CN102522771A - 用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置，包括中心接入机、上位机和人机界面，所述中心接入机包括CPU、与该CPU分别相连的通信电路、计时电路和存储电路，所述的通信电路包括RS232接口电路、以太网接口电路、RS485接口电路、CAN接口电路和USB接口电路，其中，所述RS232接口电路或者以太网接口电路连接所述上位机；所述RS485接口电路连接所述人机界面；所述CAN接口电路通过CAN总线连接若干发电机底层监测系统；所述CPU将接收自所述底层监测系统的底层数据及故障信息经处理后传送给所述上位机和人机界面；所述存储芯片实时存储。本发明可扩展性强，支持动态模拟系统内部调整和分系统的接入，支持发电机监测系统脱机运行，显示方式多样，便于观测。

Description

用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置

技术领域

本发明涉及一种监测装置，尤其涉及一种用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置。

背景技术

电力系统动态模型(简称动模)是根据相似原理建立起来的电力系统物理模拟，它把实际电力系统的各个部分，如发电机、变压器、输电线路、负荷等按照相似条件设计，建造并组成一个电力系统模型，用这种模型代替实际系统进行各种正常与故障状态的试验研究。它能复制电力系统的各种运行情况，是电力系统动模实验室重要的元件。

现有的用于电力系统动态模拟实验的发电机监测装置的设计基本分为两种，一种是对电压电流采集后经微处理器处理后直接显示，另一种是将采集信号上传至计算机PC，PC将数据进行处理、存储并显示。这两种设计均有缺点，第一种设计可扩展性不好，系统结构相对固定，不能再接其他发电机监测装置以及动摸系统中的变电站、支路等监测装置；第二种设计数据的计算处理及存储由上位机(PC)负责，使得系统难以脱离PC，灵活性较差，数据也单由PC显示，使得操作者在操作模拟系统的同时观看数据不方便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷而提供一种用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置，具有扩展性强，支持动态模拟系统内部调整和分系统的接入，显示方式多样，便于观测的特点。

实现上述目的的技术方案是：

一种用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置，通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线连接发电机底层监测系统，所述发电机顶层监测装置包括中心接入机、与该中心接入机分别连接的上位机和人机界面，其中：

所述中心接入机包括CPU(中央处理器)、与该CPU分别相连的通信电路、计时电路和存储电路，其中，

所述通信电路包括RS232接口电路、以太网接口电路、RS485接口电路、CAN接口电路和USB接口电路，其中，

所述RS232接口电路或者以太网接口电路连接所述上位机；

所述RS485接口电路连接所述人机界面；

所述CAN接口电路接入所述CAN总线；

所述USB接口电路为获取所述存储电路存储数据的数据通道；

所述计时电路为所述的发电机顶层监测装置提供时间信息，用于与上位机或发电机底层监测系统时间校准，为历史数据提供时间信息，以及支持定时数据处理功能；

所述存储电路将所述CPU接收的各类底层数据及故障信息结合所述计时电路提供的时间信息进行实时存储；

所述CPU接收所述发电机底层监测系统上传的底层数据及故障信息，处理后传送给所述上位机和人机界面，所述上位机下发命令，所述CPU可对命令进行优化处理下发至发电机底层监测系统；

所述人机界面接收所述中心接入机上传的数据，经整理后按界面显示。

上述的用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置，其中，所述发电机顶层监测装置通过CAN总线可扩展连接若干发电机底层监测系统。

上述的用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置，其中，所述人机界面作为显示装置，所述中心接入机具有数据接收处理功能及扩展功能，使得脱离上位机后，所述用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置仍可运行，实现发电机系统脱机检修。

上述的用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置，其中，所述上位机还通过以太网连接变电站监测装置、支路监测装置和负荷监测装置。

本发明的有益效果是：本发明通过CAN总线、以太网和USB接口提高监测装置的可扩展性，支持动态模拟系统内部调整和分系统的接入；中心接入机具有数据处理功能提高上位机工作效率，便于上位机功能扩展；通过人机界面的设置，一方面提高用户实验观测的便捷性，另一方面，提高发电机顶层监测装置的脱机工作能力，支持脱机检修，并实现简单功能；同时，本发明能对数据实时存储，并可通过USB接口用USB闪存盘将存储的数据导出，提高数据共享的便捷性。

附图说明

图1是本发明的发电机顶层监测装置的结构示意图；

图2是本发明的发电机顶层监测装置连接发电机底层监测系统时的结构示意图；

图3是本发明的发电机顶层监测装置中RS232接口电路结构示意图；

图4是本发明的发电机顶层监测装置中CAN接口电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1和图2，本发明的用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置，该发电机顶层监测装置1通过CAN总线2连接若干发电机底层监测系统3，所述发电机底层监测系统3采集发电机系统的各类底层数据及故障信息，所述发电机顶层监测装置1包括中心接入机11、与中心接入机11分别连接的上位机(PC)12和人机界面13，

中心接入机11包括CPU111、与该CPU分别相连的通信电路112、计时电路113和存储电路114，其中，

通信电路112包括RS232接口电路1121、以太网接口电路1122、RS485接口电路1123、CAN接口电路1124和USB接口电路1125，其中，

RS232接口电路1121或者以太网接口电路1122连接所述上位机12，两种通信方式各有优点，RS232通信方式简单，但是通信速率较低，扩展性差，以太网通信技术相对复杂但是通信速率很高，可扩展性强，在两种通信方式的提供给系统增添了很大的灵活性；

请参阅图3，RS232接口电路1121结构示意图，上位机通过TXD1和RXD1两根信号线发送和接收信号，经转换器SP3232E转换，CPU111通过TXD0和RXD0两根信号线发送和接收信号。SP3232E是双驱动器/接收器器件，满足EIA/TIA-232-F标准，工作电压为3.0V-5.5V，最大通信速率为120kbps。

RS485接口电路1123连接人机界面13，中心接入机11将数据通过RS485串口通信方式传送给人机界面13进行显示；

CAN接口电路1124接入CAN总线2；

请参阅图4，CAN接口电路1124结构示意图，CPU111通过CANTXD和CANRXD进行发送和接收信号，经高速CAN收发器芯片CTM1050转换至CANH和CANL，并连接到CAN总线3上。CTM1050内部集成了所有必需的电气元件，包括隔离电路、CAN收发器、总线保护、电源电路，与传统设计相比，其具有更高的集成度，更高的可靠性和更具竞争力的价格。

USB接口电路1125为获取存储电路114存储数据的数据通道，用户可以通过USB闪存盘快速获取数据，同时USB接口电路1125可作为与其他具有USB连接功能的监测装置的连接接口；

计时电路113为的发电机顶层监测装置1提供时间信息，用于与上位机12或发电机底层监测系统3时间校准，为历史数据提供时间信息，以及支持定时数据处理功能，其中，计时电路113中计时芯片可采用DALLAS公司出品的DS1307时钟芯片，DS1307是一款低功耗，具有56字节非失性RAM的全BCD码时钟日历实时时钟芯片，地址和数据通过两线双向的串行总线的传输，芯片可以提供秒，分，小时等信息，每一个月的天数能自动调整。并且有闰年补偿功能。AM/PM标志位决定时钟工作于24小时或12小时模式，芯片有一个内置的电源感应电路，具有掉电检测和电池切换功能；

存储电路114将CPU111接收的各类底层数据及故障信息结合计时电路113提供的时间信息进行实时存储，其中，存储电路114中存储芯片采用4片AT24C512芯片，AT24C512芯片是ATMEL公司生产的64KB串行电可擦的可编程存储器；

CPU111接收发电机底层监测系统3上传的各类底层数据及故障信息，处理后传送给上位机12和人机界面13，上位机12下发命令，CPU111可对命令进行优化处理下发至发电机底层监测系统3，CPU111可采用PHILIPS公司生产的ARM7系列产品LPC2378，LPC2378是32位的ARM7微处理芯片，其具有优异的性能，且功耗很低，可在高达72MHz的工作频率下运行，具有512KB的片内Flash内存，4个带小数波特率发生功能的UART，3个I2C接口，2个CAN2.0B通道，10位的AD转换器，还有先进的向量中断器，有多达32个向量中断，其工作温度范围可从-40℃-85℃，比较适合应用在本发明的用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置；

上位机12通过以太网连接中心接入机11以及变电站监测装置、支路监测装置和负荷监测装置，或单独通过RS232接口1121与中心接入机连接11，接收处理所连接部分上传的数据，并可向所连接部分下发控制命令，作为整个动态模拟实验平台的中央控制端；

人机界面13接收中心接入机11上传的数据，经整理后按界面显示。

发电机底层监测系统3包括发电机系统31和三个直接数字控制器(DDC)32，其中：

发电机系统31包括发电机(图中未示)、励磁控制系统311、调速控制系统312和同期控制系统313；

三个直接数字控制器32连接CAN总线2，并通过各自对应的电压互感器、电流互感器和继电器与发电机系统31中的励磁控制系统311、调速控制系统312和同期控制系统313一一对应连接，从而采集发电机系统31的各类底层数据及故障信息，并根据自定义的协议上传给中心接入机11中的CPU111；

直接数字控制器32采集的底层数据包括三相定子电压、三相定子电流、励磁电压、励磁电流，以及通过FFT算法计算得到的发电机频率、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数和同期的滑差信息(电压差、频率差和相位差)，以及开关量；所述开关量包括励磁的手动/自动、远程/就地、是否选择最大励磁电流限制、调速过程中的超速报警、同期过程中的升压/降压等信息。

请参阅图2，发电机底层监测系统3还包括与三个直接数字控制器32分别通过RS485接口(图中未示)连接的三个人机界面，该三个人机界面与三个直接数字控制器32一一对应。

CAN总线2具有报文发送可靠性高、网络内结点个数理论上无限制等特点，使得发电机底层监测系统3与发电机顶层监测装置1的通信具有通信可靠性高，并且除可以扩展接入其他发电机底层监测系统外，还可以扩展接入动态模拟系统中的变电站监测装置、支路监测装置和负荷监测装置等多套系统，使得整个系统具有很高的可扩展性。

综上所述，本发明通过CAN总线、以太网和USB接口提高监测装置的可扩展性，支持动态模拟系统内部调整和分系统的接入；中心接入机具有数据处理功能提高上位机工作效率，便于上位机功能扩展；通过人机界面的设置，一方面提高用户实验观测的便捷性，另一方面，提高发电机顶层监测装置的脱机工作能力，支持脱机检修，并实现简单功能；同时，本发明能对数据实时存储，并可通过USB接口用USB闪存盘将存储的数据导出，提高数据共享的便捷性。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (4)

1.一种用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置，通过CAN总线连接发电机底层监测系统，其特征在于，所述发电机顶层监测装置包括中心接入机、与该中心接入机分别连接的上位机和人机界面，其中：

所述中心接入机包括CPU、与该CPU分别相连的通信电路、计时电路和存储电路，其中，

所述通信电路包括RS232接口电路、以太网接口电路、RS485接口电路、CAN接口电路和USB接口电路，其中，

所述RS232接口电路或者以太网接口电路连接所述上位机；

所述RS485接口电路连接所述人机界面；

所述CAN接口电路接入所述CAN总线；

所述USB接口电路为获取所述存储电路存储数据的数据通道；

所述计时电路为所述的发电机顶层监测装置提供时间信息，用于与上位机或发电机底层监测系统时间校准，为历史数据提供时间信息，以及支持定时数据处理功能；

所述存储电路将所述CPU接收的各类底层数据及故障信息结合所述计时电路提供的时间信息进行实时存储；

所述CPU接收所述发电机底层监测系统上传的底层数据及故障信息，处理后传送给所述上位机和人机界面，所述上位机下发命令，所述CPU可对命令进行优化处理下发至发电机底层监测系统；

所述人机界面接收所述中心接入机上传的数据，经整理后按界面显示。

2.根据权利要求1所述的用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置，其特征在于，所述发电机顶层监测装置通过CAN总线可扩展连接若干发电机底层监测系统。

3.根据权利要求1所述的用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置，其特征在于，所述人机界面作为显示装置，所述中心接入机具有数据接收处理功能及扩展功能，使得脱离上位机后，所述用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置仍可运行，实现发电机系统脱机检修。

4.根据权利要求1所述的用于电力系统动态模拟实验的发电机顶层监测装置，其特征在于，所述上位机还通过以太网连接变电站监测装置、支路监测装置和负荷监测装置。

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