CN104333007B - 一种基于主从结构的无功电压控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于主从结构的无功电压控制器，其特征在于：主CPU侧模拟量采样模块采集主CPU侧接入的电压和电流信号输送至主CPU模块，主CPU侧遥信输入模块采集主CPU侧接入的遥信信号输送至主CPU模块，主CPU侧继电器出口模块与主CPU模块连接，从CPU侧模拟量采样模块采集从CPU侧接入的电压和电流信号输送至从CPU模块，从CPU侧遥信输入模块采集从CPU侧接入的遥信信号输送至从CPU模块，从CPU侧继电器出口模块与从CPU模块连接，主CPU模块连接一个通讯模块，所述从CPU模块一个通讯模块，两个通讯模块相互通讯。本发明解决了无功电压调节和电容器组保护不能统一配置的问题，提供了一种既可提高性能，也可节约成本的基于主从结构的无功电压控制器。
Description
技术领域
本发明属于变电站保护技术领域，特别是涉及一种基于主从结构的无功电压控制器。
背景技术
为了减少输配电中功率损耗，平衡无功，变电站内通常设置多组电容器进行无功补偿调节。在无功调节过程中，首先要考虑到输出电压不会越限，因此无功电压调节装置既要进行电容器组的投切(或调档)也要对主变档位进行调节。同时，为防止变电站内的电容器组在过压、短路时候发生损坏，必须配置单独的电容器保护装置。
目前的110KV变电站，大量采用双主变配置，每台主变侧都配置有单独的电容器组。一方面，两台主变既能分列运行也能并列运行，电压无功调节要适应多种运行模式必须将两台主变和多组电容器组统一协调处理，因此要统一配置无功电压控制装置。另一方面，为单独实现电容器组的保护功能，通常要配置两个独立的电容器保护装置，投资成本较高。同时市面上也曾出现过带保护功能的无功电压综合控制装置，但该装置将多台电容器组保护集中在一个装置中，一旦该装置故障，所有的电容器组将同时失去保护，有较大的安全隐患。
发明内容
为了解决现有技术中无功电压调节和电容器组保护不能统一配置的问题，本发明提供了一种既可提高性能，也可节约成本的基于主从结构的无功电压控制器。
为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种基于主从结构的无功电压控制器，包括主CPU模块和从CPU模块，其特征在于：还包括主CPU侧模拟量采样模块、主CPU侧遥信输入模块、主CPU侧继电器出口模块、从CPU侧模拟量采样模块、从CPU侧遥信输入模块、从CPU侧继电器出口模块和通讯模块，所述主CPU侧模拟量采样模块采集主CPU侧接入的电压和电流信号输送至主CPU模块，所述主CPU侧遥信输入模块采集主CPU侧接入的遥信信号输送至主CPU模块，所述主CPU侧继电器出口模块与主CPU模块连接，根据主CPU模块指令输出分合闸信号和升降档信号，所述从CPU侧模拟量采样模块采集从CPU侧接入的电压和电流信号输送至从CPU模块，所述从CPU侧遥信输入模块采集从CPU侧接入的遥信信号输送至从CPU模块，所述从CPU侧继电器出口模块与从CPU模块连接，根据从CPU模块指令输出分合闸信号和升降档信号，所述主CPU模块连接一个通讯模块，所述从CPU模块一个通讯模块，所述两个通讯模块实现主CPU模块和从CPU模块相互之间的通讯。
前述的一种基于主从结构的无功电压控制器，其特征在于：所述通讯模块包括主CPU侧以太网通讯模块和从CPU侧以太网通讯模块，所述主CPU侧以太网通讯模块分别与主CPU模块和从CPU侧以太网通讯模块相连，所述从CPU侧以太网通讯模块与从CPU模块相连，所述主CPU侧以太网通讯模块还能与外部服务器通讯上送和接收信息。
前述的一种基于主从结构的无功电压控制器，其特征在于：所述通讯模块还包括主CPU侧CAN通讯模块和从CPU侧CAN通讯模块，所述主CPU侧CAN通讯模块分别与主CPU模块和从CPU侧CAN通讯模块相连，所述从CPU侧CAN通讯模块与从CPU模块相连，所述主CPU模块能够通过主CPU侧CAN通讯模块与外部服务器以CAN网方式进行通讯。
前述的一种基于主从结构的无功电压控制器，其特征在于：所述主CPU模块还与主CPU侧键盘显示模块通过内部总线连接，所述从CPU模块还与从CPU侧键盘显示模块通过内部总线连接。
前述的一种基于主从结构的无功电压控制器，其特征在于：所述主CPU模块和从CPU模块均采用双核处理器OMAP-L138，该处理器包括一个ARM核和一个DSP核、主频可达400MHz。
前述的一种基于主从结构的无功电压控制器，其特征在于：所述主CPU侧遥信输入模块和从CPU侧模拟量采样模块均包括21个采用光电隔离的遥信采集模块，用于实现两台主变开关跳合位位置信号采集，两组电容器档位位置及主变档位位置采集。
前述的一种基于主从结构的无功电压控制器，其特征在于：所述主CPU侧模拟量采样模块包括4个电压互感器和13个电流互感器，用于采集两台主变低压侧的各两组电压，主变4个测量电流、电容器组4个测量电流、母联开关的一个测量电流及主CPU侧电容器组4个保护电流；从CPU侧模拟量采样模块包括2个电压互感器和9个电流互感器，用于采集从CPU侧电容器组电压，从CPU侧测量电流、母联开关的一个测量电流及从CPU侧电容器组4个保护电流。
前述的一种基于主从结构的无功电压控制器，其特征在于：所述主CPU侧继电器出口模块包括11个由主CPU模块控制的开出控制信号；用于完成电容器组开关的跳合闸、主变分接头升降档操作；所述从CPU侧继电器出口模块包括11个由从CPU模块控制的开出控制信号；用于完成从CPU侧电容器组开关的跳合闸、主变分接头升降档操作。
前述的一种基于主从结构的无功电压控制器，其特征在于：所述主CPU侧CAN通讯模块和从CPU侧CAN通讯模块均包括一个CAN通讯控制器和CAN信号电平变压器，用于实现CAN数据的收发控制。
前述的一种基于主从结构的无功电压控制器，其特征在于：所述主CPU侧键盘显示模块和从CPU侧键盘显示模块均包括液晶显示电路和键盘扫描电路。
本发明所达到的有益效果：本发明主从结构的无功电压控制器，主CPU模块和从CPU模块分开布置，主CPU模块负责两台主变的无功电压统一调节控制，同时实现一台主变电容器组的保护功能；从CPU模块实现另外一台主变电容器组的保护功能，同时作为无功电压控制调节的备份处理器。主CPU模块可以通过以太网通讯和CAN通讯从从CPU模块读取信息并对从CPU模块发送控制指令，从而实现两台主变的统一无功电压控制。因为主从两套模块独立布置，在失去通讯后也可以可独立运行，所以能分别实现对两台电容器组的保护功能。本发明设计了基于主从结构的无功电压控制器，无功电压控制功能由主CPU模块来完成，电容器组的保护功能由主CPU模块和从CPU模块分别完成。主CPU模块和从CPU模块可独立运行，只通过通讯方式交换信息。该种设计既实现了双主变多种运行方式下，电压无功的统一调节，又实现了保护模块的单独布置，同时提升了电压无功的调节性能，保证了电容器组保护模块的独立性和安全性，又节约了成本。
附图说明
图1是基于主从结构的无功电压控制器的电路原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种基于主从结构的无功电压控制器，包括主CPU模块1、主CPU侧遥信输入模块2、主CPU侧继电器出口模块3、主CPU侧CAN通讯模块4、主CPU侧以太网通讯模块5、主CPU侧键盘显示模块6、主CPU侧模拟量采样模块7、从CPU模块8、从CPU侧遥信输入模块9、从CPU侧继电器出口模块10、从CPU侧模拟量采样模块11、从CPU侧键盘显示模块12、从CPU侧以太网通讯模块13和从CPU侧CAN通讯模块14。
主CPU模块1负责主CPU侧遥信量采集、模拟量采集、出口控制、菜单显示、按键扫描、主CPU侧电容器组保护逻辑以及主CPU侧和从CPU侧两侧所有的无功及电压判别逻辑处理以及对远方服务器的通讯处理；从CPU模块8负责从CPU侧遥信量采集、模拟量采集、出口控制、菜单显示、按键扫描、从CPU侧电容器组保护逻辑同时作为从CPU侧无功及电压判别逻辑的备用处理模块。主CPU侧模拟量采样模块7采集主CPU侧接入的电压和电流信号，该模块与主CPU模块相连；主CPU侧遥信输入模块2采集主CPU侧接入的遥信信号，该模块与主CPU模块1相连；主CPU侧继电器出口模块3根据主CPU指令输出分合闸信号和升降档信号，从而实现电容器组的投切和主变档位的升降，该模块与主CPU模块相连。主CPU侧键盘显示模块6实现主CPU侧按键扫描和界面显示该模块与主CPU模块1相连；主CPU侧以太网通讯模块5实现主CPU与外界的以太网通讯；主CPU侧以太网通讯模块5与主CPU模块1相连，同时该模块还与从CPU侧以太网通讯模块13相连；主CPU侧CAN通讯模块4实现主CPU与外界的CAN网通讯；主CPU侧CAN通讯模块4与主CPU模块1相连，同时该模块还与从CPU侧CAN通讯模块14相连。从CPU侧模拟量采样模块11采集从CPU侧接入的电压和电流信号，该模块与从CPU模块8相连；从CPU侧遥信输入模块9采集从CPU侧接入的遥信信号，该模块与从CPU模块8相连；从CPU侧继电器出口模块10根据从CPU指令输出分合闸信号和升降档信号，从而实现电容器组的投切和主变档位的升降，该模块与从CPU模块8相连。从CPU侧键盘显示模块12实现从CPU侧按键扫描和界面显示该模块与从CPU模块8相连；从CPU侧以太网通讯模块：实现从CPU与外界的以太网通讯；从CPU侧以太网通讯模块13与从CPU模块8相连，同时该模块还与主CPU侧以太网通讯模块5相连；从CPU侧CAN通讯模块14实现从CPU与外界的CAN网通讯；从CPU侧CAN通讯模块14与从CPU模块8相连，同时该模块还与主CPU侧CAN网通讯模块14相连；
本发明主CPU模块1采用TI公司的双核处理器OMAP-L138,该CPU包括一个ARM核和一个DSP核、主频可达400MHz。主CPU模块1负责两台主变所有无功电压调节的数据处理、主CPU侧电容器组的保护功能处理、主CPU侧遥信量采集、主CPU侧出口控制、主CPU侧键盘扫描及显示处理以及对远方服务器的通讯处理。
主CPU侧遥信输入模块2包括21个采用光电隔离的遥信采集模块，实现两台主变开关跳合位位置信号采集，两组电容器档位位置及主变档位位置采集。主CPU侧遥信输入模块2通过内部总线与主CPU模块1相连。遥信输入模块2可以根据实际需求配置多个。
主CPU侧继电器出口模块3包括11个由主CPU模块1控制的开出控制信号；可完成电容器组开关的跳合闸、主变分接头升降档操作；主CPU侧继电器出口模块3通过总线与主CPU模块1相连。
主CPU侧CAN通讯模块4包括一个CAN通讯控制器和CAN信号电平变压器，可以实现CAN数据的收发控制。主CPU侧通过CAN通讯模块4，主CPU模块1可以与外部以CAN网方式进行通讯。
主CPU侧以太网通讯模块5包括主CPU模块1内置的以太网控制器和外部转换电平的以太网变压器。主CPU侧以太网通讯模块5一方面可以和从CPU模块8进行通讯，下发主CPU模块的命令，另一方面可以和后台服务器通讯，上送控制器的信息，接受后台服务器的遥控命令。
主CPU侧键盘显示模块6包括液晶显示电路和键盘扫描电路，包括上、下、左、右、确认、取消、复归等7个按键。通过主CPU侧键盘显示模块6，用户可以设置主CPU侧的定值参数，观察采样值、遥信值以及进行遥控模拟操作等。主CPU侧键盘显示模块6与主CPU模块1通过内部总线连接。
主CPU侧模拟量采样模块7包括4个电压互感器和13个电流互感器，可以采集两台主变低压侧的各两组电压，主变4个测量电流、电容器组4个测量电流、母联开关的一个测量电流及主CPU侧电容器组4个保护电流。主CPU侧模拟量采样模块7通过内部的电流互感器和电压互感器将外部电流电压输入转换为小电压信号进入到主CPU模块1内部的采样计算模块。
从CPU模块8同主CPU一样采用TI公司的双核处理器OMAP-L138,该CPU包括一个ARM核和一个DSP核、主频可达400MHz。从CPU模块1负责从CPU侧电容器组的保护功能处理、从CPU侧保护出口控制、从CPU侧键盘扫描及显示处理。从CPU模块8通过以太网通讯模块13连接到与主CPU模块1连接的以太网通讯模块5，从而实现与主CPU模块1的以太网通讯。同时，从CPU模块8通过CAN通讯模块14连接到与主CPU模块1连接的CAN通讯模块4，从而实现与主CPU模块1的CAN网通讯。
从CPU侧遥信输入模块9包括21个采用光电隔离的遥信采集模块，实现从CPU侧主变开关跳合位位置信号采集，从CPU侧电容器档位位置及主变档位位置采集。遥信输入模块9通过内部总线与从CPU模块8相连。
从CPU侧继电器出口模块10包括11个由从CPU模块8控制的开出控制信号；可完成从CPU侧电容器组开关的跳合闸、主变分接头升降档操作；继电器出口模块10通过总线与从CPU模块8相连。
从CPU侧模拟量采样模块11包括2个电压互感器和9个电流互感器，可以采集从CPU侧电容器组电压，从CPU侧4测量电流、母联开关的一个测量电流及从CPU侧电容器组4个保护电流。从CPU侧模拟量采样模块11通过内部的电流互感器和电压互感器将外部电流电压输入转换为小电压信号进入到从CPU模块8内部的采样计算模块。
从CPU侧键盘显示模块12包括液晶显示电路和键盘扫描电路，包括上、下、左、右、确认、取消、复归等7个按键。通过从CPU侧键盘显示模块12，用户可以设置从CPU侧的定值参数，观察采样值、遥信值以及进行遥控模拟操作等。从CPU侧键盘显示模块12与从CPU模块8通过内部总线连接。
从CPU侧以太网通讯模块13包括从CPU模块8内置的以太网控制器和外部转换电平的以太网变压器。以太网通讯模块13一方面可以和主CPU模块1进行通讯，接受主CPU模块的命令，同时可以上送从CPU的信息。
从CPU侧CAN通讯模块14包括一个CAN通讯控制器和CAN信号电平变压器，可以实现CAN数据的收发控制。从CPU侧通过CAN通讯模块14，从CPU模块8可以与外部以CAN网方式进行通讯。
两台主变以及电容器组的电压电流测量信号经过主CPU侧模拟量采样模块7的信号调理后进入到主CPU模块1，同时，主CPU模块1通过主CPU侧遥信输入模块2采集主变档位及电容器开关位置等数字量。主CPU模块1通过对从主CPU侧采样模块7采集的测量数据以及主CPU侧遥信输入模块2采集的遥信数据进行分析处理完成无功电压逻辑判别以及主CPU模块1一侧电容器组的保护逻辑判别。同时主CPU模块1根据判别结果，驱动主CPU侧继电器出口模块3，完成控制两组电容器组开关投切和两组主变档位调节，实现VQC功能和主CPU侧电容器组保护功能。从CPU一侧电容器组的电压电流测量信号经过从CPU侧模拟量采样模块11的信号调理后进入到从CPU模块8，同时，从CPU模块8通过从CPU侧遥信输入模块9采集从CPU侧主变档位及电容器开关位置等数字量。从CPU模块8通过对从CPU侧模拟量采样模块11采集的测量数据以及从CPU侧遥信输入模块9采集的遥信数据进行分析处理完成从CPU模块8一侧电容器组的保护逻辑判别。同时从CPU模块8根据判别结果，驱动从CPU侧继电器出口模块10，分合从CPU一侧电容器组开关，完成从CPU侧电容器组保护功能。主CPU模块1通过主CPU侧以太网通讯模块5、从CPU侧以太网通讯模块13与从CPU模块8实现以太网通讯，接受从CPU模块8传来的保护事件信息及遥信变位信息，同时下发遥控命令。主CPU模块1通过主CPU侧CAN通讯模块4、从CPU侧CAN通讯模块14与从CPU模块8实现CAN网通讯，作为两者间以太网通讯的备份。主CPU模块1通过主CPU侧以太网通讯模块5与后台服务器相连，接受后台服务器的遥控指令，上送遥测数据和保护事件信息。主CPU模块1还与主CPU侧键盘显示模块5连接，通过该模块，主CPU模块1实现主CPU侧参数整定、界面显示等功能。从CPU模块8还与从CPU侧键盘显示模块12连接，通过该模块，主CPU模块8实现从CPU侧参数整定、界面显示等功能。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (1)
1.一种基于主从结构的无功电压控制器，包括主CPU模块、从CPU模块、主CPU侧模拟量采样模块、主CPU侧遥信输入模块、主CPU侧继电器出口模块、从CPU侧模拟量采样模块、从CPU侧遥信输入模块、从CPU侧继电器出口模块和通讯模块，所述主CPU侧模拟量采样模块采集主CPU侧接入的电压和电流信号输送至主CPU模块，所述主CPU侧遥信输入模块采集主CPU侧接入的遥信信号输送至主CPU模块，所述主CPU侧继电器出口模块与主CPU模块连接，其特征在于：根据主CPU模块指令输出分合闸信号和升降档信号，所述从CPU侧模拟量采样模块采集从CPU侧接入的电压和电流信号输送至从CPU模块，所述从CPU侧遥信输入模块采集从CPU侧接入的遥信信号输送至从CPU模块，所述从CPU侧继电器出口模块与从CPU模块连接，根据从CPU模块指令输出分合闸信号和升降档信号，所述主CPU模块连接一个通讯模块，所述从CPU模块连接一个通讯模块，所述两个通讯模块实现主CPU模块和从CPU模块相互之间的通讯，所述通讯模块包括主CPU侧以太网通讯模块和从CPU侧以太网通讯模块，所述主CPU侧以太网通讯模块分别与主CPU模块和从CPU侧以太网通讯模块相连，所述从CPU侧以太网通讯模块与从CPU模块相连，所述主CPU侧以太网通讯模块还能与外部服务器通讯上送和接收信息，所述通讯模块还包括主CPU侧CAN通讯模块和从CPU侧CAN通讯模块，所述主CPU侧CAN通讯模块分别与主CPU模块和从CPU侧CAN通讯模块相连，所述从CPU侧CAN通讯模块与从CPU模块相连，所述主CPU模块能够通过主CPU侧CAN通讯模块与外部服务器以CAN网方式进行通讯，所述主CPU模块还与主CPU侧键盘显示模块通过内部总线连接，所述从CPU模块还与从CPU侧键盘显示模块通过内部总线连接，所述主CPU模块和从CPU模块均采用双核处理器OMAP-L138，该处理器包括一个ARM核和一个DSP核、主频可达400MHz，所述主CPU侧遥信输入模块和从CPU侧模拟量采样模块均包括21个采用光电隔离的遥信采集模块，用于实现两台主变开关跳合位位置信号采集，两组电容器档位位置及主变档位位置采集，所述主CPU侧模拟量采样模块包括4个电压互感器和13个电流互感器，用于采集两台主变低压侧的各两组电压，主变4个测量电流、电容器组4个测量电流、母联开关的一个测量电流及主CPU侧电容器组4个保护电流；从CPU侧模拟量采样模块包括2个电压互感器和9个电流互感器，用于采集从CPU侧电容器组电压，从CPU侧测量电流、母联开关的一个测量电流及从CPU侧电容器组4个保护电流，所述主CPU侧继电器出口模块包括11个由主CPU模块控制的开出控制信号；用于完成电容器组开关的跳合闸、主变分接头升降档操作；所述从CPU侧继电器出口模块包括11个由从CPU模块控制的开出控制信号；用于完成从CPU侧电容器组开关的跳合闸、主变分接头升降档操作，所述主CPU侧CAN通讯模块和从CPU侧CAN通讯模块均包括一个CAN通讯控制器和CAN信号电平变压器，用于实现CAN数据的收发控制，所述主CPU侧键盘显示模块和从CPU侧键盘显示模块均包括液晶显示电路和键盘扫描电路。
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