CN103760411A - 一种直流母线电压录波装置 - Google Patents

Abstract

本发明为了对直流系统进行更加完善、完备的故障录波，提供了一种直流母线电压录波装置包括：第一处理器、第二处理器，存储单元、通讯接口电路、显示单元，以及直流输入电路，其中，第一处理器与第二处理器通过所述通讯接口电路进行数据交换，所述存储单元和显示单元均与第二处理器电气连接，所述直流输入电路与所述第一处理器通过FIR滤波电路电气连接，所述直流输入电路包括高速AD，所述AD对正负母线对地电压进行实时采样。该装置不会发生误报，漏报，当发生交流侵入、单点接地时可以立即进行报警，并可以对故障波形进行实时记录。

Description

一种直流母线电压录波装置

技术领域

本发明属于电力测量仪器仪表技术领域，涉及一种交流侵入监测装置，更具体地，涉及一种直流母线电压录波装置。

背景技术

直流电源系统作为变电站的重要组成部分，对保证全站设备的安全运行起到重要作用。它不仅为信号设备、保护设备、断路器分合闸操作、事故照明等设备提供电源，而且在交流电源失电的情况下，由蓄电池提供足够的电源供设备正常使用。因此，直流电源的安全可靠运行对于变电站的安全可靠运行至关重要。但由于直流电源供电设备多，供电线缆长，在实际运行中经常出现绝缘接地等故障。

在实际运行中，有一种特殊的接地故障破坏性更大，这就是交流侵入直流系统。由于一个屏柜内既有交流电，又有直流电，供电线缆又较长，交直流端子相隔较近，经常会因为误接线或绝缘降低，导致交流电侵入直流系统，引起绝缘监测装置报直流接地故障。这种故障严重时会导致设备损坏，或保护设备误动，给变电站安全运行带来严重影响。但目前变电站现场对“交流侵入直流故障”缺乏有效的监控手段和故障告警措施，对交流侵入直流引发的故障处理仅仅局限于人工排查单一手段。

国家电网生[2012]352号文件《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》（修订版）中，“15.7.20在运行和检修中应加强对直流系统的管理，严格执行有关规程、规定及反措，防止直流系统故障，特别要防止交流电压、电流串入直流回路，造成电网事故。”“15.7.23在运行和检修中应严格执行有关规程、规定及反措，防止交流电压、电流串入直流回路。”“5.1.1.18.3新建或改造的变电所，直流系统绝缘监测装置，应具备交流窜直流故障的测记和报警功能。原有的直流系统绝缘监测装置，应逐步进行改造，使其具备交流窜直流故障的测记和报警功能。”可见，“严防交流侵入直流故障出现（《十八项反措》5.1.1.18）”是现场运维、检修迫切需要解决的问题。

申请号为CN201220628384.8的中国实用新型专利申请公开了一种交流侵入直流监测装置，包括直流信号处理装置，直流母线通过变压器和模数转换器连接直流信号处理装置，直流信号处理装置与远程PC通信连接。其通过对直流母线实时监测，当直流母线发生交流侵入，单点接地等故障时，能够及时发出告警信号，提醒工作人员及时处理故障。但是，现有技术的这种装置不能直接和准确地判定发生交流侵入的具体故障位置。而且，包括上述装置在内的现有技术中的各种监测装置偏重于对交流系统的监测，对直流系统的监测只限于电压，电流；直流系统的对地电压，纹波等均未进行监测，而且直流系统发生瞬间接地，交流侵入时不易进行监测。

发明内容

为了弥补现有产品的不足，本发明对直流系统进行更加完善、完备的故障录波。当直流电源发生交流侵入时，能够准确判断是正母线还是负母线发生的交流侵入，能够监测出交流侵入的幅值，当交流侵入的幅值大于设定值时，能够自行启动录波功能，将故障波形记录下来。

本发明提供了一种直流母线电压录波装置，该装置是通过测量直流正负母线对地电压的原理进行设计的。其利用双DSP高速数字处理技术，采用16位高速AD对正负母线对地电压进行实时采样，基于FIR数字滤波技术有效地滤除了干扰信号。

根据本发明的一方面，直流母线电压录波装置包括：第一处理器、第二处理器，存储单元、通讯接口电路、显示单元，以及直流输入电路，其中，第一处理器与第二处理器通过所述通讯接口电路进行数据交换，所述存储单元和显示单元均与第二处理器电气连接，所述直流输入电路与所述第一处理器通过FIR滤波电路电气连接，所述直流输入电路包括高速AD，所述AD对正负母线对地电压进行实时采样。

其中，所述显示单元用于以数字和波形的形式显示所述直流输入电路输入的直流电压数据，包括正母线对地电压、负母线对地电压、母线电压、纹波系数、纹波电压。

其中，所述显示单元还用于显示是否发生交流侵入的提示。

其中，所述第一处理器实时采集正负母线对地电压数据并且将采集的数据通过通讯接口电路传给第二处理器，所述第二处理器完成数据存储和驱动显示单元进行显示。

其中，所述第一处理器与所述直流输入电路之间还包括模拟采集电路，所述模拟采集电路包括：运算放大器AR1、运算放大器AR2，以及彼此逐个串联的4个电阻R1-R4；其中电阻R2和电阻R3之间接地，运算放大器AR1的正输入端连接在电阻R1和电阻R2之间，运算放大器AR2的正输入端连接在电阻R3和电阻R4之间，运算放大器AR1和运算放大器AR2的负输入端分别连接运算放大器AR1和运算放大器AR2的输出端，且运算放大器AR1和运算放大器AR2的输出端分别连接第一处理器的两个数据输入端。

其中，所述通讯接口电路为双工通讯接口电路。

其中，所述显示单元为液晶显示装置。

其中，所述存储单元采用SST39VF1601。

FIR滤波器具有严格的线性相位，在实际的有限精度运算中都不存在稳定性问题运算误差较小。而且FIR滤波器可以采用快速傅里叶变换算法，在相同的阶数条件下，运算速度可以更快。

本发明的有益效果如下：本发明的直流母线电压录波装置可以实现对交流侵入进行有效告警，不会发生误报，漏报，当发生交流侵入、单点接地时可以立即进行报警。并可以对故障波形进行实时记录。通过其自带的真彩液晶显示屏可以查看各项采集数据，查看正负母线对地电压的实时波形，进行历史故障波形的查看，也可以对产品进行参数设置等操作。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的直流母线电压录波装置的结构示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的直流母线电压录波装置的模拟采集电路图；

图3是根据本发明的一个实施例的直流母线电压录波装置的两片CPU与它们之间的通讯接口电路的接线图；

图4是根据本发明的一个实施例的直流母线电压录波装置的CPU控制存储芯片电路图；

图5是根据本发明的一个实施例的直流母线电压录波装置的液晶控制电路图。

具体实施方式

下面将结合附图说明本发明的实施例。

根据本发明的一个优选的实施例，直流母线电压录波装置包括：第一处理器CPU1、第二处理器CPU2，存储单元4、通讯接口电路3、显示单元2，以及直流输入电路1，其中，第一处理器CPU1与第二处理器CPU2通过所述通讯接口电路3进行数据交换，所述存储单元和显示单元2均与第二处理器CPU2电气连接，所述直流输入电路1与所述第一处理器CPU1通过FIR滤波电路电气连接。CPU1负责实时实施采集正负母线对地电压数据并且将采集的数据通过通讯接口传给CPU2，CPU2主要实现任务调度，如显示直流正负母线对地电压数据、波形。通知CPU2启动录波功能将数据保存到FLASH存储器中，最多可以保存32条历史故障记录，便于用户随时查询。在本发明的优选的实施例中，第一处理器CPU1和第二处理器CPU2采用C8051F120，且存储单元4采用FLASH。该FLASH可以选择例如SST39VF1601。

本装置可以通过真彩液晶显示屏查看各个数据量的具体数值，也可以切换界面查看正负母线对地电压的实时曲线、历史故障波形。

上述装置是通过测量直流正负母线对地电压的原理进行设计的。具体来讲，其利用双DSP高速数字处理技术，采用16位高速AD对正负母线对地电压进行实时采样，并且还基于FIR数字滤波技术有效地滤除了干扰信号。

显示单元2用于以数字和波形的形式显示所述直流输入电路1输入的直流电压数据，包括正母线对地电压、负母线对地电压、母线电压、纹波系数、纹波电压，此外，还用于显示是否发生交流侵入的提示。

第一处理器CPU1实时采集正负母线对地电压数据并且将采集的数据通过通讯接口电路3传给第二处理器CPU2，所述第二处理器CPU2完成数据存储和驱动显示单元2进行显示。

如图2所示，第一处理器CPU1与所述直流输入电路1之间还包括模拟采集电路。图2中R2，R3分别为正、负母线的采样电阻，信号通过AR1，AR2运放之后分别输入到AD采集通道中进行模数转换，CPU1根据得到数据进行数据处理。所述模拟采集电路包括：运算放大器AR1、运算放大器AR2，以及彼此逐个串联的4个电阻R1-R4；其中电阻R2和电阻R3之间接地，运算放大器AR1的正输入端连接在电阻R1和电阻R2之间，运算放大器AR2的正输入端连接在电阻R3和电阻R4之间，运算放大器AR1和运算放大器AR2的负输入端分别连接运算放大器AR1和运算放大器AR2的输出端，且运算放大器AR1和运算放大器AR2的输出端分别连接第一处理器CPU1的两个数据输入端。

如图3所示，所述通讯接口电路3为双工通讯接口电路3。第一处理器CPU1的TXD端与第二处理器CPU2的RXD端电气连接，第二处理器CPU2的TXD端与第一处理器CPU1的TXD端电气连接。通过这种双工通讯连接方式，CPU2与CPU1之间可以进行数据交互。

根据本发明的优选的实施例，通讯接口电路3采用全双工通信方式。

其中，所述显示单元2为液晶显示装置。根据本发明的优选的实施例，该液晶显示装置具有真彩液晶显示屏。装置可以通过真彩液晶显示屏查看各个数据量的具体数值，也可以切换界面查看正负母线对地电压的实时曲线、历史故障波形。

如图4所示，示出了根据本发明的优选的实施例的直流母线电压录波装置的CPU控制存储芯片电路图。其中，AL0---AL19为地址总线，DL0---DL15为数据总线，WR为写操作控制信号，RD为读操作控制信号，CS1为片选控制信号。

如图5所示的液晶控制电路中，DL0---DL15为数据总线，RS_LCD为液晶复位控制线，W_LCD为写操作控制线，R_LCD为读操作控制线，CS_LCD为片选控制线，BL为背光控制线。

在一个优选的实施例中，当发生交流侵入时，显示单元2中显示的提示字符“当前状态”以红色显示“交流侵入”，同时显示正负母线对地电压的交流电压有效值。优选地，用户可以通过显示单元2中设置数据查看方式按键和/或系统参数设置按键，通过数据查看方式按键选择“实时曲线”“历史数据”进行数据查看，通过系统参数设置按键可以选择“参数设置”“系统设置”对系统参数等数据进行设置。

以上的各实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种直流母线电压录波装置，包括：第一处理器、第二处理器，存储单元、通讯接口电路、显示单元，以及直流输入电路，其特征在于，第一处理器与第二处理器通过所述通讯接口电路进行数据交换，所述存储单元和显示单元均与第二处理器电气连接，所述直流输入电路与所述第一处理器通过FIR滤波电路电气连接，所述直流输入电路包括高速AD，所述AD对正负母线对地电压进行实时采样。

2.根据权利要求1所述的直流母线电压录波装置，其特征在于，所述显示单元用于以数字和波形的形式显示所述直流输入电路输入的直流电压数据，包括正母线对地电压、负母线对地电压、母线电压、纹波系数、纹波电压。

3.根据权利要求1所述的直流母线电压录波装置，其特征在于，所述显示单元还用于显示是否发生交流侵入的提示。

4.根据权利要求1所述的直流母线电压录波装置，其特征在于，所述第一处理器实时采集正负母线对地电压数据并且将采集的数据通过通讯接口电路传给第二处理器，所述第二处理器完成数据存储和驱动显示单元进行显示。

5.根据权利要求1所述的直流母线电压录波装置，其特征在于，所述第一处理器与所述直流输入电路之间还包括模拟采集电路，所述模拟采集电路包括：运算放大器AR1、运算放大器AR2，以及彼此逐个串联的4个电阻R1-R4；其中电阻R2和电阻R3之间接地，运算放大器AR1的正输入端连接在电阻R1和电阻R2之间，运算放大器AR2的正输入端连接在电阻R3和电阻R4之间，运算放大器AR1和运算放大器AR2的负输入端分别连接运算放大器AR1和运算放大器AR2的输出端，且运算放大器AR1和运算放大器AR2的输出端分别连接第一处理器的两个数据输入端。

6.根据权利要求1所述的直流母线电压录波装置，其特征在于，所述通讯接口电路为双工通讯接口电路。

7.根据权利要求1所述的直流母线电压录波装置，其特征在于，所述显示单元为液晶显示装置。

8.根据权利要求1所述的直流母线电压录波装置，其特征在于，所述存储单元采用SST39VF1601。

9.一种对直流母线电压信号进行FIR滤波方法，该方法基于权利要求1-8之一所述的直流母线电压录波装置，包括如下步骤：

（1）初始化滤波系数和滤波数据；

（2）设置波形缓冲区大小为N，其中N为大于1的自然数；

（3）更新滤波窗口数据；

（4）初始化累加器；

（5）累加器累加滤波系数与滤波数据；

（6）判断累加次数是否到达N：如果没有则重复步骤（5），否则继续步骤（7）；

（7）保存累加器的累加结果。

10.根据权利要求1所述的FIR滤波方法，其特征在于，所述步骤（7）的累加结果被保存到FIR滤波器的输出缓存。

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