较全面，有交直流两套数据，为软件处理算法提供了有效的依据；
[0029](3)采样周期小于每点lyS，采样精度为12位，较好地满足了磁控变压器的数据采集和分析的要求；
[0030](4)不仅可以满足电压调节的要求，还为电网的谐波分析提供的依据；
[0031](5)通过时钟标记，可以为电网的同步相量分析提供数据支持，为大数据平台提供基础数据。
【附图说明】
[0032]图1为本发明的磁控变压器电压控制参数采集分析装置的结构框图；
[0033]图2为数据调理变换模块的框图；
[0034]图3为主控采集模块的框图；
[0035]图4为数据报文定时模块的框图。
【具体实施方式】
[0036]为了使本技术领域的技术人员能更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对其【具体实施方式】进行详细地说明:
[0037]请参阅图1至图4，本发明的最佳实施例，一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置，外接磁控变压器的磁控绕组10、电压互感器PT、电流互感器CT和通信接口模块20，电压互感器PT和电流互感器CT分别设置在磁控变压器的高压侧的交流电路上。
[0038]本发明的磁控变压器电压控制参数采集分析装置包括霍尔传感器4、数据调理变换模块1、主控采集模块2和数据报文定时模块3。霍尔传感器4与磁控变压器的磁控绕组10相连;数据调理变换模块I分别与电压互感器PT、电流互感器CT和霍尔传感器4相连;主控采集模块2的输入端分别与数据调理变换模块I和数据报文定时模块3相连，主控采集模块2的输出端与通信接口模块20相连;主控采集模块2还连接有第一缓冲区A和第二缓冲区B。
[0039]电压互感器PT和电流互感器CT一一对应地检测磁控变压器的高压侧的交流电压信号和交流电流信号，并一一对应地把电压信号和电流信号发送给数据调理变换模块I;霍尔传感器4采集磁控变压器的磁控绕组10的直流电流信号，并把直流电流信号发送给数据调理变换模块I;数据调理变换模块I接收交流电压信号、交流电流信号和直流电流信号，将交流电压信号、交流电流信号和直流电流信号分别进行转换成0-3.3V的电压信号，并把0-3.3V的电压信号发送给主控采集模块2;主控采集模块2采集来自数据调理变换模块I的0-
3.3V的电压信号，并将0-3.3V的电压信号存放在第一缓冲区A中；主控采集模块2将采集的0-3.3V的电压信号依次进行数据滤波和数据分析，主控采集模块2将完成数据分析后的计算结果存在所述第二缓冲区B中，并整合时钟标记形成数据报文，所述第二缓冲区中存放多条数据报文，以便上传时调用;数据报文定时模块3用于对主控采集模块2的完成数据分析后的计算结果加上时钟标记。
[0040]再请参阅图2，数据调理变换模块I包括电流电压信号转换单元11、电压幅值转换单元12、直流幅值转换单元13、电平转换电路14和阻抗变换电路15，其中:交流电流信号经过电流电压信号转换单元11转换成一组3.3V的交流电压信号，交流电压信号经过电压幅值转换单元12转换成另一组3.3V的交流电压信号，这两组3.3V的交流电压信号分别经过电平转换电路14转换成为0-3.3V的电压信号，该0-3.3V的电压信号经过阻抗变换电路15传输到主控采集模块2;直流电流信号经过流幅值转换单元13转换成0-3.3V的电压信号，该0-3.3V的电压信号经过阻抗变换电路15传输到主控采集模块2。
[0041]主控采集模块2采用型号为TMS320F2812的DSP芯片。DSP芯片的工作主频为150MHz，采样周期小于每点Iys，采样精度为12位。再请参阅图3，主控采集模块2包括A/D采样电路21、数据寄存电路22、DSP主控电路23和数据存储电路24，A/D采样电路21、数据寄存电路22、DSP主控电路23和数据存储电路24依次相连，A/D采样电路21与DSP主控电路23相连，A/D采样电路21接收来自数据调理变换模块I的0-3.3V的电压信号。
[0042]再请参阅图4，数据报文定时模块3采用型号为ZYM-GA85-3V2.1的GPS时钟芯片，GPS时钟芯片与DSP主控电路23相连。
[0043]本发明的磁控变压器电压控制参数采集分析装置需要检测磁控变压器一次侧即高压侧的交流电压信号和交流电流信号各三路以及控绕组的直流电流信号二路，一共有8路信号，由于DSP芯片具有16路输入的功能，因此，另外8路通道可以作为备用。
[0044]交流电压信号和交流电流信号一一对应地经过电压互感器PT和电流互感器CT的变换，在二次侧的信号分别是交流100V和交流1A，直流电流信号经过霍尔传感器4即元件HX-15P的转换，在二次侧的信号是直流电压5V，因此需要将它们分别转换为3.3V的直流电压信号才能输入到数据采样模块，数据调理变换模块I的作用就是分8路通道将上述信号分别转换为合适电平的信号，而且需要带一定的驱动能力。
[0045]A/D采样电路21分别采集上述信号，对交流信号一般每周波(20ms)采集100-200点，以便进行功率因素的计算和谐波分析计算，直流信号可以每周波采数点，所采集的数据要先存放在第一缓冲区A中，以便进行数据滤波，经过数字滤波后方可进行数据分析。完成数据分析后的计算结果存在第二缓冲区B中，并整合时钟标记形成数据报文，第二缓冲区B中可以存放多条报文，以便上传时调用。
[0046]请参阅图2，在8路信号中，有三路是交流电压信号，电压幅值转换单元12分别将100V的交流信号转变为峰-峰值是3.3V的交流电压信号，而三路交流电流信号则需经过电流电压信号转换单元11，先将电流信号转换成电压信号，再转变为峰-峰值是3.3V的交流电压信号，这两组3.3V的交流电压信号在分别经过电平转换电路14，成为0-3.3V的电压信号。
[0047 ]磁控绕组的直流电流信号二路，经过霍尔元件HX-15P的转换，将一次侧的大电流转换成5V的直流电压输出，直流幅值转换单元13中相应的两个通道将信号分别转换成0-3.3V的电压信号。
[0048]上述8路信号由于驱动能力较弱，直接输入到数据采集模块不合适，因此在数据调理变换模块I中增加了一个功率放大的环节即阻抗变换电路15，增加了输入阻抗，减少了输出阻抗，解决了该问题。
[0049]请参阅图3，主控采集模块2采用TI公司的TMS320F2812，该芯片为32位的DSP芯片，片内自带12位A/D。在TMS320F2812的ADC模块含有一个12位的带有流水线的转换器，芯片的模数转换模块有2个独立的8通道，既可以分别用于EVA和EVB的转换，也可以级联成一个16通道的转换模块，最高采样频率12.5MHz，采样模式可以有多种形式，能很好地完成数据采样和数据处理的功能。
[0050]对于交流信号的采集，为了方便后续处理，一般每周波采集100-200点，可以通过软件设定，如每路每周波采集196点，则设定采样频率为9.8K，6路合计每周波采集1176点，如每路每周波采集156点，则采样频率减为7.8K，6路合计每周波采集936点。
[0051]直流信号的采样频率可以低一些，一般每路每周波几点，也是由软件确定。
[0052]为了进行功率因素的计算和谐波分析计算，所采集的数据要先存放在第一缓冲区A中，以便进行数据滤波，经过数字滤波后方可进行数据分析。
[0053]TMS320F2812具有128KX16位的片内FLASH，这部分空间均可以作为程序空间或者是数据空间，其内容也受到CSM的保护。但在实际使用中，由于系统需要采集非常多的参数，同时还需要将其存储在芯片中，内部SLASH不足以应付缓存的需求，这时就需要使用外部扩展FLASH。本系统选用的SRAM芯片为I S61LV51216。〗 S61LV51216是512K*16位的高速存储芯片。
[0054]TMS320F2812通过19位的地址线，16位的数据线，3条片选及读/写控制线与IS61LV51216相连。I S61LV51216采用I SSI公司的高性能CMOS工艺制造，性能高、功耗低，采用3.3V供电。
[0055]请参阅图4，本装置的数据报文定时模块3采用GPS时钟芯片，GPS时钟芯片采用ZYM-GA85-3 V2.1芯片，该模块采用的是NMEAO183输出协议。该协议是美国国家海洋电子协会为海用电子设备制定的标准格式，定义了电子信号所需要的传输协议，传输时间且该协议是文本格式，包括消息头、消息体、校验和和消息尾。
[0056]格式形如:$GPsss，dfl,df 2，…[CR][LF]。
[0057]其中GP标识该{目号是GPSf目号，sss为{目息内容识别码，dfI,df 2，…是{目息内容值，[CR]、[LF]分别表示回车换行。
[0058]ZYM-GA85-3 V2.1芯片定义了一个引脚来输出秒脉冲信号，DSP芯片根据两个秒脉冲信号之间的计数值，可以对时钟信号进行分频，时段精度达到毫秒，从而满足电压调控和广域同步相量分析的要求。
[0059]通过解读由串口输出的标准文本，可以获得年月日和时分秒，从而为电压调控数据报文加上准确的时钟标记。
[0060]综上所述，本发明的磁控变压器电压控制参数采集分析装置，可以精确、快速检测变压器一次侧的交流电压和电流信号各三路，磁控绕组的直流电流信号两路；内置于磁控变压器，可以及时为磁控变压器的控制装置提供决策依据，实现高速连续的电压调节，也可以通过数据报文的定时模块为数据报文设定时间标志，然后通过通信接口模块上传至电网运行部门，为电网的宏观电压控制提供决策依据。
[0061]本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
【主权项】
1.一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置，外接磁控变压器的磁控绕组、电压互感器、电流互感器和通信接口模块，所述电压互感器和电流互感器分别设置在磁控变压器的高压侧的交流电路上，其特征在于，所述采集分析装置包括霍尔传感器、数据调理变换模块、主控采集模块和数据报文定时模块，其中: 所述霍尔传感器与所述磁控变压器的磁控绕组相连； 所述数据调理变换模块分别与电压互感器、电流互感器和霍尔传感器相连； 所述主控采集模块的输入端分别与所述数据调理变换模块和数据报文定时模块相连，所述主控采集模块的输出端与所述通信接口模块相连； 所述主控采集模块还连接有第一缓冲区和第二缓冲区； 所述电压互感器和电流互感器一一对应地检测磁控变压器的高压侧的交流电压信号和交流电流信号，并一一对应地把电压信号和电流信号发送给所述数据调理变换模块；所述霍尔传感器采集磁控变压器的磁控绕组的直流电流信号，并把直流电流信号发送给所述数据调理变换模块； 所述数据调理变换模块接收交流电压信号、交流电流信号和直流电流信号，将交流电压信号、交流电流信号和直流电流信号分别进行转换成0-3.3V的电压信号，并把0-3.3V的电压信号发送给所述主控采集模块； 所述主控采集模块采集来自数据调理变换模块的0-3.3V的电压信号，并将0-3.3V的电压信号存放在所述第一缓冲区中； 所述主控采集模块将采集的0-3.3V的电压信号依次进行数据滤波和数据分析，所述主控采集模块将完成数据分析后的计算结果存在所述第二缓冲区中，并整合时钟标记形成数据报文，所述第二缓冲区中存放多条数据报文，以便上传时调用； 所述数据报文定时模块用于对所述主控采集模块的完成数据分析后的计算结果加上时钟标记。2.根据权利要求1所述的一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置，其特征在于，所述数据调理变换模块包括电流电压信号转换单元、电压幅值转换单元、直流幅值转换单元、电平转换电路和阻抗变换电路，其中: 所述交流电流信号经过所述电流电压信号转换单元转换成一组3.3V的交流电压信号，所述交流电压信号经过所述电压幅值转换单元转换成另一组3.3V的交流电压信号，这两组3.3V的交流电压信号分别经过所述电平转换电路转换成为0-3.3V的电压信号，该0-3.3V的电压信号经过所述阻抗变换电路传输到所述主控采集模块； 所述直流电流信号经过所述流幅值转换单元转换成0-3.3V的电压信号，该0-3.3V的电压信号经过所述阻抗变换电路传输到所述主控采集模块。3.根据权利要求1所述的一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置，其特征在于，所述主控采集模块包括A/D采样电路、数据寄存电路、DSP主控电路和数据存储电路，所述A/D采样电路、数据寄存电路、DSP主控电路和数据存储电路依次相连，所述A/D采样电路与所述DSP主控电路相连，所述A/D采样电路接收来自所述数据调理变换模块的0-3.3V的电压信号。4.根据权利要求3所述的一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置，其特征在于，所述主控采集模块采用型号为TMS320F2812的DSP芯片。5.根据权利要求4所述的一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置，其特征在于，所述DSP芯片的工作主频为150MHz，采样周期小于每点Iys，采样精度为12位。6.根据权利要求5所述的一种磁控变压器电压控制参数采集分析装置，其特征在于，所述数据报文定时模块采用型号为ZYM-GA85-3V2.1的GPS时钟芯片，所述GPS时钟芯片与所述DSP主控电路相连。
【文档编号】H02J13/00GK105846543SQ201610152680
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月17日
【发明人】王传勇, 韩蓬, 陈宁, 张健, 陈宇晨, 王承民, 王朋朋, 王坤, 杨凤文, 康文文, 代二刚, 孙宝峰
【申请人】国网山东省电力公司枣庄供电公司, 上海博英信息科技有限公司