本实用新型涉及电力系统技术领域，具体涉及一种变电站备用电源自动投切装置。
背景技术：
在电力系统中广泛使用的变电站备用电源自动投切装置是故障状况时实现备用电源自动投入供电的一种自动控制装置，在各电压等级的线路中，备用电源自投装置实现了故障隔离和供电恢复，是保障电力系统安全稳定运行的重要二次设备之一，能有效提高电网供电的可靠性和连续性，是继电器保护的一个重要组成部分。但现有的变电站自动投切装置存在工作电源发生故障时响应及处理速度慢、抗干扰能力差、容易产生误动和漏动。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是在变电站工作电源发生故障时，变电站自动投切装置能够快速、准确的发现故障，并自动投入备用电源，目的在于提供一种变电站备用电源自动投切装置，解决当前变电站自动投切装置在发生变电站工作电源故障时响应及处理速度慢、抗干扰能力差、容易产生误动和漏动的问题。
本实用新型通过下述技术方案实现：
一种变电站备用电源自动投切装置，包括检测单元、主控单元、执行单元、通信单元、存储单元、人机界面和电源，其中，
所述检测单元包括模拟量检测单元和开关量检测单元，所述模拟量检测单元用于采集变电站二次回路电流、电压数值，并将其转化为数字量发送至主控单元的数字信号处理器，具体包括电流互感器、电压互感器、第一隔离回路、低通滤波器和A/D转换回路，电流互感器和电压互感器分别采集变电站二次回路电流和电压数值，采集的数值依次经第一隔离回路、低通滤波器、A/D转换回路处理后发送至主控单元的数字信号处理器输入端；所述开关量检测单元用于采集变电站各断路器通断信号，并将其发送至主控单元的微控制单元，具体包括智能断路器辅助触点和第二隔离回路，智能断路器的辅助触点经第二隔离回路连接主控单元的微控制单元输入端；
所述主控单元包括数字信号处理器和微控制单元，所述数字信号处理器通过通讯与微控制单元电连接，用于接收模拟量检测单元发送的变电站二次回路电流、电压数值的数字量信号，对其进行处理、计算和判断，并将计算和判断的结果发送至微控制单元；所述微控制单元与执行单元电连接，用于接收数字信号处理器和开关量检测单元发送的信号，控制执行单元；
所述执行单元包括第三隔离回路、继电器和智能断路器执行机构，所述微控制单元的输出端依次连接第三隔离回路、继电器和智能断路器执行机构，用于控制变电站主、备线路的通断；
所述通信单元与微控制单元电连接，用于变电站备用电源自动投切装置与外接总线及设备之间的指令传输和数据交换；
所述存储单元与数字信号处理器电连接，用于存储数字信号处理器运行的文件、数据和指令；
所述人机界面与微控制单元电连接，用于向微控制单元发出控制指令及显示变电站运行状态；
所述电源与检测单元、主控单元、执行单元、通信单元、存储单元、人机界面均电连接，用于给上述工作单元供电。
特别地，所述数字信号处理器采用TMS320C33芯片。
特别地，所述微控制单元采用S3C2410X32芯片。
特别地，所述变电站备用电源自动投切装置还包括第一看门狗单元和第二看门狗单元，所述第一看门狗单元与数字信号处理器电连接，用于监测数字信号处理器的运行状况，并在数字信号处理器出现死循环时将其复位；所述第二看门狗单元与微控制单元电连接，用于监测微控制单元的运行状况，并在微控制单元出现死循环时将其复位。
特别地，所述变电站备用电源自动投切装置还包括GPS时钟单元，所述GPS时钟单元与微控制单元电连接，用于从GPS卫星获得标准的时间信号，作为微控制单元的标准时间源。
特别地，所述存储单元包括FLASH和EPROM。
特别地，所述通信单元包括RS232通信单元、RS485通信单元、CAN通信单元和以太网通信单元。
特别地，所述人机界面包括STM32F103芯片、键盘、液晶显示面板和LED信号指示灯。
本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本实用新型所述一种变电站备用电源自动投切装置，该装置采集变电站运行状态的模拟量和开关量信号，模拟量信号转化为数字信号后经数字信号处理单元处理、计算和判断后发送至微控制单元，开关量信号直接发送到微控制单元，微控制单元根据接收的计算和判断的结果以及开关量信号，判断变电站工作电源运行状态，进而控制执行单元动作，实现变电站主/备电源的切换，从而实现快速发现变电站主电源故障，及时完成变电站主/备电源的切换。同时，该装置采集信号的输入和控制信号的输出均经过隔离回路，从而实现准确发现变电站主电源故障，正确完成变电站主/备电源的切换。同时，该装置还具有集成度高、结构简单、功耗低的优点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
图1为本实用新型实施例1提供的变电站备用电源自动投切装置原理框图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例1
如图1所示，图1为本实用新型实施例1提供的变电站备用电源自动投切装置原理框图。
本实施例中，所述变电站备用电源自动投切装置，包括检测单元、主控单元、执行单元、通信单元、存储单元、人机界面和电源，其中：
检测单元包括模拟量检测单元和开关量检测单元，所述模拟量检测单元用于采集变电站二次回路电流、电压数值，并将其转化为数字量发送至主控单元的数字信号处理器；所述开关量检测单元用于采集变电站各断路器通断信号，并将其发送至主控单元的微控制单元。
模拟量检测单元具体包括电流互感器、电压互感器、第一隔离回路、低通滤波器和A/D转换回路。所述电流互感器和电压互感器均设置于变电站二次回路中，分别采集变电站二次回路电流和电压数值，并将采集的数值发送至第一隔离回路。电流互感器和电压互感器发送的数值信息不能直接被数字信号处理器读取，故经第一隔离回路将其转化为相应的电位信号后进行传送。所述第一隔离回路采用电流变换器和电压变换器，同时电流变换器和电压变换器的初级和次级绕组之间设有接地的屏蔽绕组，从而保证变电站备用电源自动投切装置与变电站二次回路隔离，防止电磁干扰，提高模拟量检测的准确性，为备用电源的投切提供准确的判断依据。所述低通滤波器采用无源两级RC滤波器，经第一隔离回路转化隔离后的变电站二次回路电流和电压数值，经低通滤波器滤除其中的高频分量，防止频率混叠，获取更纯净的信号进行传送。所述A/D转换回路包括AD公司的AF7665逐次逼近型16位快速AD转换芯片，经低通滤波器滤波后的变电站二次回路电流和电压数值，经A/D转换回路转换为对应的数字量信号发送至主控单元的数字信号处理器输入端。
开关量检测单元具体包括智能断路器辅助触点和第二隔离回路。所述智能断路器包括变电站主电源智能断路器和备用电源智能断路器，分别用于切换变电站供电电源来源主电源或辅助电源。所述智能断路器设有辅助触点，用于指示断路器的分合状态，辅助触点经第二隔离回路连接主控单元的微控制单元输入端。所述第二隔离回路包括光电隔离器，防止电磁干扰，提高开关量检测的准确性，为备用电源的投切提供准确的判断依据。
主控单元包括数字信号处理器和微控制单元，所述数字信号处理器通过通讯与微控制单元电连接，用于接收模拟量检测单元发送的变电站二次回路电流、电压数值的数字量信号，对其进行处理、计算和判断，并将计算和判断的结果发送至微控制单元；所述微控制单元与开关量检测单元和执行单元均电连接，用于接收数字信号处理器和开关量检测单元发送的信号，控制执行单元。
数字信号处理器DSP的突出特点是计算能力强、精度高、总线速度快，极大缩短了数字滤波、傅里叶变换算法的计算时间。本实施例中所述数字信号处理器具体采用TI公司的TMS320C33 DSP芯片，该芯片是TI公司推出的性价比最高的浮点DSP产品，是一种特别适合进行数字信号处理和运算的微处理器，主要应用于实时快速的实现各种数字信号处理的算法，特别适合于信号处理、控制等应用领域，具有成本低、功耗低、价格低、接口方便等特点。本实施例采用其对模拟量检测单元采集并转换为数字量的变电站二次回路电流和电压信号进行转换、计算和判断，大大提高了变电站模拟量信号采集、处理的速度，进而提高了变电站主电源故障的检测速度。
所述微控制单元采用S3C2410X32芯片，S3C2410X32芯片是SAMSUNG公司基于ARM920T核的低功耗、高集成度微处理器，核心频率202MHz，独立16KB指令，哈佛结构的16KB数据缓存，并且每个缓存具有8个字长度的流水线，具有强大的性能、丰富的接口和良好的性价比。通信接口包括维护口、监控系统接口、RS232、RS485、CAN网、以太网等多种网络接口，满足各种通信的要求。微控制单元接收数字信号处理器和开关量检测单元发送的信号，判断变电站工作电源运行状态，进而控制执行单元动作。
当前的变电站备用电源自动投切装置，有的采用数字信号处理器作为主控单元，有的采用微控制单元作为主控单元，但数字信号处理器的优势在于数字信号的处理和计算，对逻辑判断的处理能力较差；而微控制单元逻辑判断的处理能力强，但数字信号的处理的速度较慢，综上所述造成当前的变电站备用电源自动投切装置在工作电源发生故障时整体响应及处理速度较慢。本实施例采用数字信号处理器进行数字信号的处理和运算，采用微控制单元进行逻辑判断的处理，充分将二者的优势相结合，从而保证本实施例所述变电站备用电源自动投切装置在工作电源发生故障时能够快速发现故障，及时完成变电站主/备电源的切换。
所述执行单元包括第三隔离回路、继电器和智能断路器执行机构，所述微控制单元的输出端依次连接第三隔离回路、继电器和智能断路器执行机构，控制变电站主、备线路的通断。微控制单元根据数字信号处理器和开关量检测单元发送的信号判断变电站工作电源运行状态，当判断的结果为正常时，发出接入工作电源指令，从而触发工作电源回路继电器和智能断路器执行机构动作，接入工作电源；当判断的结果为故障时，则发出接入备用电源指令，从而切断工作电源回路，触发备用电源回路继电器和智能断路器执行机构动作，接入备用电源。其中，微控制单元的输出端经第三隔离回路连接继电器，所述第三隔离回路采用光电隔离器，将来自微控制单元的小信号转换为大功率输出，以实现对继电器的驱动，同时保证变电站二次回路与微控制单元的隔离，防止电磁干扰，提高变电站备用电源自动投切装置动作的准确性。
所述通信单元与微控制单元电连接，包括RS232通信单元、RS485通信单元、CAN通信单元和以太网通信单元，用于变电站备用电源自动投切装置与外接总线及设备之间的指令传输和数据交换。其中，以太网作为站级总线，通过以太网通信单元连接变电站备用电源自动投切装置，实现该装置与监控系统主机间的通信。CAN总线作为过程总线，通过CAN总线通信单元连接变电站备用电源自动投切装置，实现间隔层与过程层之间的通信。
所述存储单元与数字信号处理器电连接，具体包括FLASH和EPROM，用于存储数字信号处理器运行的文件、数据和指令；所述存储单元包括FLASH和EPROM，FLASH用于存储普通数据，EPROM用于存储掉电保护的数据。
所述人机界面与微控制单元电连接，向微控制单元发出控制指令及显示变电站运行状态；所述人机界面包括STM32F103芯片、键盘、液晶显示面板和LED信号指示灯，所述键盘、液晶显示面板和LED信号指示灯均与STM32F103芯片电连接。人机界面是操作人员与装置联系的友好适用界面，其主要功能有显示变电站运行实时数据、当地控制操作、相关参数设定及进行传动试验，通过命令或数值键入完成备自投定值的输入和控制方式字的输入，通过液晶显示板和LED信号指示灯完成变电站自检结果、实时运行状况及告警信息的呈现。
所述电源与检测单元、主控单元、执行单元、通信单元、存储单元、人机界面均电连接，给上述工作单元供电。电源进行两级滤波，电源零线采用不接地的浮空方式。
变电站现场工作电磁环境恶劣，电磁干扰问题严重，数字信号处理器和微控制单元常常会受到来自外界电磁场的干扰，造成各种寄存器和内存的数据混乱，导致程序指针错误，不在程序区，取出错误的程序指令等，都会导致处理器陷入死循环，程序的正常运行被打断，最终处理器无法继续正常工作，造成整个变电站备用电源自动投切装置陷入停滞状态，发生不可预计的后果。故作为本实施例的优选实施方式，所述变电站备用电源自动投切装置还包括第一看门狗单元和第二看门狗单元，所述第一看门狗单元与数字信号处理器电连接，用于监测数字信号处理器的运行状况，并在数字信号处理器出现死循环时将其复位；所述第二看门狗单元与微控制单元电连接，用于监测微控制单元的运行状况，并在微控制单元出现死循环时将其复位，从而实现了在数字信号处理器和微控制单元出现程序跑飞状况时自动将其进行复位。
作为本实施例的优选实施方式，所述变电站备用电源自动投切装置还包括GPS时钟单元，所述GPS时钟单元与微控制单元电连接，是基于最新型GPS高精度定位授时模块开发的基础型授时应用产品，能够按照需求输出负荷规约的时间信息格式，从而完成同步授时服务，其从GPS卫星获得标准的时间信号，作为微控制单元的标准时间源。
本实用新型的技术方案，采集变电站运行状态的模拟量和开关量信号，模拟量信号转化为数字信号后经数字信号处理单元处理、计算和判断后发送至微控制单元，开关量信号直接发送到微控制单元，微控制单元根据接收的计算和判断的结果以及开关量信号，判断变电站工作电源运行状态，进而控制执行单元动作，实现变电站主/备电源的切换，从而实现快速发现变电站主电源故障，及时完成变电站主/备电源的切换。同时，该装置采集信号的输入和控制信号的输出均经过隔离回路，从而实现准确发现变电站主电源故障，正确完成变电站主/备电源的切换。同时，该装置还具有集成度高、结构简单、功耗低的优点。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。