直流電源快速切換裝置制造方法
【專利摘要】一種直流電源快速切換裝置，涉及直流電源的快速切換系統(tǒng)。直流電源快速切換裝置，包括同步采集單元（1）、邏輯控制單元（2）、數(shù)據(jù)管理單元（3）、直流開關(guān)（4）；同步采集單元（1），對直流電源的電壓、電流進行信號轉(zhuǎn)換，并對信號進行同步采集，將采集的數(shù)據(jù)匯總后放在數(shù)據(jù)總線上，供邏輯控制單元（2）讀取；邏輯控制單元（2），接收同步采集單元匯總的數(shù)據(jù)，進行邏輯運算，控制直流開關(guān)（4）的動作；數(shù)據(jù)管理單元（3），通過網(wǎng)口與邏輯控制單元（2）通信，完成對兩條直流饋線電壓信號和開入信號的實時監(jiān)測；直流開關(guān)（4），執(zhí)行邏輯控制單元（2）發(fā)出的跳閘和合閘命令，實現(xiàn)工作電源和備用電源的切換。本實用新型具備切換速度快，可靠性高的特點。
【專利說明】直流電源快速切換裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電力系統(tǒng)監(jiān)控切換設(shè)備，特別涉及直流電源的快速切換系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國家電網(wǎng)220KV以上電壓等級保護小室中，每套保護有兩路直流供電電源，但是這兩路直流電源的切換采用手動串聯(lián)切換方式，切換完成后利用機械連鎖閉鎖非供電回路，這樣在進行兩路直流切換過程中，該小室的保護、測控裝置必須停電，等切換過程完成后才能上電，這樣就會造成保護、測控設(shè)備的短時停電，而且加大了工作強度和誤操作機會，降低了二次設(shè)備供電可靠性。另外，電源切換屏還存在直流切換開關(guān)只能手動就地操作，不能遠方操作，直流母線和直流電源的電壓、電流、工作位置不能上傳等諸多問題未得到解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型的目的在于提供一種可進行自由組態(tài)的直流電源快速切換裝置。
[0004]本實用新型的目的可以這樣實現(xiàn)，設(shè)計一種直流電源快速切換裝置，包括同步采集單元、邏輯控制單元、數(shù)據(jù)管理單元、直流開關(guān)，
[0005]同步采集單元，對直流電源的電壓、電流進行信號轉(zhuǎn)換，并在電氣上和輸入模擬信號隔離，然后對模擬信號進行同步采集，將采集的數(shù)據(jù)匯總后放在數(shù)據(jù)總線上，供邏輯控制單元讀取；
[0006]邏輯控制單元，通過數(shù)據(jù)總線訪問同步采集單元，接收同步采集單元匯總的數(shù)據(jù)，進行邏輯運算，如果滿足切換條件就發(fā)出控制命令，控制直流開關(guān)的動作；
[0007]數(shù)據(jù)管理單元，通過網(wǎng)口與邏輯控制單元通信，完成對兩條直流饋線電壓信號和開入信號的實時監(jiān)測，以及裝置運行過程中的事件記錄、自檢、參數(shù)配置和對外通信；
[0008]直流開關(guān)，執(zhí)行邏輯控制單元發(fā)出的跳閘和合閘命令，實現(xiàn)工作電源和備用電源的切換。
[0009]進一步地，同步采集單元包括傳感器輸入模塊、差分輸入信號處理模塊，
[0010]傳感器輸入模塊對電氣量進行信號轉(zhuǎn)換，并在電氣上和輸入模擬信號信號隔離，傳感器輸入模塊包括隔離放大器、精密分流器，對直流電壓、電流信號進行隔離轉(zhuǎn)換和濾波處理；
[0011]差分輸入信號處理模塊接收模擬輸入信號后，由邏輯控制單元的DSP控制每個通道的模擬/數(shù)字采樣模塊進行同步采樣，將每一路模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將采集數(shù)據(jù)匯總后放在數(shù)據(jù)總線上，供邏輯控制單元讀取采樣數(shù)據(jù)。
[0012]進一步地，所述邏輯控制單元包括數(shù)字信號處理器、SRAM、EEPR0M、網(wǎng)口，數(shù)字信號處理器控制模擬數(shù)據(jù)采集并計算采集到的直流電壓、電流信號，結(jié)合開入信號進行邏輯判斷，控制直流開關(guān)完成直流電源的快速切換，負責切換過程的數(shù)據(jù)記錄以及與數(shù)據(jù)管理單元的通信。[0013]進一步地，所述數(shù)據(jù)管理單元包括微處理器、芯片組、LVDS接口、CF卡接口、USB接口、DDR內(nèi)存、GPIO接口，數(shù)據(jù)管理單元通過網(wǎng)口訪問邏輯控制單元，接收邏輯控制單元傳來的數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，完成錄波數(shù)據(jù)保存、分析及導(dǎo)出，輸入信號量實時監(jiān)測，并通過LVDS接口實現(xiàn)人機界面交互。
[0014]進一步地，邏輯控制單元設(shè)置三種切換模式，自動切換、半自動切換和手動切換。
[0015]進一步地，數(shù)據(jù)管理單元內(nèi)設(shè)置對外通信模塊，對外通信模塊通過網(wǎng)口進行遠方通信，實現(xiàn)遠方對直流饋線狀態(tài)監(jiān)測、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測，遠方手動切換以及下發(fā)配置參數(shù)。
[0016]本實用新型實現(xiàn)了兩路直流電源的快速自動切換，可保證切換過程中保護及測控設(shè)備不誤動、不停電運行，并可遠方監(jiān)測直流供電系統(tǒng)的狀態(tài)和遠方控制，提高了二次設(shè)備直流供電可靠性。本實用新型具備切換速度快，可靠性高的特點，適用于變電站、發(fā)電廠、以及對供電可靠性的要求高的工業(yè)企業(yè)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型較佳實施例的框架結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本實用新型較佳實施例和直流供電系統(tǒng)的電氣接線圖；
[0019]圖3是本實用新型較佳實施例同步采集單元的組成方框圖；
[0020]圖4是本實用新型較佳實施例邏輯控制單元的組成方框圖；
[0021]圖5是本實用新型較佳實施例數(shù)據(jù)管理單元的組成方框圖。
【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合實施例對本實用新型作進一步的描述。
[0023]如圖1、圖2所示，一種直流電源快速切換裝置，包括同步采集單元1、邏輯控制單元2、數(shù)據(jù)管理單元3、直流開關(guān)4 ；
[0024]如圖3所示，同步采集單元1，對直流電源的電壓、電流進行信號轉(zhuǎn)換，并在電氣上和輸入模擬信號隔離，然后對模擬信號進行同步采集，將采集的數(shù)據(jù)匯總后放在XINTF數(shù)據(jù)總線上，供邏輯控制單元2讀?。煌讲杉瘑卧狪包括傳感器輸入模塊101、差分輸入信號處理模塊102、模擬/數(shù)字米樣模塊103以及電源模塊104,傳感器輸入模塊101對電氣量進行信號轉(zhuǎn)換，并在電氣上和輸入模擬信號信號隔離，傳感器輸入模塊101包括隔離放大器、精密分流器，對直流電壓、電流信號進行隔離轉(zhuǎn)換和濾波處理；差分輸入信號處理模塊102接收模擬輸入信號后，由邏輯控制單元的DSP控制每個通道的模擬/數(shù)字采樣模塊進行同步采樣，將每一路模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將采集數(shù)據(jù)匯總后放在XINTF數(shù)據(jù)總線上，供邏輯控制單元讀取采樣數(shù)據(jù)。
[0025]如圖4所示，邏輯控制單元2，通過XINTF數(shù)據(jù)總線訪問同步采集單元I，接收同步采集單元匯總的數(shù)據(jù)，進行邏輯運算，如果滿足切換條件就發(fā)出控制命令，控制直流開關(guān)4的動作；所述邏輯控制單元2包括數(shù)字信號處理器201、SRAM202、EEPR0M203、網(wǎng)口 204，數(shù)字信號處理器201控制模擬數(shù)據(jù)采集并計算采集到的直流電壓、電流信號，結(jié)合開入信號進行邏輯判斷，控制直流開關(guān)完成直流電源的快速切換，負責切換過程的數(shù)據(jù)記錄以及與數(shù)據(jù)管理單元的通信。邏輯控制單元2設(shè)置三種切換模式，自動切換、半自動切換和手動切換。[0026]如圖5所示，數(shù)據(jù)管理單元3，通過網(wǎng)口與邏輯控制單元2通信，完成對兩條直流饋線電壓信號和開入信號的實時監(jiān)測，以及裝置運行過程中的事件記錄、自檢、參數(shù)配置和對外通信；所述數(shù)據(jù)管理單元3包括微處理器301、芯片組302、LVDS接口 303、CF卡接口 304、USB接口 305、DDR內(nèi)存307、GP10接口 308，數(shù)據(jù)管理單元3通過網(wǎng)口訪問邏輯控制單元2，接收邏輯控制單元2傳來的數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，完成錄波數(shù)據(jù)保存、分析及導(dǎo)出，輸入信號量實時監(jiān)測，并通過LVDS接口實現(xiàn)人機界面交互。數(shù)據(jù)管理單元3內(nèi)設(shè)置對外通信模塊，對外通信模塊通過網(wǎng)口進行遠方通信，實現(xiàn)遠方對直流饋線狀態(tài)監(jiān)測、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測，遠方手動切換以及下發(fā)配置參數(shù)。
[0027]直流開關(guān)4，執(zhí)行邏輯控制單元2發(fā)出的跳閘和合閘命令，實現(xiàn)工作電源和備用電源的切換。
[0028]本實用新型還設(shè)置了觸摸顯示屏5。本實施例中，觸摸顯示屏5采用彩色觸摸屏，可實現(xiàn)人機交互，界面豐富，使用方便。
[0029]本實施例中，當直流電源I正常，直流電源II異常時，由直流電源I給母線供電，直流開關(guān)4中QFl閉合、QF2斷開；當直流電源II正常，直流電源I異常時，由直流電源II給母線供電，直流開關(guān)4中QFl斷開、QF2閉合；當直流電源I和直流電源II都正常時，由于兩個直流電源不能并列運行，默認由直流電源I給母線供電，直流開關(guān)4中QFl閉合、QF2斷開。
[0030]在直流電源I給母線供電時，若出現(xiàn)失電、欠壓或過壓時，則檢查直流電源II是否在正常范圍，如果直流電源II正常，自動跳開直流開關(guān)4中QF1，QFl完全斷開后，閉合直流開關(guān)4中QF2，由直流電源II供電；在直流電源II給母線供電時，若出現(xiàn)失電、欠壓或過壓時，則檢查直流電源I是否在正常范圍，如果直流電源I正常，自動跳開直流開關(guān)4中QF2，QF2完全斷開后，閉合直流開關(guān)4中QF1，由直流電源I供電。也可手動控制直流開關(guān)4中QFl (或QF2)的分合，進行供電電源支路的切換。
[0031]本實施例中，傳感器輸入單元的直流電壓回路采用AD公司的隔離放大器AD210實現(xiàn)線性隔離，它不僅體積小(1.00" X 2.10" X 0.350〃)，重量輕，而且具備較高的精度(±0.012%)。精密分流器采用FlukeA40B，測量電流范圍從0.1mA至50A，電壓輸出標稱值為0.8V，它的頻率響應(yīng)非常平坦，電阻值非常穩(wěn)定、準確，而且信噪比高。
[0032]同步采集單元I的差分輸入信號處理模塊包括差分輸入信號處理、16路模擬量IOKHz/每通道的采樣、采樣信號的保持、采樣信號通道切換、模擬信號的AD轉(zhuǎn)換以及電源模塊等；所述差分輸入信號處理模塊接收模擬輸入信號后，由CPLD控制采樣保持電路，AD進行同步采樣，將每一路模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將采集數(shù)據(jù)匯總后放在XINTF數(shù)據(jù)總線上，供邏輯控制單元讀取采樣數(shù)據(jù)。
[0033]邏輯控制單元2，包括DSP (數(shù)字信號處理器)、片外SRAM、EEPROM、XINTF數(shù)據(jù)總線和一個50Mbps以太網(wǎng)口。DSP選用TI公司的產(chǎn)品TMS320F28335，它具有150MHz的工作頻率，其片內(nèi)集成浮點運算器、6路直接存儲器存取(DMA)模塊、88個通用I / O 口(GPIO)等豐富的資源。DSP通過XINTF數(shù)據(jù)總線讀取同步采集單元匯總的數(shù)據(jù)，每5毫秒計算一次每個通道的有效值，將計算結(jié)果保存在預(yù)定義結(jié)構(gòu)中。DSP根據(jù)計算結(jié)果進行邏輯判斷，如需要進行開關(guān)切換，則根據(jù)預(yù)設(shè)定值選擇切換模式，發(fā)控制命令。邏輯控制單元還負責生成切換錄波數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)管理單元通信，以及面板燈信號的控制。邏輯控制單元，具備自動切換、半自動切換和手動切換三種切換模式，自動切換模式下裝置實時檢測兩路供電電源的狀態(tài)，如果符合自動切換條件，則馬上啟動自動切換；半自動切換是由操作員手動操作，選擇切換方向(I母一II母或II母一I母)后，自動進行串聯(lián)切換，在檢測到遠方切換命令時，也采用半自動切換方式；手動切換就是由操作員就地對接觸器手動合操作及分操作，這種切換模式不經(jīng)過裝置軟件判斷，由單獨的電氣回路執(zhí)行。在自動切換模式下工作電源出現(xiàn)問題時，可以快速切換到備用直流電源供電，切換速度在50毫秒以下，可保證切換過程中保護及測控設(shè)備不停電運行，提高二次設(shè)備直流供電可靠性。
[0034]數(shù)據(jù)管理單元3包括微處理器、芯片組、LVDS接口(Low-VoltageDifferential Si gnaling)> CF 卡接 P (CompactFlash)、USB 接 口 (Universal Serial BUS)、GPIO接口(GeneralPurposeInputOutput)、DDR內(nèi)存和兩個50Mbps以太網(wǎng)口。數(shù)據(jù)管理單兀通過網(wǎng)口訪問同步采集單元，接收邏輯控制單元傳來的數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，完成錄波數(shù)據(jù)保存、分析及導(dǎo)出，直流電壓、電流信號實時監(jiān)測，切換模式選擇及參數(shù)配置，事件記錄，并具有遠方通信功能，可以遠方實現(xiàn)對直流饋線狀態(tài)監(jiān)測、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測，遠方手動切換以及下發(fā)配置參數(shù)等功能。本單元還具備觸摸屏5，通過LVDS接口實現(xiàn)人機界面交互。數(shù)據(jù)管理單元3內(nèi)設(shè)置實時監(jiān)測模塊、事件記錄模塊、自檢模塊、參數(shù)配置和對外通信模塊。還設(shè)置電子盤6，存儲數(shù)據(jù)。
[0035]錄波模塊讀取邏輯控制單元發(fā)送的采樣數(shù)據(jù)，讀到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，然后對每周波數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)運算，計算出有效值，比較是否滿足事先設(shè)定的計算量(定值)，則發(fā)出跳閘或分閘命令，同時開始錄波，錄波時間范圍為500ms-5000ms，錄波時間由故障前和故障后兩部分組成，可分別設(shè)置時間長度，錄波結(jié)束后自動生成故障報告，同時將錄波數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標準C0MTRADE格式，保存在電子盤中。
[0036]事件記錄模塊對各種事件，包括:遙信事件、遙控事件、自檢事件、操作事件、保護事件、錄波事件，記錄事件發(fā)生時間、事件內(nèi)容、事件類別；用戶可通過設(shè)置事件的動作時間、事件名稱來查詢記錄信息。
[0037]自檢模塊對裝置硬件和軟件進行動態(tài)監(jiān)控，如果異常通過告警繼電器輸出報警，同時面板告警燈亮。自檢模塊對軟件配置參數(shù)、主要元器件、電氣回路進行自檢，比如采集回路、主板、存儲介質(zhì)等。告警信號分為面板燈告警信號和輸出告警節(jié)點信號，對外輸出采用硬接點方式，輸出告警信號包括:裝置失電、裝置異常、切換動作、直流異常、開關(guān)拒動。
[0038]對外通信模塊實現(xiàn)裝置通過網(wǎng)口進行遠方通信，可以遠方實現(xiàn)對直流饋線狀態(tài)監(jiān)測、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測，遠方手動切換以及下發(fā)配置參數(shù)等功能。通信協(xié)議支持新一代變電站通訊標準IEC61850，通訊協(xié)議符合IEC61850-8 ;同時支持電力行業(yè)通訊標準DL/T667-1999(IEC60870-5-103)。
[0039]數(shù)據(jù)分析模塊可以分析錄波文件，數(shù)據(jù)分析模塊采用跨平臺界面設(shè)計方法，可運行于Windows或Linux操作系統(tǒng)平臺，具有強大的在線幫助系統(tǒng)便于用戶操作；具有編輯和漫游功能，提供波形的顯示、迭加、組合、比較、剪輯和添加標注等分析工具，可選擇性打印和打印預(yù)覽；具有有效值、功率分析，阻抗圖分析，并顯示阻抗變化軌跡等功能。
[0040]本實用新型采用雙CPU架構(gòu)，工業(yè)級嵌入式主板作為數(shù)據(jù)管理單元，以DSP作為數(shù)據(jù)同步采集和處理的CPU，二者通過網(wǎng)口通信，共同完成數(shù)據(jù)采集、切換邏輯處理、切換錄波、事件記錄、自檢、輸入信號的實時監(jiān)測和遠方通信。主板除了完成通信和數(shù)據(jù)分析處理夕卜，還負責人機交互，告警指示，外部按鍵信號處理，以及USB接口管理等工作。
[0041]本實用新型可以實現(xiàn)直流電源運行狀態(tài)的全面監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄、智能快速切換、遠方操作，支持IEC61850，提高了二次設(shè)備直流供電可靠性及智能化水平，適應(yīng)于無人值守、遠方監(jiān)控模式的新一代智能變電站。
【權(quán)利要求】
1.一種直流電源快速切換裝置，其特征在于:包括同步采集單元(I)、邏輯控制單元(2)、數(shù)據(jù)管理單元(3)、直流開關(guān)(4)， 同步采集單元(I)，對直流電源的電壓、電流進行信號轉(zhuǎn)換，并在電氣上和輸入模擬信號隔離，然后對模擬信號進行同步采集，將采集的數(shù)據(jù)匯總后放在數(shù)據(jù)總線上，供邏輯控制單元⑵讀?。? 邏輯控制單元(2)，通過數(shù)據(jù)總線訪問同步采集單元(I)，接收同步采集單元匯總的數(shù)據(jù)，進行邏輯運算，如果滿足切換條件就發(fā)出控制命令，控制直流開關(guān)(4)的動作； 數(shù)據(jù)管理單元(3)，通過網(wǎng)口與邏輯控制單元(2)通信，完成對兩條直流饋線電壓信號和開入信號的實時監(jiān)測，以及裝置運行過程中的事件記錄、自檢、參數(shù)配置和對外通信； 直流開關(guān)(4)，執(zhí)行邏輯控制單元(2)發(fā)出的跳閘和合閘命令，實現(xiàn)工作電源和備用電源的切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源快速切換裝置，其特征在于:同步采集單元(I)包括傳感器輸入模塊(101)、差分輸入信號處理模塊(102), 傳感器輸入模塊(101)對電氣量進行信號轉(zhuǎn)換，并在電氣上和輸入模擬信號信號隔離，傳感器輸入模塊(101)包括隔離放大器、精密分流器，對直流電壓、電流信號進行隔離轉(zhuǎn)換和濾波處理； 差分輸入信號處理模塊(102)接收模擬輸入信號后，由邏輯控制單元的DSP控制每個通道的模擬/數(shù)字采樣模 塊進行同步采樣，將每一路模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將采集數(shù)據(jù)匯總后放在數(shù)據(jù)總線上，供邏輯控制單元讀取采樣數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源快速切換裝置，其特征在于:所述邏輯控制單元(2)包括數(shù)字信號處理器(201)、SRAM (202)、EEPROM (203)、網(wǎng)口(204)，數(shù)字信號處理器(201)控制模擬數(shù)據(jù)采集并計算采集到的直流電壓、電流信號，結(jié)合開入信號進行邏輯判斷，控制直流開關(guān)完成直流電源的快速切換，負責切換過程的數(shù)據(jù)記錄以及與數(shù)據(jù)管理單元的通?目。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源快速切換裝置，其特征在于:所述數(shù)據(jù)管理單元(3)包括微處理器(301)、芯片組(302)、LVDS 接口 (303)、CF 卡接口 (304)、USB 接口 (305) ,DDR內(nèi)存(307)、GP10接口(308)，數(shù)據(jù)管理單元(3)通過網(wǎng)口訪問邏輯控制單元(2)，接收邏輯控制單元(2)傳來的數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，完成錄波數(shù)據(jù)保存、分析及導(dǎo)出，輸入信號量實時監(jiān)測，并通過LVDS接口實現(xiàn)人機界面交互。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源快速切換裝置，其特征在于:邏輯控制單元(2)設(shè)置三種切換模式，自動切換、半自動切換和手動切換。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電源快速切換裝置，其特征在于:數(shù)據(jù)管理單元(3)內(nèi)設(shè)置對外通信模塊，對外通信模塊通過網(wǎng)口進行遠方通信，實現(xiàn)遠方對直流饋線狀態(tài)監(jiān)測、開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測，遠方手動切換以及下發(fā)配置參數(shù)。
【文檔編號】H02J9/06GK203827056SQ201420179464
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年4月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月14日
【發(fā)明者】劉志遠, 于曉軍, 韋鵬, 盧峰, 鄒洪森, 張斌, 李寧, 王文剛, 秦有蘇, 尹磊, 耿池勇, 隋衛(wèi)玲 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司, 深圳市元恒豐電氣技術(shù)有限公司