專利名稱：一種電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于交流干線或交流配電網(wǎng)絡設備的控制系統(tǒng)的電路單元，尤其是適用于高壓交流電網(wǎng)電能調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入和輸出。
背景技術：
城市電網(wǎng)中現(xiàn)代工業(yè)、商業(yè)和居民用電設備，如高性能辦公設備、精密實驗儀器、變頻調(diào)速設備、可編程邏輯控制器、各種自動生產(chǎn)線以及計算機系統(tǒng)等對電源特性變化敏感性負荷呈逐年上升趨勢，對電能質量的要求不斷提高。對敏感用戶(如半導體制造企業(yè))而言，幾十毫秒的電壓暫降就可能導致設備損壞、生產(chǎn)線停產(chǎn)，造成巨大經(jīng)濟損失。與此同 時，分布式能源、沖擊性和干擾性負荷的大量接入等因素都使得電網(wǎng)電能質量存在日趨惡化的趨勢，嚴重威脅電力系統(tǒng)的安全運行和用電設備的正常工作。針對敏感負荷電能質量控制問題，國內(nèi)外開展了電能質量控制產(chǎn)品的研究制造。但是，電能質量控制裝置還沒有形成標準化的產(chǎn)品，并且主要停留在低壓小容量范圍，中國實用新型專利“低諧波電源質量控制系統(tǒng)”(實用新型專利號ZL201020133972公開號CN201656479)公開了一種低諧波電源質量控制系統(tǒng)。該低諧波電源質量控制系統(tǒng)包含檢測裝置、電力調(diào)整裝置、阻性負載裝置。檢測裝置接收來自于阻性負載裝置的反饋信號。檢測裝置輸出的控制信號可以用電壓或電流為信號。電力調(diào)整裝置接收到所述控制信號后，以比例方式輸出驅動電壓。所述比例方式為在連續(xù)輸出時間間隔輸出全功率驅動電壓，并在連續(xù)不輸出時間間隔停止輸出全功率驅動電壓。阻性負載裝置接收驅動電壓后，輸出反饋信號到檢測裝置。以比例方式在連續(xù)輸出時間間隔輸出全功率驅動電壓，并在連續(xù)不輸出時間間隔停止輸出全功率驅動電壓，將能夠有效的減少產(chǎn)生電力的諧波。但是該裝置僅適用于小功率的阻性負載裝置，不適用于高壓大功率的電網(wǎng)電能質量控制，也沒有解決電能質量調(diào)節(jié)裝置的系統(tǒng)級監(jiān)控的技術問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是要提供一種電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元，解決電能質量調(diào)節(jié)裝置的系統(tǒng)級監(jiān)控的開關量輸入輸出問題，完成對電能質量調(diào)節(jié)裝置主要開關量的監(jiān)測和控制，，實現(xiàn)對主電路設備的開關控制保護。本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案是一種電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元，連接在三相電網(wǎng)電能質量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)保護單元，其特征在于所述的開關量輸入輸出單兀包括開關量輸入單兀、開關量輸出單兀和DIDO端口 ；所述的開關量輸入單元包含開關量輸入端和輸入信號隔離模塊，所述的開關量輸入端通過輸入信號隔離模塊的光耦或光纖隔離，連接到三相電網(wǎng)；所述的開關量輸入單元包含EtherCAT從站控制器，所述的開關量輸入單元通過EtherCAT從站控制器連接到所述的調(diào)節(jié)保護單元；[0010]所述的調(diào)節(jié)保護單元，通過DIDO端口連接到所述的開關量輸出單元；所述的開關量輸出單兀包含輸出信號驅動模塊和開關量輸出端，所述的輸出信號驅動模塊通過開關量輸出端連接到三相電網(wǎng)。本實用新型的電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元的一種較佳的技術方案，其特征在于所述的開關量輸入單元包含輸入信號調(diào)理模塊；所述的開關量輸入端通過輸入信號隔離模塊，連接到輸入信號調(diào)理模塊；所述的輸入信號調(diào)理模塊是CPLD可編程防抖濾波電路和并入串出電路，防抖濾波電路的輸出連接到DIDO端口，并入串出電路的輸出連接到EtherCAT從站控制器。本實用新型的電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元的一種更好的技術方案，其特征在于所述的開關量輸出單元包含輸出信號調(diào)理模塊和EtherCAT從站控制器；所述的輸出信號調(diào)理模塊包含CPLD可編程串入并出電路，所述的EtherCAT從站控制器的輸出端連接到串入并出電路的輸入端；DID0端口的開關量輸入信號和CPLD可編程串入并出電路的輸出信號，在輸出信號調(diào)理模塊內(nèi)合并后，通過信號調(diào)理模塊的輸出端，連接到輸出信號驅動模塊；所述的輸出信號驅動模塊包含繼電器，所述的繼電器的接點通過開關量輸出端連接到三相電網(wǎng)。本實用新型的電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元的一種改進的技術方案，其特征在于所述的開關量輸入輸出單元采用板卡式結構，所述的EtherCAT從站控制器包含LVDS總線接口 ；所述的開關量輸入輸出單元通過LVDS總線接口，連接到所述的調(diào)節(jié)保護單元。本實用新型的有益效果是I.本實用新型的電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元，采用實時串行以太網(wǎng)(EtherCAT)總線技術，傳送速率高，可實現(xiàn)報文硬件校驗，且無信息沖突；采用復雜可編程邏輯器件(CPLD)實現(xiàn)信號調(diào)理變換，提高了開關量輸入輸出單元的靈活性，降低了復雜性。2.通過板卡式結構，可以通過背板IO和LVDS總線接口與電能質量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)快速交換開關量信號，簡化了設備，提高了可靠性，降低了制造成本。3.結合以太網(wǎng)通信技術和CPLD在系統(tǒng)編程控制，本實用新型的電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元，可以根據(jù)電能質量調(diào)節(jié)裝置的實際配置修改控制邏輯，并具有遠程配置和監(jiān)控的功能。

圖I是本實用新型的電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元的主電路圖；圖2是電能質量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)的主電路圖。以上圖中的各部件的標號100-三相電網(wǎng)，800-電能質量調(diào)節(jié)裝置，810-主控子系統(tǒng)，811-主控EtherCAT主站，812-PTCT輸入單元，813-調(diào)節(jié)保護單元，814-故障錄波單元，815-開關量輸入單元，816-開關量輸出單元，820-通訊耦合子系統(tǒng)，821-模塊EtherCAT主站，822-EtherCAT耦合器，830-調(diào)節(jié)控制器，910-以太網(wǎng)交換機，920-PC監(jiān)控終端，8150-DID0端口，8151-開關量輸入端，8152-輸入信號隔離模塊，8153-輸入信號調(diào)理模塊，8154和8161-EtherCAT從站控制器，8162-輸出信號調(diào)理模塊，8163-輸出信號驅動模塊，8164-開關量輸出端。
具體實施方式
為了能更好地理解本實用新型的上述技術方案，
以下結合附圖和實施例進行進一步詳細描述。圖2是電能質量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)的主電路圖，包括主控子系統(tǒng)810、通訊耦合子系統(tǒng)820和3n個調(diào)節(jié)控制器830，其中n > I ;所述的電能質量調(diào)節(jié)裝置800包括3n個功率單元(圖中未表示)，分別連接到三相電網(wǎng)100上，所述的調(diào)節(jié)控制器830分別對應連接到電能質量調(diào)節(jié)裝置800的每個功率單元，主控子系統(tǒng)810通過通訊耦合子系統(tǒng)820分別連接到每個調(diào)節(jié)控制器830 ;通訊耦合子系統(tǒng)820包括連接在LVDS接口上的模塊EtherCAT主站821，以及至少一個EtherCAT耦合器822，與EtherCAT從站互相連接構成模塊EtherCAT網(wǎng)絡；調(diào)節(jié)控制器構成EtherCAT從站，經(jīng)由EtherCAT耦合器，連接到模塊EtherCAT網(wǎng)絡，調(diào)節(jié)保護單元813通過光耦或者光纖隔離，連接到調(diào)節(jié)控制器830。如圖 2所示，電能質量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)的主控子系統(tǒng)810，包括主控EtherCAT網(wǎng)絡和主控EtherCAT主站811，以及PTCT輸入單元812、調(diào)節(jié)保護單元813、故障錄波單元814、開關量輸入單元815和開關量輸出單元816。電能質量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)還包括以太網(wǎng)接口，主控子系統(tǒng)810和通訊耦合子系統(tǒng)820，通過以太網(wǎng)接口和以太網(wǎng)交換機910，連接到本地或遠程PC監(jiān)控終端920。圖I是本實用新型的電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元的一個實施例主電路圖，電能質量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)保護單元813。本實用新型的電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單兀包括開關量輸入單兀815、開關量輸出單兀816和DIDO端口8150。在圖2所示的實施例中，開關量輸入單元815和開關量輸出單元816，通過LVDS總線連接在所述控制系統(tǒng)中的主控子系統(tǒng)810。開關量輸入單元815包含開關量輸入端8151和輸入信號隔離模塊8152,開關量輸入端8151通過輸入信號隔離模塊8152的光稱或光纖隔離，連接到三相電網(wǎng)100 ;開關量輸入單元815包含EtherCAT從站控制器8154，開關量輸入單元815通過EtherCAT從站控制器8154連接到調(diào)節(jié)保護單元813。調(diào)節(jié)保護單元813，通過DIDO端口 8150連接到開關量輸出單元816 ;開關量輸出單元816包含輸出信號驅動模塊8163和開關量輸出端8164，輸出信號驅動模塊8163通過開關量輸出端8164連接到三相電網(wǎng)100。在圖I所示的本實用新型的電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元的實施例中，開關量輸入單元815包含輸入信號調(diào)理模塊8153 ;開關量輸入端8151通過輸入信號隔離模塊8152，連接到輸入信號調(diào)理模塊8153 ;輸入信號調(diào)理模塊8153是CPLD可編程防抖濾波電路和并入串出電路，防抖濾波電路的輸出連接到DIDO端口 8150，并入串出電路的輸出連接到EtherCAT從站控制器8154。如圖I所示，開關量輸出單元816包含輸出信號調(diào)理模塊8162和EtherCAT從站控制器8161 ;輸出信號調(diào)理模塊8162包含CPLD可編程串入并出電路，EtherCAT從站控制器8161的輸出端連接到串入并出電路的輸入端；DID0端口 8150的開關量輸入信號和CPLD可編程串入并出電路的輸出信號，在輸出信號調(diào)理模塊8162內(nèi)合并后,通過信號調(diào)理模塊8162的輸出端,連接到輸出信號驅動模塊8163 ;輸出信號驅動模塊8163包含繼電器，所述的繼電器的接點通過開關量輸出端8164連接到三相電網(wǎng) 100。根據(jù)本實用新型的電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元的一個實施例，所述的開關量輸入輸出單元采用板卡式結構，EtherCAT從站控制器8154和8161包含LVDS總線接口 ；所述的開關量輸入輸出單元通過LVDS總線接口，連接到所述的調(diào)節(jié)保護單元813。開關量輸入單元815，通過光耦或光纖隔離，連接到三相電網(wǎng)100;開關量輸入單元815，通過背板IO端口連接到調(diào)節(jié)保護單元813 ;開關量輸入單元815可以接入32個數(shù)字量輸入信號，防抖濾波可防止受干擾的數(shù)據(jù)傳送至系統(tǒng)中。所有輸入信號可直接通過背板IO端口傳送到主控子系統(tǒng)的各個單元，實現(xiàn)快速開入信號的傳遞，也可以通過EtherCAT網(wǎng)絡打包傳輸。調(diào)節(jié)保護單元813，通過背板IO端口連接到開關量輸出單元816，并通過開關量輸出單元816的繼電器連接到三相電網(wǎng)100。開關量輸出單元816可以實現(xiàn)14對繼電器空節(jié)點的輸出，用于三相電網(wǎng)100繼電保護系統(tǒng)的控制斷路器和指示燈。本實用新型的電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元，采用復雜可編程邏輯器 件(CPLD)構成輸入信號調(diào)理模塊8153和輸出信號調(diào)理模塊8162。CPLD主要是由可編程邏輯宏單元(MC，Macro Cell)圍繞中心的可編程互連矩陣單元組成。其中MC結構較復雜，并具有復雜的I/O單元互連結構，可由用戶根據(jù)需要生成特定的電路結構，完成一定的功能。由于CPLD內(nèi)部采用固定長度的金屬線進行各邏輯塊的互連，所以設計的邏輯電路具有時間可預測性。在本實用新型的電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元中，CPLD用于開關量輸入輸出的采樣時序控制、串并行轉換和輸入輸出邏輯控制，CPLD芯片可采用EPM7128S、XC9510或者LC4128V。在編程方式上，CPLD主要是基于E2PR0M或FLASH存儲器編程，編程次數(shù)可達I萬次，其優(yōu)點是系統(tǒng)斷電時編程信息也不丟失。CPLD還可以實現(xiàn)在系統(tǒng)編程，可以根據(jù)電能質量調(diào)節(jié)裝置的實際配置修改控制邏輯。本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新型的技術方案，而并非用作為對本實用新型的限定，任何基于本實用新型的實質精神對以上所述實施例所作的變化、變型，都將落在本實用新型的權利要求的保護范圍內(nèi)。
權利要求1.一種電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元，連接在三相電網(wǎng)電能質量調(diào)節(jié)裝置的控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)包括調(diào)節(jié)保護單元，其特征在于 所述的開關量輸入輸出單兀包括開關量輸入單兀、開關量輸出單兀和DIDO端口 ；所述的開關量輸入單元包含開關量輸入端和輸入信號隔離模塊，所述的開關量輸入端通過輸入信號隔離模塊的光耦或光纖隔離，連接到三相電網(wǎng)； 所述的開關量輸入單元包含EtherCAT從站控制器，所述的開關量輸入單元通過EtherCAT從站控制器連接到所述的調(diào)節(jié)保護單元； 所述的調(diào)節(jié)保護單元，通過DIDO端口連接到所述的開關量輸出單元； 所述的開關量輸出單元包含輸出信號驅動模塊和開關量輸出端，所述的輸出信號驅動模塊通過開關量輸出端連接到三相電網(wǎng)。
2.根據(jù)權利要求I所述的電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元，其特征在于所述的開關量輸入單元包含輸入信號調(diào)理模塊；所述的開關量輸入端通過輸入信號隔離模塊，連接到輸入信號調(diào)理模塊；所述的輸入信號調(diào)理模塊是CPLD可編程防抖濾波電路和并入串出電路，防抖濾波電路的輸出連接到DIDO端口，并入串出電路的輸出連接到EtherCAT從站控制器。
3.根據(jù)權利要求I所述的電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元，其特征在于所述的開關量輸出單兀包含輸出信號調(diào)理模塊和EtherCAT從站控制器；所述的輸出信號調(diào)理模塊包含CPLD可編程串入并出電路，所述的EtherCAT從站控制器的輸出端連接到串入并出電路的輸入端；DID0端口的開關量輸入信號和CPLD可編程串入并出電路的輸出信號，在輸出信號調(diào)理模塊內(nèi)合并后，通過信號調(diào)理模塊的輸出端，連接到輸出信號驅動模塊；所述的輸出信號驅動模塊包含繼電器，所述的繼電器的接點通過開關量輸出端連接到三相電網(wǎng)。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元，其特征在于所述的開關量輸入輸出單元采用板卡式結構，所述的EtherCAT從站控制器包含LVDS總線接口 ；所述的開關量輸入輸出單元通過LVDS總線接口，連接到所述的調(diào)節(jié)保護單元。
專利摘要一種電能質量調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入輸出單元，涉及一種用于交流干線或交流配電網(wǎng)絡設備的控制系統(tǒng)的電路單元，尤其是適用于高壓交流電網(wǎng)電能調(diào)節(jié)裝置的開關量輸入和輸出，包括開關量輸入單元、開關量輸出單元和DIDO端口；開關量輸入端通過輸入信號隔離模塊的光耦或光纖隔離，連接到三相電網(wǎng)；開關量輸入單元包含EtherCAT從站控制器，開關量輸入單元通過EtherCAT從站控制器連接到所述的調(diào)節(jié)保護單元；調(diào)節(jié)保護單元通過DIDO端口連接到所述的開關量輸出單元；輸出信號驅動模塊通過開關量輸出端連接到三相電網(wǎng)。結合以太網(wǎng)通信技術和CPLD在系統(tǒng)編程控制，開關量輸入輸出單元可以根據(jù)電能質量調(diào)節(jié)裝置的實際配置修改控制邏輯，并具有遠程配置和監(jiān)控的功能。
文檔編號H02J13/00GK202550681SQ20122013907
公開日2012年11月21日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權日2012年4月1日
發(fā)明者何維國, 劉雋, 包海龍, 張宇, 沈勇 申請人:上海市電力公司