专利名称：改进型的数字保护和控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于配电线路的改进型数字保护和控制(P&C)装置。
众所周知，数字P&C装置用于完成各种不同的任务。数字P&C装置一个最重要的功能是监测配电线路的操作状态。数字P&C装置的另一个相关的任务是根据监测的结果来控制配电线路中的主要设备(例如断开装置或者断路器等)的操作。
背景技术：
传统的数字P&C装置通常包括初级转换器，该转换器设置在配电线路中，并且通过模拟信号通道与控制单元相连。
初级转换器输出一个或多个模拟信号，该信号表示与配电线路有关的预定义的物理量(如电压和电流)的值。首先，这些模拟信号被发送给次级转换器，该转换器设置在初级转换器的下行，并且置于控制单元之外。次级转换器通过预定的模拟通道为控制单元提供具有适于电子处理幅值的模拟信号。
控制单元通常包括一个主板，它包括一个模/数(A/D)转换装置，将来自次级转换器的模拟信号转换成数字信号。主板还包括一个数字信号处理器(DSP)，它与微控制器通信并且接收这些数字信号。这样，DSP能处理所得到的数据/信息，微处理器能生成数字信号来调控数字P&C装置的操作。
传统的数字P&C装置存在一些缺陷。
第一个缺陷体现在进入控制单元的信号通常是相对“低能”的，并且信噪比相对较低。因为这些模拟信号的传输必须经过一个相对较远的距离，因此他们通常会受到电磁干扰，例如，来自模拟信号通道之间或模拟信号通道与地之间的电容和/或电感耦合。此外，由于输入模拟信号的“低能”，为了将所述的模拟通道与控制单元耦合，往往必须用高质量的并且昂贵的连接器。
另外，在传统的数字P&C装置中，采用诸如Rogowski线圈、分压器等非常规的传感器作为初级转换器是相当困难的。这些传感器能够提供模拟信号而无须减小幅值。因此，通常在使用非常规初级转换器时，需要改变次级转换器的设置，它往往需要彻底替换。显然，这需要较高的安装及操作成本。另外，在这种情况时，次级转换器的每一次变换或修改都必须要重新校准A/D转换装置。由于校准A/D转换电路会明显的影响数字P&C装置的整体性能，因此这种操作相当耗费时间并且需要专业人员的参与。
总之，由于上述缺陷，可以说传统的P&C装置在可靠性，灵活性方面以及安装/操作成本方面都没有达到一个令人满意的效果。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种数字P&C装置，能够克服上述缺陷并且能够在操作准确性，可靠性，灵活性以及安装/操作成本方面皆能达到令人满意的效果。
为此，本发明为配电线路提供了一种数字P&C装置，包括-设置在配电线路中的初级转换器，用于输出一个或多个第一模拟信号，该信号表示与配电线路有关的预定义的物理量的值；和-一个用于接收一个或多个第一模拟信号输入的控制单元，包括一个微控制器，一个与所述微控制器通信的DSP和与所述DSP通信的A/D转换装置。
本发明的数字P&C装置，其特征在于所述控制单元包括至少一个第一电路级，接收所述的一个或多个第一模拟信号的输入并输出一个或多个第一数字信号。第一电路级包括预处理器，接收所述的一个或多个第一模拟信号的输入并输出一个或多个第二模拟信号。第一电路级还包括所述的A/D转换装置，接收所述的一个或多个第二模拟信号的输入并输出所述一个或多个第一数字信号。此外所述控制单元包括一个第二电路级，它包括所述的微控制器和DSP。该第二电路级接收所述的一个或多个第一数字信号的输入并且执行对所述一个或多个第一数字信号的处理。
本发明的数字P&C装置更多的特征和优点将在下文中参照附图更好的描述，其中图1以框图方式说明了本发明的数字P&C装置；
图2以框图方式说明了表示本发明的数字P&C装置的细节；实施例描述参照图1，本发明的数字P&C装置1包括设置在配电线路3中的初级转换器2。初级转换器2用于输出一个或多个第一模拟信号4，该信号表示与配电线路3有关的预定的物理量(例如，电流和/或电压)的值。转换器2可以包括，例如，常规电流或电压传感器(如，电流或电压转换器)，或者也可以选择非常规电流或电压传感器(例如Rogoswski线圈或分压器)。
数字P&C装置1还包括控制单元5，接收第一模拟信号4的输入。控制单元5包括一个微控制器6，一个与微控制器6通信的DSP7，以及一个与DSP7通信的A/D转换装置8。控制单元5包括一个第一电路级10，接收第一模拟信号4的输入并输出一个或多个第一数字信号11。另外，控制单元5包括一个第二电路级12，接收第一数字信号11的输入并对其进行处理。第一电路级10可以方便的在一个第一专用电路板(未示出)上实现，包括预处理器13，接收第一模拟信号4的输入并输出一个或多个第二模拟信号14。第一电路级10还包括A/D转换装置8，它接收第二模拟信号14的输入并且输出第一数字信号11。第二电路级12可以方便地在一个与所述第一电路板分开放置的第二专用电路板(未示出)上实现，它包括微控制器6和DSP7。更可取的是，第一数字信号11可通过一个中间电路级(未示出)来传输。该中间电路级与第一电路级10和第二电路级12通信。中间电路级接收第一数字信号11的输入并将它们传送给第二电路级12。
中间电路级可以在中间电路板(未示出)上实现，例如背平面通信板。该背平面通信板适宜插在在所述的第一和第二电路板之间。尤为可取的是，预处理器可以包括一个适配电路16，用来接收第一模拟信号4的输入并且输出一个或多个第三模拟信号15，它们具有适于电子处理的幅值。此外，预处理器13还包括一个滤波电路17，接收第三模拟信号15的输入并且输出第二模拟信号14，就此准备进行A/D转换。
更可取的是，适配电路16包括一个第一电路块18，它包括一个次级转换器(未示出)，可方便的接收由转换器2中的常规传感器传送的模拟信号4的第一部分(未示出)。特别的是，次级转换器的目的在于减少该部分模拟信号4的幅值。在适配电路16中，最好与第一电路块18平行设置一个第二电路块19，第二电路块19的目的在于接收由转换器2中的非常规传感器传送的模拟信号4的第二部分(未示出)，而且它最好包括一个放大电路(未示出)用来提高所接收的部分模拟信号4的质量。
滤波电路17最好包括一个或多个图形保真滤波器，以输出一个改善频谱的第二模拟信号14。
我们可以看出第一电路级10配置的优点，第一模拟信号直接传入到控制单元5中。模拟信号4在传送到DSP之前在控制单元内被预处理并进行滤波。这样，电磁干扰的影响明显减少了并且所传输的模拟信号的信噪比也明显的提高。此外，也不必使用昂贵的和高质量的连接器。这一效果的实现归因于相对″高能″的信号(即，到达控制单元5之前未被调节的第一模拟信号4)被传送了相对较长的距离，而″低能量″模拟信号(即，第二或第三模拟信号14和15)在预处理器13内被传送了非常短的距离。
此外，控制单元5由于采用了适配电路16，即能够与常规的传感器连接又能够与非常规的传感器连接，而无需设置上的改变。事实上，采用预处理器13可使控制单元5适于与各种不同的初级转换器相连接。在安装控制单元5的过程中，只要正确选择输入模拟通道即可。
现在参见图2，关于A/D转换装置8的图解说明的框图。
A/D转换装置8包括一个或多个A/D转换器20，它与一个数字组合电路21通信，组合电路21用于输出第一数字信号11。转换器20可以包括如2-通道的A/D转换器，最好是∑-Δ型(通常应用于数字音频操作中)。转换器20接收两个第二模拟信号14和一个时钟信号22的输入，并且输出一个数字数据信号23及两个数字控制信号24。
时钟信号22利于确定每个A/D转换器20的采样频率，而且可直接由DSP提供。在本发明的一个优选实施例中，A/D转换器20可被组建成多个双A/D转换器组25，最好按照主-从模式进行硬件配置。这样，由数字组合电路21输出的第一数字信号11包含一个或多个数字数据信号26。每一个信号26很方便的与一个双A/D转换器组25相对应。此外，第一数字信号11还至少包括一个数字控制信号27用来控制DSP7的数据采集操作。
第一电路级10的整体结构是尤其有利的，因为它使本发明的数字P&装置实现了高度的灵活性。
实际中，控制单元5的输入模拟通道的数量可以根据实际需要而增加。由于模拟预处理是在第一电路级10单独执行的，因此并行的设置多个第一电路板，每个电路板包括一个第一电路级10是可行的。这些并行的第一电路板可以与全数字第二电路板(即，只进行数字输入和输出的电路板)中的第二电路级12进行多路传输。另外，由于A/D转换装置8是模块化结构，因此A/D转换电路的速度和效率可以根据需要而变化。
应该注意到，对外来电磁干扰的抑制也得到进一步改善。事实上，在第一和第二电路板之间只有数字信号被传输，因而很少受到电磁干扰。
再次参见图1，在本发明的一个优选实施例中，DSP7最好包括一个数字接口电路30，它最好包括多个所谓ESSI(增强型连续同步接口)端口，接受第一数字信号11的输入并且输出一个或多个第二数字信号(未示出)，该第二数字信号的信息内容最终由DSP和微控制器处理。使用数字接口30增强了对DSP的数字信号的传输。
在本发明一个另外优选的实施例中，第二电路级12可以有一个非易失性存储器31(如一个EEPROM存储器)用来存储预定义的校准数据/信息(未示出)，例如校准参数和/或者板出厂信息。DSP7和/或微控制器6可以直接访问和处理这些校准数据/信息，以便调整A/D转换装置8。该技术方案是非常有利的，因为它可以在厂家检测中(例如在不同的频率下和不同的温度下)执行一个板校准程序，并且在这个校准程序中将校准数据/信息永久的保存在存储器31中。
在P&C装置1启动时，DSP7和/或微控制器6可自动的获得校准数据/信息，并且能够相应的校准/调整A/D转换器8。这样就可不必执行校准过程了。
本发明的数字P&C装置1在实施中已经达到预期的目的和目标。
本发明的数字P&C装置1已经证实了确保具有改进的数字P&C装置的性能，尤其表现在操作准确性和安全性的方面。
此外，本发明的数字P&C装置1已经展示了它在应用中的高可靠性和高灵活性，能够极大地降低安装和操作成本。
最后，实践证明本发明的数字P&C装置是易于实现的并且在成本上是具有竞争力的。
权利要求
1.一种用于配电线路的数字P&C装置，包括-设置在配电线路中的初级转换器，用于输出一个或多个第一模拟信号，该信号表示与所述配电线路相关的预定的物理量的值；和-一个控制单元，用于接收一个或多个第一模拟信号的输入并且包括一个微控制器，一个DSP与所述微控制器通信，而A/D转换装置与所述DSP通信；其特征在于所述控制单元包括-至少一个第一电路级，用来接收所述的一个或多个第一模拟信号的输入并且输出一个或多个第一数字信号，所述第一电路级包括预处理器，用来接收所述一个或多个第一模拟信号并且输出一个或多个第二模拟信号，所述A/D转换装置用来接收所述一个或多个第二模拟信号并且输出所述一个或多个第一数字信号；和-一个第二电路级，用来接收所述一个或多个第一数字信号的输入并且处理所述一个或多个第一数字信号，所述第二电路级包括所述的微控制器和所述DSP。
2.如权利要求1所述的数字P&C装置，其特征在于所述控制单元包括一个中间电路级，与所述第一电路级和所述第二电路级通信。所述中间电路级接收所述一个或多个第一数字信号的输入并将所述一个或多个第一数字信号传送给所述第二电路级。
3.如前述一个或多个权利要求所述的数字P&C装置，其特征在于所述预处理装置包括-一个适配电路，用来接收所述一个或多个第一模拟信号的输入并且输出一个或多个适于电子处理的第三模拟信号；和-一个滤波电路，接收所述一个或多个第三模拟信号的输入并且输出一个或多个第二模拟信号。
4.如权利要求3所述的数字P&C装置，其特征在于所述的适配电路包括-一个第一电路块，用来接收和处理由常规传感器传送的所述第一模拟信号的第一部分；和-一个第二电路块，用来接收和处理由非常规传感器传送的所述第一模拟信号的第二部分。
5.如前述一个或多个权利要求所述的数字P&C装置，其特征在于所述A/D转换装置包括一个或多个A/D转换器用来与数字组合电路通信，数字组合电路用来输出所述一个或多个第一数字信号。
6.如权利要求5所述的数字P&C装置，其特征在于一个或多个所述的A/D转换器接收两个所述第二模拟信号和时钟信号的输入，并且输出一个数字数据信号及两个数字控制信号。
7.如权利要求6所述的数字P&C装置，其特征在于所述时钟信号是由所述DSP提供的。
8.如权利要求5-7所述的数字P&C装置，其特征在于所述A/D转换装置包括一个或多个双A/D转换器组，每个双A/D转换器组都按照主-从模式配置。
9.如权利要求5-8所述的数字P&C装置，其特征在于由所述数字组合电路输出的第一数字信号包括-一个或多个数字数据信号，每个所述数字数据信号对应一个双A/D转换器组；和-至少一个数字控制信号，用来控制所述DSP的数据采集操作。
10.如权利要求5-9中的一个或多个权利要求所述的数字P&C装置，其特征在于所述A/D转换器是2-通道∑-Δ型A/D转换器。
11.如前述的一个或多个权利要求所述的数字P&C装置，其特征在于所述DSP包括一个数字接口电路，用来接收所述一个或多个第一数字信号的输入并且输出一个或多个第二数字信号。
12.如前述的一个或多个权利要求所述的数字P&C装置，其特征在于所述第二电路级包括非易失性存储器用来存储校准数据/信息。
13.如权利要求12所述的数字P&C装置，其特征在于所述DSP和/或所述微控制器能够访问和处理用来调整所述A/D转换器的所述校准数据/信息。
14.如前述的一个或多个权利要求所述的数字P&C装置，其特征在于所述电路级是在一个第一电路板上实现，第二电路级是在一个与所述第一电路板分开放置的第二电路板上实现的。
15.如前述的一个或多个权利要求所述的数字P&C装置，其特征在于所述中间电路级是在一个中间通信板上实现的，它连接于所述第一电路板和所述第二电路板之间。
全文摘要
一种用于配电线路的数字P&C装置，包括设置在配电线路中的初级转换器，它为控制单元提供模拟信号，控制单元包括一个微控制器，一个与所述的微控制器通信的DSP，和与所述DSP通信的A/D转换装置。本发明的数字PC装置其特征在于所述控制单元包括至少一个第一电路级，用来接收所述模拟信号的输入并输出一个或多个数字信号。此外所述控制单元还包括一个第二电路级，它包括微控制器和DSP。该第二电路级接收数字信号的输入并且对所述数字信号的进行处理。
文档编号H02H1/00GK1461510SQ00820046
公开日2003年12月10日 申请日期2000年11月30日 优先权日2000年11月30日
发明者F·加特利, L·迪麦奥 申请人:Abb T&D技术有限公司