数字化电能质量监测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种数字化电能质量监测装置，其包括光纤接口、中央处理器、通信装置、人机交互装置、输出装置和网络接口；电子式互感器直接连接合并单元的输入端口，发出模拟信号的互感器通过远端模块后连接在合并单元的输入端口；合并单元的输出端口连接在光纤接口的输入端，光纤接口的输出端连接在中央处理器的输入端，中央处理器的输出端分别连接通信装置、人机交互装置和输出装置的输入端；通信装置通过网络接口连接电能质量监控后台。本实用新型可以同时解决在过程层数字化传输、分散同步采样和标准通信协议难题的面向智能电网的数字化电能质量监测装置，其成本低，使用成本低，运行可靠性高。
【专利说明】数字化电能质量监测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于供电监测【技术领域】，涉及一种用于电力系统的电能质量监测装置，尤其是涉及一种面向智能电网的在线式电能质量监测装置。
【背景技术】
[0002]随着国民经济的飞速发展，电网的用电负荷发生了质的变化。大量非线性、冲击性以及不平衡的用电设备引起的电能质量日益恶化。新能源发电(如风力发电、光伏发电等)的大规模建设，颠覆了大家对电源侧不存在电能质量问题的传统观念。
[0003]进入21世纪以来，电能质量问题在国内受到了越来越多的关注。电能质量监测成为了我国当今建设“智能电网”的一项不可或缺的关键技术，智能电网对在线式电能质量监测装置的要求主要是:应用最新的微电子、计算机及网络技术，实现广域电力系统的电能质量实时同步监测，并通过高速通信网络实现数据交互。IEC 61850标准的制定和在国内的应用推广使在线式电能质量监测装置必须满足该标准。
[0004]目前国内使用的在线式电能质量监测产品在一个独立机箱里实现了单监测点(三相电压、三相电流)或多监测点的电能质量监测。应用在智能电网中，存在如下的问题:1、没有过程层数字接口。信号采集仍然采用常规的模拟方式，而在今后的智能电网的变电站中将采用MU (合并电元)输出数字化的采样值信号，现有装置无法接口。2、无法实现多台装置之间的采样级同步。智能电网要求的光域测量系统，要求监测终端具有采样级的同步功能，以实现广域范围内(跨变电站、跨地区)的集中监测功能，如:谐波源检测、区域电能质量综合评估、暂态事件定位等。现有装置均无法满足，不具备同步接口。3、无实时、统一的通信协议。智能电网对监测装置与系统的通信接口和通信协议都有要求，要求遵循IEC 61850通信协议和采用高速以太网通信接口。目前的监测装置在通信接口上不统一，在通信协议上基本采用私有协议或是非实时的文件交互方式，通用性很差，无法满足智能电网的要求。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的就是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种可以同时解决在过程层数字化传输、分散同步采样和标准通信协议难题的面向智能电网的数字化电能质量监测装置，其成本低，使用成本低，运行可靠性高。
[0006]为完成上述目的，本实用新型的技术解决方案是:一种数字化电能质量监测装置，其包括光纤接口、中央处理器、通信装置、人机交互装置、输出装置和网络接口 ；电子式互感器直接连接合并单元的输入端口，发出模拟信号的互感器通过远端模块后连接在合并单元的输入端口 ；合并单元的输出端口连接在光纤接口的输入端，光纤接口的输出端连接在中央处理器的输入端，中央处理器的输出端分别连接通信装置、人机交互装置和输出装置的输入端；通信装置通过网络接口连接电能质量监控后台。
[0007]上述所述的光纤接口是由10BASE-FL光纤通讯接口、介质转换装置ML 4664、网络变压器STF2023和CS8900A接口组成；10BASE-FL光纤通讯接口的输出端连接介质转换装置ML 4664的输入端，介质转换装置ML-4664的输出端连接网络变压器STF2023的输入端，网络变压器STF2023的输出端连接CS8900A接口的输入端；10BASE_FL光纤通讯接口的信号输入端连接合并单元的输出端口，CS8900A接口的输出端亦即光纤接口的输出端连接中央处理器的输入端。其作用是将光信号转换成电信号并传送给中央处理器的DSP模块进行运算。
[0008]上述所述的中央处理器由ARM9模块、DSP模块和双口 RAM单元组成，其处理由光纤接口接收到的数字信号，计算出各项电能指标，并控制人机交互装置、输出装置和通信装置；ARM9模块包含同步动态随机存储器SDRAM EM63A芯片、嵌入式处理器ARM9ATMEL9261芯片和存储芯片FLASH H27U518芯片；DSP模块包含同步动态随机存储器SDRAMMT48LC32M16A芯片、数字信号处理器DSP BF518芯片和存储芯片FLASH M29W320芯片；双口RAM为双口 RAM IDT70V05芯片；光纤接口的输出端连接中央处理器的DSP模块的数字信号处理器DSP BF518芯片的输入端，DSP BF518芯片外扩SDRAM MT48LC32M16A芯片用于扩展内存，外扩FLASH H27U518芯片用于扩展存储；数字信号处理器DSP BF518芯片的输出输入端连接双口 RAM IDT70V05芯片的输入输出端，双口 RAM IDT70V05芯片的输出输入端连接ARM9模块的嵌入式处理器ARM9 ATMEL9261芯片的输入输出端，ARM9 ATMEL9261芯片外扩SDRAM EM63A芯片用于扩展内存，外扩FLASH H27U518芯片用于扩展存储；ARM9 ATMEL9261芯片的各输出端分别连接人机交互装置、输出装置和通信装置的输入端；通信装置的输出端连接网络接口 ；电压监测芯片MAX708芯片连接ARM9 ATMEL9261芯片和DSP BF518芯片，当电压低于4.4V时，产生复位信号，且复位信号能够保持200ms，有利于主控芯片进入正常工作状态后，复位才结束；电源POWER分别连接ARM9 ATMEL9261芯片和DSP BF518芯片，用于提供工作电源。
[0009]上述所述的人机交互装置为液晶显示屏和按键或键盘；输出装置9为继电器，其作用是给出无源的开关信号，用于报警或故障信息上送等处理；通信装置7和网络接口 10由DM9100APE芯片和RJ45接口组成，其作用是将中央处理器需要传输的数据传送到电能质量后台或者是接收电能质量后台下发的命令。
[0010]本实用新型最大的特点是用光纤接口替代原有的采样电路，电能质量装置无需AD采样环节，直接采用IEC61850-9-2LE协议通过光纤采集互感器的数字信号，并将数字信号传送给中央处理器进行计算。采用光纤传输采样信号的实时性好，同步性强，抗干扰性能力强，能够适用于各种复杂电磁环境。可以同时解决在过程层数字化传输、分散同步采样和标准通信协议难题的面向智能电网的数字化电能质量监测装置，其成本低，使用成本低，运行可靠性高。可广泛应用于新建数字化变电站和传统变电站改造工程中。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型的系统框图；
[0012]图2为本实用新型的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]下面将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的描述。
[0014]如图1所示:本实施例数字化电能质量监测装置11包括光纤接口 5、中央处理器6、通信装置7、人机交互装置8、输出装置9和网络接口 10。如图2所示:光纤接口 5是由IOBASE-FL光纤通讯接口、介质转换装置ML 4664、网络变压器STF2023和CS8900A接口组成，其作用是将光信号转换成电信号并传送给DSP模块进行运算。中央处理器6由AIM9模块、DSP模块和双口 RAM单元组成，其作用是处理由光纤接口 5接收到的数字信号，计算出各项电能指标，并控制人机交互装置、输出装置和通信装置，是本实用新型的数字化电能质量监测装置的核心处理单元。ARM9模块包含同步动态随机存储器SDRAM EM63A芯片、嵌入式处理器ARM9 ATMEL9261芯片和存储芯片FLASH H27U518芯片。DSP模块包含同步动态随机存储器SDRAM MT48LC32M16A芯片、数字信号处理器DSP BF518芯片和存储芯片FLASH M29W320芯片。双口 RAM为双口 RAM IDT70V05芯片。通信装置7和网络接口 10由DM9100APE芯片和RJ45接口组成，其作用是将中央处理器需要传输的数据传送到电能质量后台或者是接收电能质量后台下发的命令。人机交互装置8为液晶显示屏和按键或键盘。输出装置9为继电器，其作用是给出无源的开关信号。ARM9 ATMEL9261芯片和DSP BF518芯片还与电压监测芯片MAX708芯片连接，当电压低于4.4V时，产生复位信号，且复位信号能够保持200ms，在主控芯片进入正常工作状态后，复位才结束。电源POWER分别连接ARM9ATMEL9261芯片和DSP BF518芯片，用于提供工作电源。
[0015]如图1和图2所示:在实际的智能电网的数字化变电站中，电子式互感器I将采样信号通过光纤传输到合并单元4，合并单元4再通过光纤将采样信号传输到电能质量监测装置11的光纤接口 5。传统变电站中，传统发出模拟信号的互感器2通过加装远端模块3将采样信号由电信号转换成光信号再通过光纤传输到合并单元4，合并单元4再通过光纤将采样信号传输到数字化电能质量监测装置11的光纤接口 5。数字化电能质量装置的光纤接口 5通过光纤接收从合并单元4传送来的光信号，本信号遵守IEC61850-9-2LE协议。光纤接口 5中的10BASE-FL为光纤通讯接头，通过介质转换装置ML 4664、网络变压器STF2023连接CS8900A接口，将采集互感器的数字信号传送给DSP BF518进行计算。所述DSP BF518芯片用于计算电能质量的各项参数。另外，DSP BF518外扩SDRAM MT48LC32M16A芯片用于扩展内存，外扩FLASH M29W320芯片用于扩展存储。所述DSP BF518芯片完成电能质量的各项参数的计算后，将各项电能质量参数存放在双口 RAM IDT70V05芯片中。双口RAM IDT70V05芯片的两套总线接口分别与DSP BF518芯片和ARM9 ATMEL9261芯片连接，用于各项电能质量参数从DSP BF518芯片传递到ARM9 ATMEL9261芯片。ARM9 ATMEL9261芯片通过双口 RAM IDT70V05芯片将电能质量参数提取出来后进行各项处理，包括通过液晶显示屏实时显示各项电能质量参数、进行数据的越限判断处理、数据打包进行通信等等，也就是控制通信装置7、人机交互装置8和输出装置9。另外，ARM9 ATMEL9261芯片外扩SDRAMEM63A芯片用于扩展内存，外扩FLASH H27U518芯片用于扩展存储。人机交互装置8为液晶显示屏和键盘。输出装置9为继电器，其作用是给出无源的开关信号，用于报警或故障信息上送等处理。通信装置7和网络接口 10由DM9100APE芯片和RJ45接口组成，其作用是将中央处理器6需要传输的数据传送到电能质量后台或者是接收电能质量后台下发的命令。MAX708芯片连接ARM9 ATMEL9261芯片和DSP BF518芯片，所述MAX708芯片是电压监测芯片，当电压低于4.4V时，产生复位信号，且复位信号能够保持200ms，有利于主控芯片进入正常工作状态后，复位才结束。电源分别连接ARM9芯片和DSP518，用于提供工作电源。
[0016]本实施例用于智能电网的数字化变电站中，从属于间隔层设备，与过程层与变电站层交互。电能质量装置无需AD采样环节，直接通过IEC61850-9-2LE协议采集互感器的数字信号，通过光纤接口将数据数字信号传送给中央处理器进行计算。采样信号的实时性好，同步性强，抗干扰性能力强，能够适用于各种复杂电磁环境。
[0017]最后说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型技术方案的精神和范围。
【权利要求】
1.一种数字化电能质量监测装置，其特征在于:其包括光纤接口、中央处理器、通信装置、人机交互装置、输出装置和网络接口 ；电子式互感器直接连接合并单元的输入端口，发出模拟信号的互感器通过远端模块后连接在合并单元的输入端口 ；合并单元的输出端口连接在光纤接口的输入端，光纤接口的输出端连接在中央处理器的输入端，中央处理器的输出端分别连接通信装置、人机交互装置和输出装置的输入端；通信装置通过网络接口连接电能质量监控后台。
2.根据权利要求1所述的数字化电能质量监测装置，其特征在于:所述的光纤接口是由10BASE-FL光纤通讯接口、介质转换装置ML 4664、网络变压器STF2023和CS8900A接口组成；IOBASE-FL光纤通讯接口的输出端连接介质转换装置ML 4664的输入端，介质转换装置ML-4664的输出端连接网络变压器STF2023的输入端，网络变压器STF2023的输出端连接CS8900A接口的输入端；IOBASE-FL光纤通讯接口的信号输入端连接合并单元的输出端口，CS8900A接口的输出端亦即光纤接口的输出端连接中央处理器的输入端。
3.根据权利要求1或2所述的数字化电能质量监测装置，其特征在于:所述的中央处理器由ARM9模块、DSP模块和双口 RAM单元组成，其处理由光纤接口接收到的数字信号，计算出各项电能指标，并控制人机交互装置、输出装置和通信装置；ARM9模块包含同步动态随机存储器SDRAM EM63A芯片、嵌入式处理器ARM9 ATMEL9261芯片和存储芯片FLASHH27U518芯片；DSP模块包含同步动态随机存储器SDRAM MT48LC32M16A芯片、数字信号处理器DSP BF518芯片和存储芯片FLASH M29W320芯片；双口 RAM为双口 RAM IDT70V05芯片；光纤接口的输出端连接中央处理器的DSP模块的数字信号处理器DSP BF518芯片的输入端，DSP BF518芯片外扩SDRAM MT48LC32M16A芯片和FLASH H27U518芯片；数字信号处理器DSPBF518芯片的输出输入端连接双口 RAM IDT70V05芯片的输入输出端，双口 RAM IDT70V05芯片的输出输入端连接ARM9模块的嵌入式处理器ARM9 ATMEL9261芯片的输入输出端，ARM9ATMEL9261 芯片外扩 SDRAM EM63A 芯片和 FLASH H27U518 芯片；ARM9 ATMEL9261 芯片的各输出端分别连接人机交互装置、输出装置和通信装置的输入端；通信装置的输出端连接网络接口 ；电压监测芯片MAX708芯片连接ARM9 ATMEL9261芯片和DSP BF518芯片，当电压低于4.4V时，产生复位信号，且复位信号能够保持200ms ；电源POWER分别连接ARM9 ATMEL9261芯片和DSP BF518芯片。
4.根据权利要求3所述的数字化电能质量监测装置，其特征在于:所述的人机交互装置为液晶显示屏和按键或键盘；输出装置为继电器，其作用是给出无源的开关信号，用于报警或故障信息上送处理；通信装置和网络接口由DM9100APE芯片和RJ45接口组成，其作用是将中央处理器需要传输的数据传送到电能质量后台或者是接收电能质量后台下发的命令。
5.根据权利要求1或2所述的数字化电能质量监测装置，其特征在于:所述的人机交互装置为液晶显示屏和按键或键盘；输出装置为继电器，其作用是给出无源的开关信号，用于报警或故障信息上送处理；通信装置和网络接口由DM9100APE芯片和RJ45接口组成，其作用是将中央处理器需要传输的数据传送到电能质量后台或者是接收电能质量后台下发的命令。
【文档编号】H04L29/06GK203519746SQ201320664831
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】刘搏卿, 张朝亮, 尹宏伟 申请人:保定华源电气新技术开发有限公司