專利名稱：基于dsp的電力系統(tǒng)分布式故障錄波裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)故障檢測錄波裝置，尤其是一種基于DSP的高性能分布 式電力故障錄波裝置，屬于電力供應(yīng)配套設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)的故障錄波裝置是常年投入監(jiān)視電力系統(tǒng)運(yùn)行狀況的一種自動(dòng)記錄裝
置，它可以記錄因短路故障、系統(tǒng)振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等大擾動(dòng)引起的系統(tǒng)電流、系統(tǒng)
電壓及其導(dǎo)出量，如系統(tǒng)頻率、有功、無功的全過程變化現(xiàn)象，同時(shí)還記錄繼電保護(hù)與安全
自動(dòng)裝置的動(dòng)作行為。性能優(yōu)良的故障錄波器對(duì)保證電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行具有非常重
要的作用。80年代后，微機(jī)型故障錄波器在電力系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，錄波器的故障記
錄進(jìn)入已經(jīng)成為分析事故發(fā)生原因，幫助尋找故障點(diǎn)，迅速處理事故，特別是分析繼電保護(hù)
動(dòng)作行為的依據(jù)。目前，它已成為電力系統(tǒng)自動(dòng)化及系統(tǒng)管理的重要組成部分。 國內(nèi)對(duì)故障錄波裝置的研制和開發(fā)已經(jīng)有多年的歷史，早期的錄波裝置有機(jī)電式
錄波裝置、光纖式錄波裝置和采用固態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的錄波裝置，目前很多場合使用的錄波
器正逐漸由基于PC機(jī)的集中式錄波器向基于微處理器的分布式錄波器發(fā)展，集中式系統(tǒng)
除了其固有的體積大、安裝不靈活等缺陷外，還存在如下主要問題a、同一個(gè)廠站內(nèi)，系統(tǒng)
采集器往往具有單一的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，在數(shù)據(jù)尚未轉(zhuǎn)存的情況下，若系統(tǒng)又發(fā)生新的故障，受
動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器容量的限制，往往采用簡化記錄甚至覆蓋以前故障的方法，因此在現(xiàn)場，經(jīng)常出
現(xiàn)由于誤啟動(dòng)覆蓋故障記錄的問題，沒有起到故障錄波系統(tǒng)的作用；b、對(duì)遠(yuǎn)方錄波主站來
說，由于各個(gè)廠站故障錄波裝置數(shù)據(jù)采集不同步，給分析系統(tǒng)故障，特別是超高壓環(huán)網(wǎng)或聯(lián)
絡(luò)線故障帶來很大的困難。與集中式故障錄波系統(tǒng)不同，分布式故障錄波系統(tǒng)的錄波數(shù)據(jù)
分布存儲(chǔ)在各個(gè)錄波裝置中，在錄波結(jié)束后，轉(zhuǎn)發(fā)到遠(yuǎn)方的錄波主站中。分布式故障錄波裝
置克服了上述集中式的很多缺陷，而且適應(yīng)電力自動(dòng)化技術(shù)光纖化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)。近
幾年，很多分布式故障錄波裝置多以單片機(jī)為前置機(jī)，以工控機(jī)為后臺(tái)機(jī)的模塊化結(jié)構(gòu)，其
錄波數(shù)據(jù)存入工控機(jī)硬盤中，但是，采用單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算和判斷難以提高數(shù)據(jù)
采集的速度和精度，難以保證裝置的準(zhǔn)確啟動(dòng)錄波，難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能和多種通信能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種基于DSP的電力系統(tǒng) 分布式故障錄波裝置，以期檢測錄波能力更為強(qiáng)大、從而使故障檢測錄波裝置功能更為完 善、速度更快、精度更高，更好地滿足電力行業(yè)迅速發(fā)展的需求。
本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案 本發(fā)明基于DSP的電力系統(tǒng)分布式故障錄波裝置的特點(diǎn)是以數(shù)字信號(hào)處理器DSP 為核心控制單元，所述數(shù)字信號(hào)處理器DSP的外圍模塊包括交流采樣模塊、開關(guān)量輸入模 塊、電壓/電流信號(hào)調(diào)理電路、過零點(diǎn)檢測電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、CAN通訊模塊、RS485通訊 模塊、RS232通訊模塊、以太網(wǎng)控制模塊、GPS同步時(shí)鐘、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、開關(guān)量輸出模塊、電源模塊、指示燈/按鍵模塊和LCD顯示模塊； 所述交流采樣模塊通過設(shè)置有電流互感器CT和電壓互感器PT的電壓/電流信號(hào) 調(diào)理電路與被測電網(wǎng)耦合，以所述電壓/電流信號(hào)調(diào)理電路對(duì)被監(jiān)測信號(hào)依次進(jìn)行CT/PT 變換、濾波和分壓處理，處理后的信號(hào)以差分方式輸入交流采樣模塊中的多片級(jí)聯(lián)采樣芯 片AD73360進(jìn)行采樣，所述多片級(jí)聯(lián)采樣芯片AD73360的采樣輸出數(shù)據(jù)由數(shù)字信號(hào)處理器 DSP存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊； 以所述數(shù)字信號(hào)處理器DSP接受啟動(dòng)錄波的控制信號(hào)，并啟動(dòng)錄波；在啟動(dòng)錄波 后，通過數(shù)字信號(hào)處理器DSP的SPI接口將故障錄波數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的外擴(kuò)SDRAM 轉(zhuǎn)存入存儲(chǔ)SD卡內(nèi)，故障錄波數(shù)據(jù)通過RS485總線或以太網(wǎng)上傳至遠(yuǎn)方錄波主站，各錄波 裝置之間是以CAN接口相互級(jí)聯(lián)。 本發(fā)明基于DSP的電力系統(tǒng)分布式故障錄波裝置的特點(diǎn)也在于 在未啟動(dòng)錄波時(shí)，所述數(shù)字信號(hào)處理器DSP按照采樣率si將采集數(shù)據(jù)更新在所述
外擴(kuò)SDRAM中的A段數(shù)據(jù)緩存區(qū)；錄波啟動(dòng)后，所述數(shù)字信號(hào)處理器DSP按照采樣率s2將
采樣數(shù)據(jù)存入緊隨A段數(shù)據(jù)緩存區(qū)后的地址空間中，并且有s2 > si ;以接入故障信號(hào)的
錄波裝置作為主錄波裝置，在故障條件被檢出后由所述主錄波裝置控制其余各錄波裝置的
采樣頻率。 所述交流采樣模塊中的級(jí)聯(lián)采樣芯片AD73360與數(shù)字信號(hào)處理器DSP的高速同步 緩沖接口 McBSP連接，設(shè)置McBSP的FIFO有效，來自所述DSP接收通道的數(shù)據(jù)將被進(jìn)行棧 式緩存，緩存的數(shù)據(jù)在達(dá)到設(shè)置的值后，所述DSP以中斷方式取走緩存的數(shù)據(jù)，完成采樣數(shù) 據(jù)接收。 將所述數(shù)據(jù)信號(hào)處理器DSP的GPI0F輸入/輸出接口分別配置為用于RS232、 RS485總線通信以及CAN總線通信的功能接口 。 所述以太網(wǎng)控制模塊采用W5100網(wǎng)絡(luò)芯片，所述W5100網(wǎng)絡(luò)芯片的相應(yīng)引腳分別
與所述數(shù)字信號(hào)處理器DSP的地址線AB、數(shù)據(jù)線DB和控制線CB連接。 在所述各錄波裝置之間采用基于GPS定位系統(tǒng)的同步采樣，在任一錄波裝置滿足
錄波起動(dòng)判據(jù)后，以起動(dòng)脈沖信號(hào)同步起動(dòng)各錄波裝置。 已有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果 1、本發(fā)明通過選用AD采樣芯片AD73360與高速、高精度DSP芯片TMS320F2812 相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)供電線路的實(shí)時(shí)、高速、多通道數(shù)據(jù)采集，該AD采樣芯片分辨率為16位、 6通道，各通道有自己獨(dú)立的AD轉(zhuǎn)換器，通道間延時(shí)小，同步性好，采樣數(shù)據(jù)串行輸出，其輸 出端可與DSP的高速多通道緩沖串行口 McBSP配合，完成數(shù)據(jù)高速傳輸，而且AD73360采用 了 E _ A A/D轉(zhuǎn)換原理，所以具有良好的抗混疊性能，裝置對(duì)模擬信號(hào)前端濾波器的要求不 高，使電路結(jié)構(gòu)趨于簡潔； 2、本發(fā)明由于利用SD卡與DSP芯片的SPI接口完成大容量錄波數(shù)據(jù)以文件方式 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速存儲(chǔ)，滿足了龐大的錄波數(shù)據(jù)對(duì)存儲(chǔ)空間的要求； 3、本發(fā)明利用單片DSP芯片為核心器件，建立起多路互為備用的遠(yuǎn)程通信方式， 有RS485通信、CAN通信以及以太網(wǎng)通信，其中利用帶有硬件協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)控制芯片W5100 實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)高速遠(yuǎn)程傳輸，使得軟件開發(fā)時(shí)間大大縮短，可靠性也得到提高；
4、本發(fā)明裝置為消除非周期分量的影響，可以采用基于準(zhǔn)同步采樣的DFT變換實(shí)現(xiàn)諧波分析，同時(shí)通過Hilbert濾波方法計(jì)算無功量，具有很高的可靠性和準(zhǔn)確度，在編程 時(shí)力求有效、快速地實(shí)現(xiàn)這些復(fù)雜的算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的綜合、統(tǒng)計(jì)等各種監(jiān)測與錄波功 能，滿足電力行業(yè)迅速發(fā)展的需求。 5、本發(fā)明采用的DSP運(yùn)算速度快，所以可以實(shí)現(xiàn)豐富的錄波啟動(dòng)方式，包括模擬 量啟動(dòng)、開關(guān)量啟動(dòng)、手動(dòng)啟動(dòng)和遠(yuǎn)方啟動(dòng)四種基本方式，其中模擬量啟動(dòng)方式含模擬量及 其派生量的突變量啟動(dòng)、過量啟動(dòng)和欠量啟動(dòng)方式。 6、各錄波裝置之間采用基于GPS定位系統(tǒng)的同步采樣，全球定位系統(tǒng)GPS能夠提 供誤差在1 P S以內(nèi)的高精度時(shí)鐘，而且采樣模塊的采樣脈沖信號(hào)可以在每個(gè)整秒被GPS的 秒脈沖信號(hào)同步1次，并為相應(yīng)的采樣值打上時(shí)間標(biāo)記(分、秒)，因此為各種裝置提供了共 同的時(shí)間基準(zhǔn)。


圖1、圖2分別為本發(fā)明的兩種不同的網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本發(fā)明的硬件總體結(jié)構(gòu)框圖。 圖4為本發(fā)明中多片級(jí)聯(lián)的采樣芯片與DSP的接口電路圖。 圖5為本發(fā)明中測量電路原理圖，是以單片AD采樣芯片的單通道為代表，其余部 分結(jié)構(gòu)相同。 圖6為本發(fā)明中F2812與W5100硬件接口電路。
具體實(shí)施例方式
本實(shí)施例選用TMS320F2812芯片，充分利用其豐富的內(nèi)部資源。TMS320F2812具 有一個(gè)高速同步串行通信接口 SPI，兩個(gè)異步串行通信接口 SCIA、 SCIB，改進(jìn)的局域網(wǎng)絡(luò) eCAN，多通道緩沖串行口 McBSP。其中McBSP 口具有特色的FIFO單元使得通信操作變得更 為可靠、快速、編程更加方便。 如圖1、圖2，具體實(shí)施可以用四種通信方式，RS232總線、RS485總線，CAN總線和 以太網(wǎng)。圖1中，以一個(gè)裝置為主設(shè)備，其它裝置為從設(shè)備，主從設(shè)備之間有兩種互為備用 的通信方式，分別為RS485總線通信方式和CAN總線通信方式，通過主設(shè)備的以太網(wǎng)接口 通過路由器接入廣域網(wǎng)。圖2中，各錄波裝置不分主從，通過各裝置上的以太網(wǎng)接口直接由 路由器接入廣域網(wǎng)。F2812內(nèi)部集成了兩個(gè)異步串行通信接口 SCIA，SCIB，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 通用的RS232和RS485標(biāo)準(zhǔn)接口 ，可以按國家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)104規(guī)約或自定義規(guī)約與子站 通信，可以通過CAN總線實(shí)現(xiàn)與多個(gè)就地監(jiān)測裝置通信，通過RS232總線通信方式與上位機(jī) 通信。 如圖3，本實(shí)施例中，對(duì)于需要監(jiān)測的信號(hào)通過電壓/電流互感器PT/CT變換、電阻 取樣和電容濾波變換為適合采集的交流信號(hào)，然后輸入AD轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換，帶時(shí) 標(biāo)的采樣值序列將存入RAM，同時(shí)對(duì)需要監(jiān)測的信號(hào)做過零點(diǎn)檢測，以獲得其頻率。
錄波器沒有啟動(dòng)時(shí)，采樣率為8kHz， DSP采集到的數(shù)據(jù)在經(jīng)過計(jì)算、判斷后就用來 更新RAM中的一段數(shù)據(jù)緩存區(qū)，該區(qū)域大小可由用戶設(shè)定，錄波器啟動(dòng)后這段數(shù)據(jù)作為錄 波記錄的A段。以24個(gè)模擬輸入量為例，記錄故障前7個(gè)周波，則A段數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間為 24X (8kHz/50Hz) X7X4 = 105kB，通過AD級(jí)聯(lián)最多可擴(kuò)充為48個(gè)模擬輸入量，這時(shí)A段數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間為48X (8kHz/50Hz) X7X4 = 210kB，采用一片256kB的RAM很容易滿足要 求。 錄波器啟動(dòng)后，利用數(shù)據(jù)記錄的間隙完成數(shù)據(jù)傳送的任務(wù)，同時(shí)采樣率由8kHz提 高到16kHz，錄波器將這批數(shù)據(jù)存入緊隨A段后的地址空間中，待上位機(jī)有空閑后作為B段 數(shù)據(jù)存入SD卡中，并通過RS485(備用)或以太網(wǎng)上傳至遠(yuǎn)方錄波主站。在進(jìn)入D、E時(shí)段 后，采樣率恢復(fù)到8kHz。在有多個(gè)分布式裝置的情況下，接入故障信號(hào)的分布式裝置被作 為主錄波裝置，當(dāng)故障條件被檢出后由該裝置控制其余分布式裝置的采樣頻率。裝置通過 RS232接口與上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)裝置的就地維護(hù)；通過CAN總線，實(shí)現(xiàn)多個(gè)分布式故障檢測 錄波裝置的級(jí)聯(lián)。
具體電路詳細(xì)介紹如下
1、裝置的主控電路實(shí)現(xiàn) 對(duì)于豐富的錄波啟動(dòng)方式和多種通信能力，需要大量快速的數(shù)字信號(hào)處理，而DSP 芯片作為整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，必須要具有豐富的內(nèi)部資源和易于擴(kuò)展的外部硬件接口。 本實(shí)施例選用TI公司的C2000系列中控制能力很強(qiáng)的DSP芯片TMS320F2812，其內(nèi)部集成 有128KX16的Flash和18KX16的單訪問周期RAM，大量的通用或?qū)Ｓ?/0，同時(shí)集成多通 道緩沖串行口 McBSP、UART通用異步串行口、SPI串行外圍接口、SCI串行通訊接口、CAN控 制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)和看門狗等常用的外圍接口電路。TMS320F2812內(nèi)部集成了 CAN總線模塊， 完全兼容CAN2. OB標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，速度可達(dá)1M。具有32個(gè)可編程消息郵箱，可運(yùn)行于低功耗模 式，可編程總線喚醒，對(duì)遠(yuǎn)程請(qǐng)求消息自動(dòng)應(yīng)答，仲裁丟失或傳送出錯(cuò)后自動(dòng)重發(fā)。本裝置 利用其自帶的增強(qiáng)型CAN控制器ECAN設(shè)計(jì)CAN總線硬件與下位機(jī)通信。ECAN對(duì)外接口弓| 腳CANTXA和CANRXA經(jīng)過光電耦合器的隔離后，外接CAN總線接口芯片共同構(gòu)成CAN總線 通信單元。 2 、裝置的數(shù)據(jù)采集電路實(shí)現(xiàn) 為了提高錄波精度及監(jiān)測實(shí)時(shí)性，本實(shí)施例結(jié)合DSP的多通道緩沖串行口 McBSP 的特點(diǎn)，采用多通道、高分辨率16位、同步串口的AD采樣芯片AD73360，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。由 于所選擇的AD采樣芯片和TMS320F2812型DSP都支持工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的六線同步串行接口 ，所以 二者之間的接口電路非常簡單。TMS320F2812的McBSP是一種同步串行接口 ，支持多種通 信方式和SPI方式，可以比較靈活地進(jìn)行配置，使用方便，尤其是用兩個(gè)16級(jí)、32位的FIF0 代替DMA直接存儲(chǔ)器存儲(chǔ)方式，可節(jié)省大量時(shí)間以用于內(nèi)部數(shù)據(jù)處理。
3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊實(shí)現(xiàn) 本實(shí)施例通過外擴(kuò)SDRAM來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。但由于模擬量的輸入通道數(shù)較多、采樣率 高時(shí)，需要處理的數(shù)據(jù)就比較龐大，尤其在出現(xiàn)故障時(shí)，需要了解故障前后多個(gè)周波的數(shù) 據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)更為龐大，基于這種情況，本實(shí)施例中結(jié)合DSP的SPI接口 ，采用SD卡來存儲(chǔ) 數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)容量大，讀取速度快。SD卡有兩種總線模式，即SD總線模式和SPI總線模式。 其中SD總線模式采用四條數(shù)據(jù)線并傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸速率高，但是傳輸協(xié)議雜，而用軟 件方法模擬SD總線又比較繁瑣，并會(huì)降低SD卡數(shù)據(jù)傳輸速率；而SPI總線模式只有一條 數(shù)據(jù)傳輸線，盡管數(shù)據(jù)傳輸速率較低，但是SPI總線模式的傳輸協(xié)議簡單，易于實(shí)現(xiàn)，而且 TMS320F2812具有一個(gè)高速SPI接口 ，為此本設(shè)計(jì)可采用SPI總線模式。SPI總線主要通過 三根線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸同步時(shí)鐘線SCK，主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI，另外還有一條低電平有效從機(jī)片選線CS。 SPI系統(tǒng)的片選信號(hào)以及同步 時(shí)鐘脈沖由主機(jī)提供。 如圖4，本實(shí)施例通過多片AD73360級(jí)聯(lián)實(shí)現(xiàn)對(duì)多路模擬信號(hào)的高速同步采樣， AD73360是6通道模擬輸入的16位串行可編程A/D轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部有8個(gè)控制寄存器，分 別為CRA、 CRB、 CRC、 CRD、 CRE、 CRF、 CRG、 CRH。由于采用E - AA/D轉(zhuǎn)換原理，具有良好的內(nèi) 置抗混疊性能，所以對(duì)模擬前端濾波器的要求不高，用一階RC低通濾波器就能滿足要求； AD73360能保證六路模擬信號(hào)同時(shí)采樣，在變換過程中延遲很小，并且無須CPU干預(yù)，有效 地減少了由于采樣時(shí)間不同而產(chǎn)生的相位誤差。每個(gè)通道可以允許從直流到4kHz的模擬 信號(hào)通過，且能提供77dB的信噪比。由于其采樣率和輸入信號(hào)增益都是可編程的，當(dāng)輸 入時(shí)鐘為16. 384MHz時(shí)，采樣率可分別設(shè)置為8kHz、16kHz、32kHz、64kHz ;增益可在OdB到 38dB之間選擇，因而它既適合于大信號(hào)的應(yīng)用，也適合于小信號(hào)的應(yīng)用。AD73360還可以多 片級(jí)聯(lián)使用，從而擴(kuò)充模擬輸入的通道數(shù)，最多可級(jí)聯(lián)8片即48個(gè)通道。級(jí)聯(lián)芯片數(shù)量與 最高采樣率關(guān)系如下
級(jí)聯(lián)芯片數(shù)2345678
公式計(jì)算采樣率上限(KHz)82. 7452. 7242. 0133. 7128. 0524. 1621. 16
芯片可取采樣率fs(KHz)64/32 /16/832/16/832/16/832/16/816/816/816/8
工頻信號(hào)每周波采樣點(diǎn)數(shù)N1280/640 /320/160640/320 /160640/320 /160640/320 /160320 /160320 /160320 /160 對(duì)AD73360的控制簡單，只需完成其內(nèi)部8個(gè)控制寄存器的初始化后，即可進(jìn)入 采樣狀態(tài)，而無需CPU干涉，選用AD73360芯片很好地滿足了多路故障錄波的設(shè)計(jì)要求。 AD73360與DSP TMS320F 2812之間通過串口連接，接口電路極其簡單。在TMS320F2812依次 寫入各片AD73360各控制寄存器的控制字后，AD73360便可進(jìn)入數(shù)據(jù)模式或混合模式開始 對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行同步采樣，并采用時(shí)分多用技術(shù)將各通道采樣數(shù)據(jù)依次送入TMS320F2812 中進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。AD73360在這種方式下的級(jí)聯(lián)方式相當(dāng)于其內(nèi)部各個(gè)ADC的一種延 續(xù)，當(dāng)四片級(jí)聯(lián)時(shí)可以看成組成一片具有24個(gè)通道的AD73360，由于具有一致的匿CLK，且 各通道之間的延時(shí)小， 一般為(25*M) uS (M為AD芯片級(jí)聯(lián)的數(shù)量)，所以級(jí)聯(lián)的AD采樣芯片 之間具有很好的同步性。 圖5為本實(shí)施例中測量電路原理圖，多路電壓、多路電流分別經(jīng)過電壓互感器PT、 電流互感器CT變換、電阻取樣和電容濾波變換為適合采集的交流信號(hào)，然后以差分方式輸 入AD轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換。 圖6為F2812與W5100硬件接口電路，通過網(wǎng)絡(luò)芯片W5100實(shí)現(xiàn)與以太網(wǎng)之間的 遠(yuǎn)程通信。W5100是WIZnet公司2006年最新推出的固件網(wǎng)絡(luò)芯片，它是在W3150A+的基 礎(chǔ)上，集成了以太網(wǎng)物理層RTL8201CP核，因此W5100集TCP/IP協(xié)議棧、以太網(wǎng)MAC和PHY 為一體。W5100支持TCP、UDP、 ICMP、 IGMP、 IPv4、 ARP、PPPoe、Ethernet等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；支持4 個(gè)獨(dú)立的Socket通信，內(nèi)部16K字節(jié)的發(fā)送/接收緩沖區(qū)可快速進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，最大通信速率達(dá)到25Mbps ;支持直接并行總線接口、間接并行總路線接口以及SPI串行總線接口方 式，可以很方便地與各種單片機(jī)或DSP連接。使用W5100不需要考慮以太網(wǎng)的控制，只需要 進(jìn)行簡單的端口 Socket編程。
權(quán)利要求
基于DSP的電力系統(tǒng)分布式故障錄波裝置，其特征是以數(shù)字信號(hào)處理器DSP為核心控制單元，所述數(shù)字信號(hào)處理器DSP的外圍模塊包括交流采樣模塊、開關(guān)量輸入模塊、電壓/電流信號(hào)調(diào)理電路、過零點(diǎn)檢測電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、CAN通訊模塊、RS485通訊模塊、RS232通訊模塊、以太網(wǎng)控制模塊、GPS同步時(shí)鐘、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、開關(guān)量輸出模塊、電源模塊、指示燈/按鍵模塊和LCD顯示模塊；所述交流采樣模塊通過設(shè)置有電流互感器CT和電壓互感器PT的電壓/電流信號(hào)調(diào)理電路與被測電網(wǎng)耦合，以所述電壓/電流信號(hào)調(diào)理電路對(duì)被監(jiān)測信號(hào)依次進(jìn)行CT/PT變換、濾波和分壓處理，處理后的信號(hào)以差分方式輸入交流采樣模塊中的多片級(jí)聯(lián)采樣芯片AD73360進(jìn)行采樣，所述多片級(jí)聯(lián)采樣芯片AD73360的采樣輸出數(shù)據(jù)由數(shù)字信號(hào)處理器DSP存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊；以所述數(shù)字信號(hào)處理器DSP接受啟動(dòng)錄波的控制信號(hào)，并啟動(dòng)錄波；在啟動(dòng)錄波后，通過數(shù)字信號(hào)處理器DSP的SPI接口將故障錄波數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的外擴(kuò)SDRAM轉(zhuǎn)存入存儲(chǔ)SD卡內(nèi)，故障錄波數(shù)據(jù)通過RS485總線或以太網(wǎng)上傳至遠(yuǎn)方錄波主站，各錄波裝置之間是以CAN接口相互級(jí)聯(lián)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的電力系統(tǒng)分布式故障錄波裝置，其特征是在未啟 動(dòng)錄波時(shí)，所述數(shù)字信號(hào)處理器DSP按照采樣率sl將采集數(shù)據(jù)更新在所述外擴(kuò)SDRAM中的 A段數(shù)據(jù)緩存區(qū)；錄波啟動(dòng)后，所述數(shù)字信號(hào)處理器DSP按照采樣率s2將采樣數(shù)據(jù)存入緊 隨A段數(shù)據(jù)緩存區(qū)后的地址空間中，并且有s2 > sl ;以接入故障信號(hào)的錄波裝置作為主 錄波裝置，在故障條件被檢出后由所述主錄波裝置控制其余各錄波裝置的采樣頻率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的電力系統(tǒng)分布式故障錄波裝置，其特征是所述交 流采樣模塊中的級(jí)聯(lián)采樣芯片AD73360與數(shù)字信號(hào)處理器DSP的高速同步緩沖接口 McBSP 連接，設(shè)置McBSP的FIFO有效，來自所述DSP接收通道的數(shù)據(jù)將被進(jìn)行棧式緩存，緩存的數(shù) 據(jù)在達(dá)到設(shè)置的值后，所述DSP以中斷方式取走緩存的數(shù)據(jù)，完成采樣數(shù)據(jù)接收。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的電力系統(tǒng)分布式故障錄波裝置，其特征是將所述 數(shù)據(jù)信號(hào)處理器DSP的GPIOF輸入/輸出接口分別配置為用于RS232、RS485總線通信以及 CAN總線通信的功能接口。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的電力系統(tǒng)分布式故障錄波裝置，其特征是所述以 太網(wǎng)控制模塊采用W5100網(wǎng)絡(luò)芯片，所述W5100網(wǎng)絡(luò)芯片的相應(yīng)引腳分別與所述數(shù)字信號(hào) 處理器DSP的地址線AB、數(shù)據(jù)線DB和控制線CB連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的電力系統(tǒng)分布式故障錄波裝置，其特征是在所 述各錄波裝置之間采用基于GPS定位系統(tǒng)的同步采樣，在任一錄波裝置滿足錄波起動(dòng)判據(jù) 后，以起動(dòng)脈沖信號(hào)同步起動(dòng)各錄波裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于DSP的電力系統(tǒng)分布式故障錄波裝置，其特征是以數(shù)字信號(hào)處理器DSP為核心控制單元，數(shù)字信號(hào)處理器DSP的外圍模塊包括交流采樣模塊、開關(guān)量輸入模塊、電壓/電流信號(hào)調(diào)理電路、過零點(diǎn)檢測電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、CAN通訊模塊、RS485通訊模塊、RS232通訊模塊、以太網(wǎng)控制模塊、GPS同步時(shí)鐘、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、開關(guān)量輸出模塊、電源模塊、指示燈/按鍵模塊和LCD顯示模塊。本發(fā)明具有更為加大的檢測錄波能力，使故障檢測錄波功能更為完善、速度更快、精度更高，更好地滿足電力行業(yè)迅速發(fā)展的需求。
文檔編號(hào)H02J13/00GK101777796SQ201010046548
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者周儉節(jié), 李林, 楊銳俊, 金冶夫, 陶維青 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué);上海科大魯能集成科技有限公司