專利名稱：高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置。
背景技術(shù)：
高壓輸電線路故障后的電流行波和電壓行波中包含了豐富的故障信息可以作為故障檢測的依據(jù)。行波保護不受電流互感器飽和影響，不受電力系統(tǒng)振蕩的影響，不受輸電線路充電電容電流的影響，不受輸電線路串聯(lián)電容器及并聯(lián)電抗器的影響，不受過渡電阻的影響，是繼電保護技術(shù)發(fā)展的重要方向之一。而故障后的電壓行波和電流行波信號是一個頻譜范圍很寬的信號，為了對電壓行波和電流行波進行準確的采集，保護裝置必須有足夠高的數(shù)據(jù)采樣率(IMHz左右)，且需要處理的數(shù)據(jù)量大，同時繼電保護對數(shù)據(jù)處理的速度又有很高的要求，傳統(tǒng)的基于工頻電氣量的微機保護平臺已經(jīng)不能滿足行波保護的高速數(shù)據(jù)采集及大數(shù)據(jù)量的高速數(shù)字信號處理的要求，這是開發(fā)行波保護必須要解決的重要問題之一。因此，為實現(xiàn)行波保護技術(shù)，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理技術(shù)不能直接套用，需要一種行波數(shù)據(jù)采集和行波數(shù)據(jù)處理技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種行波數(shù)據(jù)采集和行波數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，實現(xiàn)行波數(shù)據(jù)采集，為基于行波的故障檢測和繼電保護提供數(shù)據(jù)，為行波保護系統(tǒng)提供準確、可靠的故障診斷依據(jù)。有鑒于此，本發(fā)明提供了一種高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置，包括行波數(shù)據(jù)采集模塊、行波數(shù)據(jù)處理模塊和信息輸入輸出模塊。其中，所述行波數(shù)據(jù)采集模塊，可以包括核心控制模塊、二階有源低通濾波模塊、 二階無源帶通濾波模塊、保護硬件啟動模塊、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、雙口 RAM模塊。所述二階有源低通濾波模塊，接收來自線路的行波模擬信號，對所述行波模擬信號進行濾波，所述行波模擬信號包括電壓行波模擬信號和電流行波模擬信號。所述二階無源帶通濾波模塊，連接到所述二階有源低通濾波模塊，用于從所述二階有源低通濾波模塊的輸出的信號中提取行波中的高頻信號。所述保護硬件啟動模塊，接收來自所述二階無源帶通濾波模塊的所述高頻信號， 并確定所述高頻信號是否滿足預(yù)定條件，在所述高頻信號滿足所述預(yù)定條件后，發(fā)送啟動信號至所述核心控制模塊。所述多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊，連接至所述二階有源低通濾波模塊，用于在接收到來自所述核心控制模塊的控制信號后將所述行波模擬信號依次輸出至A/D轉(zhuǎn)換模塊。所述A/D轉(zhuǎn)換模塊，連接至所述多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊，根據(jù)來自所述核心控制模塊
4的控制信號，對所述行波模擬信號進行A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出至雙口 RAM模塊。所述雙口 RAM模塊，具有兩組數(shù)據(jù)總線和兩組地址總線，用于在所述核心控制模塊的控制下存儲來自所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的所述轉(zhuǎn)換結(jié)果，以及被所述行波數(shù)據(jù)處理模塊讀取所述轉(zhuǎn)換結(jié)果。所述核心控制模塊，接收來自所述保護硬件啟動模塊的所述啟動信號，控制所述多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊、所述A/D轉(zhuǎn)換模塊、和所述雙口 RAM模塊，以及實現(xiàn)對所述地址總線和所述數(shù)據(jù)總線的譯碼，并且向所述行波數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)送中斷信號。所述行波數(shù)據(jù)處理模塊，接收來自所述核心控制模塊的中斷信號，從所述雙口 RAM 模塊讀取所述轉(zhuǎn)換結(jié)果，對所述轉(zhuǎn)換結(jié)果進行處理以取得故障信息，其中，所述故障信息包括所述線路的故障方向、故障相別。所述信息輸入輸出模塊，可以包括信息處理模塊、以太網(wǎng)控制模塊、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊。所述信息處理模塊，接收來自所述行波數(shù)據(jù)處理模塊的故障信息，通過所述以太網(wǎng)控制模塊接收來自外部的其他故障信息，以及接收來自所述開關(guān)量輸入模塊的開關(guān)量信息，根據(jù)來自所述行波數(shù)據(jù)處理模塊的故障信息、來自外部的所述其他故障信息以及所述開關(guān)量信息確定是否跳閘及跳閘相別。所述以太網(wǎng)控制模塊，將來自所述信息處理模塊的所述故障信息，發(fā)送到外部，以及從外部接收所述其他故障信息，將所述其他故障信息發(fā)送到所述信息處理模塊。所述開關(guān)量輸入模塊，接收外部輸入的開關(guān)量信息，并輸入至所述信息處理模塊。所述開關(guān)量輸出模塊，接收來自所述信息處理模塊的進行跳閘的命令和跳閘相別并發(fā)送到外部。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述行波數(shù)據(jù)處理模塊包括相模變換模塊、小波變換模塊、故障啟動判別模塊、行波故障選相模塊、極性比較式行波方向繼電器模塊。所述相模變換模塊，對來自所述雙口 RAM模塊的所述轉(zhuǎn)換結(jié)果進行凱倫貝爾變換得到模量行波數(shù)據(jù)。所述小波變換模塊，接收來自所述相模變換模塊的所述模量行波數(shù)據(jù)，并對所述模量行波數(shù)據(jù)進行小波變換得到小波變換的模極大值和所述模極大值的極性，并根據(jù)所述模極大值的極性得到故障初始行波的波頭極性。所述故障啟動判別模塊，接收來自所述小波變換模塊的所述模極大值，根據(jù)利普希茨(Lipschitz)信號的奇異性檢測理論確定是否為線路故障導(dǎo)致所述保護硬件啟動模塊的所述啟動，并僅在確定為所述線路故障導(dǎo)致所述保護硬件啟動模塊的所述啟動時，啟動所述行波故障選相模塊和所述極性比較式行波方向繼電器模塊。所述行波故障選相模塊，接收來自所述小波變換模塊的所述模極大值，并根據(jù)所述模極大值確認所述線路的故障類型和故障相別。所述極性比較式行波方向繼電器模塊，接收來自所述小波變換模塊的故障初始行波的波頭極性，并根據(jù)所述故障初始行波的波頭極性確認所述線路的故障方向，并根據(jù)所述線路上的故障方向確認是否發(fā)送所述故障方向和所述故障相別至所述信息輸入輸出模塊。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述行波數(shù)據(jù)處理模塊還可以包括SDRAM存儲器，用于存儲所述行波數(shù)據(jù)處理模塊進行處理所需的數(shù)據(jù)；FLASH存儲器，用于存儲所述行波數(shù)據(jù)處理模塊所采用的算法程序；以及SPI通訊控制模塊，使所述行波數(shù)據(jù)處理模塊與所述信息輸入輸出模塊進行SPI通訊，將所述故障信息發(fā)送給所述信息輸入輸出模塊。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述信息輸入輸出模塊還包括CAN通訊模塊，接收來自所述信息處理模塊的故障報告信息發(fā)送到外部；以及232通訊模塊，接收來自外部的對所述高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置進行調(diào)試的調(diào)試信號。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述信息處理模塊還包括SPI通訊模塊，所述信息輸入輸出模塊與所述行波數(shù)據(jù)處理模塊進行SPI通訊，接收來自所述行波處理模塊的故障
fn息ο在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述信息處理模塊為MCF5282微處理器。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述行波數(shù)據(jù)處理模塊為TMS320C6713處理芯片。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述保護硬件啟動模塊包括電平比較電路，將所述高頻信號轉(zhuǎn)換為電平信號，然后將所述電平信號與預(yù)設(shè)啟動電平信號進行比較，在所述電平信號高于所述預(yù)定啟動電平信號時，發(fā)出啟動信號至所述核心控制模塊。在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，所述雙口 RAM模塊為兩個，用于分別存儲線路的電流采樣信號和電壓采樣信號。通過本發(fā)明提供的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置，實現(xiàn)了對行波數(shù)據(jù)的采集和處理，為繼電保護系統(tǒng)提供準確、可靠的故障診斷依據(jù)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置的硬件構(gòu)成示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置進行小波變換的示意圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置進行行波故障選相的示意圖；圖5A和圖5B是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置進行故障方向判定的示意圖；圖6是線路上發(fā)生故障后的電壓行波的示意圖；圖7是線路上發(fā)生故障后的電流行波的示意圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置中的 TMS320C6713高速數(shù)字信號處理器的工作流程圖；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置中的 MCF5282微處理器的工作流程圖。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明進行進一步的詳細描述。
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在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實施，因此，本發(fā)明并不限于下面公開的具體實施例的限制。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置的框圖。如圖1所示，本發(fā)明提供了一種高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置100，包括行波數(shù)據(jù)采集模塊102、行波數(shù)據(jù)處理模塊104和信息輸入輸出模塊106。其中，所述行波數(shù)據(jù)采集模塊102，可以包括核心控制模塊1022、二階有源低通濾波模塊1024、二階無源帶通濾波模塊1026、保護硬件啟動模塊1028、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊 10210、A/D 轉(zhuǎn)換模塊 10212、雙口 RAM 模塊 10214。所述二階有源低通濾波模塊1024，接收來自線路的行波模擬信號，對所述行波模擬信號進行濾波，所述行波模擬信號包括電壓行波模擬信號和電流行波模擬信號。所述二階無源帶通濾波模塊1026，連接到所述二階有源低通濾波模塊1024，用于從所述二階有源低通濾波模塊IOM的輸出的信號中提取行波中的高頻信號。所述保護硬件啟動模塊1028，接收來自所述二階無源帶通濾波模塊10 的所述高頻信號，并確定所述高頻信號是否滿足預(yù)定條件，在所述高頻信號滿足所述預(yù)定條件后， 發(fā)送啟動信號至所述核心控制模塊1022。所述多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊10210，連接至所述二階有源低通濾波模塊1026，用于在接收到來自所述核心控制模塊1022的控制信號后將所述行波模擬信號依次輸出至A/D轉(zhuǎn)換模塊10212。所述A/D轉(zhuǎn)換模塊10212，連接至所述多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊10210，根據(jù)來自所述核心控制模塊1022的控制信號，對所述行波模擬信號進行A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出至雙 Π RAM 模塊 10214。所述雙口 RAM模塊10214，具有兩組數(shù)據(jù)總線和兩組地址總線，用于在所述核心控制模塊1022的控制下存儲來自所述A/D轉(zhuǎn)換模塊10212的所述轉(zhuǎn)換結(jié)果，以及被所述行波數(shù)據(jù)處理模塊104讀取所述轉(zhuǎn)換結(jié)果。所述核心控制模塊1022，接收來自所述保護硬件啟動模塊10 的所述啟動信號， 控制所述多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊10210、所述A/D轉(zhuǎn)換模塊10212、和所述雙口 RAM模塊10214， 以及實現(xiàn)對所述地址總線和所述數(shù)據(jù)總線的譯碼，并且向所述行波數(shù)據(jù)處理模塊104發(fā)送中斷信號。所述行波數(shù)據(jù)處理模塊104，接收來自所述核心控制模塊1022的中斷信號，從所述雙口 RAM模塊10214讀取所述轉(zhuǎn)換結(jié)果，對所述轉(zhuǎn)換結(jié)果進行處理以取得故障信息，其中，所述故障信息包括所述線路的故障方向、故障相別。所述信息輸入輸出模塊106，可以包括信息處理模塊1062、以太網(wǎng)控制模塊 1064、開關(guān)量輸入模塊1066、開關(guān)量輸出模塊1068。所述信息處理模塊1062，接收來自所述行波數(shù)據(jù)處理模塊104的故障信息，通過所述以太網(wǎng)控制模塊1064接收來自外部的其他故障信息，以及接收來自所述開關(guān)量輸入模塊1066的開關(guān)量信息，根據(jù)來自所述行波數(shù)據(jù)處理模塊104的故障信息、來自外部的所述其他故障信息以及所述開關(guān)量信息確定是否跳閘及跳閘相別。所述以太網(wǎng)控制模塊1064，將來自所述信息處理模塊1062的所述故障信息，發(fā)送到外部，以及從外部接收所述其他故障信息，將所述其他故障信息發(fā)送到所述信息處理模塊 1062。所述開關(guān)量輸入模塊1066，接收外部輸入的開關(guān)量信息1066，并輸入至所述信息處理模塊1062。所述開關(guān)量輸出模塊1068，接收來自所述信息處理模塊1062的進行跳間的命令和跳閘相別并發(fā)送到外部。在上述技術(shù)方案中，所述行波數(shù)據(jù)處理模塊104包括相模變換模塊1042、小波變換模塊1044、故障啟動判別模塊1046、行波故障選相模塊1048、極性比較式行波方向繼電器模塊10410。所述相模變換模塊1042，對來自所述雙口 RAM模塊10214的所述轉(zhuǎn)換結(jié)果進行凱倫貝爾變換得到模量行波數(shù)據(jù)。所述小波變換模塊1044，接收來自所述相模變換模塊1042的所述模量行波數(shù)據(jù)， 并對所述模量行波數(shù)據(jù)進行小波變換得到小波變換的模極大值和所述模極大值的極性，并根據(jù)所述模極大值的極性得到故障初始行波的波頭極性。所述故障啟動判別模塊1046，接收來自所述小波變換模塊1044的所述模極大值， 根據(jù)Lipschitz信號的奇異性檢測理論確定是否為線路故障導(dǎo)致所述保護硬件啟動模塊 1028的所述啟動，并僅在確定為所述線路故障導(dǎo)致所述保護硬件啟動模塊10 的所述啟動時，啟動所述行波故障選相模塊1048和所述極性比較式行波方向繼電器模塊10410。所述行波故障選相模塊1048，接收來自所述小波變換模塊1044的所述模極大值， 并根據(jù)所述模極大值確認所述線路的故障類型和故障相別。所述極性比較式行波方向繼電器模塊10410，接收來自所述小波變換模塊1044的故障初始行波的波頭極性，并根據(jù)所述故障初始行波的波頭極性確認所述線路的故障方向，并根據(jù)所述線路上的故障方向確認是否發(fā)送所述故障方向和所述故障相別至所述信息輸入輸出模塊106。在上述技術(shù)方案中，所述行波數(shù)據(jù)處理模塊104還可以包括SDRAM存儲器10412， 用于存儲所述行波數(shù)據(jù)處理模塊104進行處理所需的數(shù)據(jù)；FLASH存儲器10414，用于存儲所述行波數(shù)據(jù)處理模塊104所采用的算法程序；以及SPI通訊控制模塊10416，使所述行波數(shù)據(jù)處理模塊104與所述信息輸入輸出模塊106進行SPI通訊，將所述故障信息發(fā)送給所述信息輸入輸出模塊106。在上述技術(shù)方案中，所述信息輸入輸出模塊106還包括CAN通訊模塊10610，接收來自所述信息處理模塊1062的故障報告信息發(fā)送到外部；以及232通訊模塊10612，接收來自外部的對所述高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置100進行調(diào)試的調(diào)試信號。在上述技術(shù)方案中，所述信息處理模塊1062還包括SPI通訊模塊，所述信息輸入輸出模塊106與所述行波數(shù)據(jù)處理模塊104進行SPI通訊，接收來自所述行波處理模塊104 的故障信息。在上述技術(shù)方案中，所述信息處理模塊1062為MCF5282微處理器。在上述技術(shù)方案中，所述行波數(shù)據(jù)處理模塊104為TMS320C6713處理芯片。在上述技術(shù)方案中，所述保護硬件啟動模塊10 包括電平比較電路，將所述高頻信號轉(zhuǎn)換為電平信號，然后將所述電平信號與預(yù)設(shè)啟動電平信號進行比較，在所述電平信號高于所述預(yù)定啟動電平信號時，發(fā)出啟動信號至所述核心控制模塊1022。在上述技術(shù)方案中，所述雙口 RAM模塊10214為兩個，用于分別存儲線路的電流采樣信號和電壓采樣信號。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置的硬件構(gòu)成示意圖。如圖2所示，本實施例中的行波數(shù)據(jù)采集和行波數(shù)據(jù)處理裝置由高速數(shù)據(jù)采集電路I、高速數(shù)字信號處理電路II、保護邏輯判斷及輸入輸出接口電路III三部分組成，各部分的組成及功能說明如下高速數(shù)據(jù)采集電路I 包括二階有源低通濾波模塊202 ；二階無源帶通濾波模塊 204 ；保護硬件啟動模塊206 ；多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊208，A/D模塊210A和210B，雙口 RAM模塊 212A和212B, EMP7128控制譯碼模塊214。其中1) 二階有源低通濾波模塊202 8路模擬信號輸入至行波數(shù)據(jù)采集與處理裝置后，進入二階有源低通濾波模塊 204，其截止頻率為500kHz，滿足香農(nóng)采樣定理和濾除高頻干擾。二階有源低通濾波模塊 202的截止頻率可根據(jù)采樣率而調(diào)整。2) 二階無源帶通濾波模塊204 二階無源帶通濾波模塊204的帶通頻率為3kHz 30kHz，提取電流故障行波中的高頻信號，作為行波保護硬件模塊206的啟動信號。 3)保護硬件啟動模塊206 該模塊206通過運算放大器構(gòu)成電平比較回路，當經(jīng)過二階無源帶通濾波模塊 204后的電流故障行波中的高頻部分(3kHz 30kHz)電平超過預(yù)設(shè)的硬件啟動電平后，保護硬件啟動模塊206發(fā)出啟動信號至EMP7U8控制譯碼模塊214，EMP7128控制譯碼模塊 214觸發(fā)TMS320C6713高速數(shù)字信號處理器216中斷，進入故障處理。4)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊208 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)208MAX4639是四選一的高速切換開關(guān)，將四路模擬信號依次輸出至A/D模塊。5)A/D 模塊 210A 禾口 212B A/D模塊210A和212B中采用2塊AD9240高速模/數(shù)轉(zhuǎn)換開關(guān)，實現(xiàn)對模擬信號的高速模/數(shù)轉(zhuǎn)換，對每一路模擬信號的數(shù)據(jù)采樣率達到1MHz。6)雙口 RAM 模塊 212A 禾口 212B 2塊雙口 RAM模塊212A和212B用于存儲A/D模塊210A和210B轉(zhuǎn)換后的8路數(shù)字信號，存儲空間為USKbyte。一塊雙口 RAM存放4路電流采集信號，另一塊雙口 RAM存放 4路電壓采集信號，雙口 RAM模塊212A和212B采用循環(huán)存放方式，若行波保護處理的數(shù)據(jù)窗是ans，那么對于IMHz的采樣率，雙口 RAM模塊212A和212B可以有效存放8組故障數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)故障行波數(shù)據(jù)的有效存儲。雙口 RAM模塊212A和212B具有兩組地址總線和數(shù)據(jù)總線，由EMP7U8控制譯碼模塊214負責將模/數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)寫入雙口 RAM模塊212A 和212B，而由TMS320C6713高速數(shù)字信號處理器216負責讀取雙口 RAM模塊212A和212B 中的故障數(shù)據(jù)，并實時進行行波保護的處理，因此可以實現(xiàn)故障數(shù)據(jù)的高速采集和高速數(shù)據(jù)處理的同步執(zhí)行，極大的提高了行波保護板的實時數(shù)據(jù)處理能力。
7) EMP7128 控制譯碼模塊 214 復(fù)雜可編程邏輯器件EPM7U8控制譯碼模塊214是高速數(shù)據(jù)采集電路I的核心控制部分，它實現(xiàn)對多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊208、A/D模塊210A和210B和雙口 RAM模塊212A和 212B的協(xié)調(diào)控制和地址/數(shù)據(jù)總線信號的譯碼，實現(xiàn)8路模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并存儲于雙口 RAM模塊210A和210B中，同時EMP7U8控制譯碼模塊214在保護硬件啟動模塊206 后觸發(fā)TMS320C6713高速數(shù)字信號處理器216進入故障處理。高速數(shù)字信號處理電路II:高速數(shù)字信號處理電路II以高速數(shù)字信號處理器TMS320C6713為核心，包括 TMS320C6713高速數(shù)字信號處理器(DSP) 216、SPI通訊模塊218、SDRAM存儲器220、FLASH 存儲器222、集成在TMS320C6713內(nèi)的相模變換算法模塊、小波變換算法模塊、故障啟動的軟件判別算法模塊、行波故障選相算法模塊、極性比較式行波方向繼電器算法模塊。各部分功能如下1) TMS320C6713高速數(shù)字信號處理器216 這是一款高速數(shù)字信號處理芯片，數(shù)據(jù)總線32位，可進行浮點運算，精度高，芯片內(nèi)部有8個運算單元，每秒可執(zhí)行16億條指令，能同時滿足超高速行波保護對數(shù)據(jù)處理速度和精度的要求。在TMS320C6713中集成了超高速行波保護的核心算法程序。2) SPI通訊控制模塊218 TMS320C6713高速數(shù)字信號處理器216通過與MCF5282處理器進行SPI串行通信， 將故障方向，故障錄波等數(shù)據(jù)傳送給MCF5282處理器，以便MCF5282處理器進行后續(xù)的保護邏輯判斷和通訊等操作，SPI通訊速率達到5Mbtye/s。3) SDRAM 存儲器 220 采用2塊型號為HY57V641620的SDRAM存儲器，構(gòu)成32位2Mbyte字節(jié)的隨機存取存儲器，用于存放算法所需數(shù)據(jù)及故障錄波數(shù)據(jù)。4) FLASH 存儲器 222 511字節(jié)的FLASH程序存儲器SST39LF，用于存放算法的程序。TMS320C6713上電后自動將FLASH中的程序讀入TMS320C6713內(nèi)部的RAM中運行。5)相模變換算法模塊將三相電流行波和電壓行波數(shù)據(jù)按以下公式(1)和公式 (2)進行凱倫貝爾變換，變換成三個線模分量和一個零模分量。
權(quán)利要求
1.一種高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置，其特征在于，包括行波數(shù)據(jù)采集模塊、行波數(shù)據(jù)處理模塊和信息輸入輸出模塊，其中，所述行波數(shù)據(jù)采集模塊，包括核心控制模塊、二階有源低通濾波模塊、二階無源帶通濾波模塊、保護硬件啟動模塊、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、雙口 RAM模塊，其中所述二階有源低通濾波模塊，接收來自線路的行波模擬信號，對所述行波模擬信號進行濾波，所述行波模擬信號包括電壓行波模擬信號和電流行波模擬信號；所述二階無源帶通濾波模塊，連接到所述二階有源低通濾波模塊，用于從所述二階有源低通濾波模塊的輸出的信號中提取行波中的高頻信號；所述保護硬件啟動模塊，接收來自所述二階無源帶通濾波模塊的所述高頻信號，并確定所述高頻信號是否滿足預(yù)定條件，在所述高頻信號滿足所述預(yù)定條件后，發(fā)送啟動信號至所述核心控制模塊；所述多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊，連接至所述二階有源低通濾波模塊，用于在接收到來自所述核心控制模塊的控制信號后將所述行波模擬信號依次輸出至A/D轉(zhuǎn)換模塊；所述A/D轉(zhuǎn)換模塊，連接至所述多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊，根據(jù)來自所述核心控制模塊的控制信號，對所述行波模擬信號進行A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出至雙口 RAM模塊；所述雙口 RAM模塊，具有兩組數(shù)據(jù)總線和兩組地址總線，用于在所述核心控制模塊的控制下存儲來自所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的所述轉(zhuǎn)換結(jié)果，以及被所述行波數(shù)據(jù)處理模塊讀取所述轉(zhuǎn)換結(jié)果；以及所述核心控制模塊，接收來自所述保護硬件啟動模塊的所述啟動信號，控制所述多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊、所述A/D轉(zhuǎn)換模塊、和所述雙口 RAM模塊，以及實現(xiàn)對所述地址總線和所述數(shù)據(jù)總線的譯碼，并且向所述行波數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)送中斷信號；所述行波數(shù)據(jù)處理模塊，接收來自所述核心控制模塊的中斷信號，從所述雙口 RAM模塊讀取所述轉(zhuǎn)換結(jié)果，對所述轉(zhuǎn)換結(jié)果進行處理以取得故障信息，其中，所述故障信息包括所述線路的故障方向、故障相別；所述信息輸入輸出模塊，包括信息處理模塊、以太網(wǎng)控制模塊、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊，其中，所述信息處理模塊，接收來自所述行波數(shù)據(jù)處理模塊的故障信息，通過所述以太網(wǎng)控制模塊接收來自外部的其他故障信息，以及接收來自所述開關(guān)量輸入模塊的開關(guān)量信息， 根據(jù)來自所述行波數(shù)據(jù)處理模塊的故障信息、來自外部的所述其他故障信息以及所述開關(guān)量信息確定是否跳閘及跳閘相別；所述以太網(wǎng)控制模塊，將來自所述信息處理模塊的所述故障信息，發(fā)送到外部，以及從外部接收所述其他故障信息，將所述其他故障信息發(fā)送到所述信息處理模塊；所述開關(guān)量輸入模塊，接收外部輸入的開關(guān)量信息，并輸入至所述信息處理模塊；以及所述開關(guān)量輸出模塊，接收來自所述信息處理模塊的進行跳閘的命令和跳閘相別并發(fā)送到外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置，其特征在于，所述行波數(shù)據(jù)處理模塊包括相模變換模塊、小波變換模塊、故障啟動判別模塊、行波故障選相模塊、 極性比較式行波方向繼電器模塊，其中所述相模變換模塊，對來自所述雙口 RAM模塊的所述轉(zhuǎn)換結(jié)果進行凱倫貝爾變換得到模量行波數(shù)據(jù)；所述小波變換模塊，接收來自所述相模變換模塊的所述模量行波數(shù)據(jù)，并對所述模量行波數(shù)據(jù)進行小波變換得到小波變換的模極大值和所述模極大值的極性，并根據(jù)所述模極大值的極性得到故障初始行波的波頭極性；所述故障啟動判別模塊，接收來自所述小波變換模塊的所述模極大值，根據(jù)利普希茨信號的奇異性檢測理論確定是否為線路故障導(dǎo)致所述保護硬件啟動模塊的所述啟動，并僅在確定為所述線路故障導(dǎo)致所述保護硬件啟動模塊的所述啟動時，啟動所述行波故障選相模塊和所述極性比較式行波方向繼電器模塊；所述行波故障選相模塊，接收來自所述小波變換模塊的所述模極大值，并根據(jù)所述模極大值確認所述線路的故障類型和故障相別；所述極性比較式行波方向繼電器模塊，接收來自所述小波變換模塊的故障初始行波的波頭極性，并根據(jù)所述故障初始行波的波頭極性確認所述線路的故障方向，并根據(jù)所述線路上的故障方向確認是否發(fā)送所述故障方向和所述故障相別至所述信息輸入輸出模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置，其特征在于，所述行波數(shù)據(jù)處理模塊還包括SDRAM存儲器，用于存儲所述行波數(shù)據(jù)處理模塊進行處理所需的數(shù)據(jù)；FLASH存儲器，用于存儲所述行波數(shù)據(jù)處理模塊所采用的算法程序；以及SPI通訊控制模塊，使所述行波數(shù)據(jù)處理模塊與所述信息輸入輸出模塊進行SPI通訊， 將所述故障信息發(fā)送給所述信息輸入輸出模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置，其特征在于，所述信息輸入輸出模塊還包括CAN通訊模塊，接收來自所述信息處理模塊的故障報告信息發(fā)送到外部；以及232通訊模塊，接收來自外部的對所述高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置進行調(diào)試的調(diào)試信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置，其特征在于，所述信息處理模塊還包括SPI通訊模塊，所述信息輸入輸出模塊與所述行波數(shù)據(jù)處理模塊進行SPI通訊，接收來自所述行波處理模塊的故障信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置，其特征在于，所述信息處理模塊為MCF5282微處理器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置，其特征在于，所述行波數(shù)據(jù)處理模塊為TMS320C6713處理芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置，其特征在于，所述保護硬件啟動模塊包括電平比較電路，將所述高頻信號轉(zhuǎn)換為電平信號，然后將所述電平信號與預(yù)設(shè)啟動電平信號進行比較，在所述電平信號高于所述預(yù)定啟動電平信號時，發(fā)出啟動信號至所述核心控制模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置，其特征在于，所述雙口 RAM模塊為兩個，用于分別存儲線路的電流采樣信號和電壓采樣信號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高速數(shù)據(jù)采集與數(shù)字信號處理裝置，包括行波數(shù)據(jù)采集模塊、行波數(shù)據(jù)處理模塊和信息輸入輸出模塊。其中，行波數(shù)據(jù)采集模塊，可以包括核心控制模塊、二階有源低通濾波模塊、二階無源帶通濾波模塊、保護硬件啟動模塊、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、雙口RAM模塊，信息輸入輸出模塊，可以包括信息處理模塊、以太網(wǎng)控制模塊、開關(guān)量輸入模塊、開關(guān)量輸出模塊。根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案能夠?qū)﹄娏餍胁ê碗妷盒胁ㄟM行同步、高速的數(shù)據(jù)采集，同時對大量的行波數(shù)據(jù)進行實時、高速數(shù)字信號處理，提取行波數(shù)據(jù)特征和實現(xiàn)小波變換算法，為行波保護技術(shù)的實現(xiàn)提供硬件平臺和軟件平臺。
文檔編號H02H7/00GK102157981SQ201110070210
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者施慎行, 王世勇, 董新洲 申請人:清華大學(xué)