CN104459365A - 一种有源电力滤波器的故障诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有源电力滤波器的故障诊断方法，在有源电力滤波器中加入存贮芯片，当有源电力滤波器在无人监管的情况下发生故障后，对故障点前后的电网电压、电网电流、负载电流、补偿电流、直流侧电压进行实时记录并保存，供后续维修人员调取观察，为更好的判断故障原因，提出故障解决办法提供了强有力的数据支持。本发明所公开的一种有源电力滤波器的故障诊断方法，设计了一种故障点前后波形保存并可查询的方法，使得维修到达现场后，不仅仅能看到故障信息，而且能够有数据可查，大大提高故障确诊概率，为设备更好的运行打下基础。
Description
技术领域
本发明公开了一种有源电力滤波器的故障诊断方法，特别针对在户外或者无人员看守的使用环境中的有源电力滤波器，属于电力系统自动化产品及其电能质量检测控制技术领域。
背景技术
有源电力滤波器（APF）作为一种能动态抑制谐波电流的电力电子装置而广泛关注。国家电网对电网质量的要求越来越高，尤其是谐波治理方面，有源电力滤波器作为一种动态的补偿谐波的设备广泛的应用在各行各业中，然后其故障率是存在的，往往在设备运行过程中，电网的突变，或者负载的突变等都会导致设备故障，传统的设备都是直接输出故障代码，但是故障点前后的电网环境或者负载情况无法确认，而往往这些是诊断故障的一个强有力的依据。现有技术中缺少对故障点前后波形保存并可查询的设备或方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种有源电力滤波器的故障诊断方法，使得维修到达现场后，不仅仅能看到故障信息，而且能够有数据可查。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种有源电力滤波器的故障诊断方法，用于进行故障诊断的硬件模块包括：FPGA控制芯片、存储芯片、电压传感器、电流互感器、液晶显示屏；所述电压传感器和电流传感器分别采样三相电网电压、三相电网电流数据，并将其发送至FPGA控制芯片，FPGA控制芯片还分别和存储芯片、液晶显示屏相连接；所述FPGA控制芯片上还分别设置有故障点存储模块和故障点传送模块：所述故障点存储模块包括一个长度为256个单位的FIFO模块和一个FIFO控制器，它们共同构成长度为256个单位的滑窗存储空间，用以存储当前时刻之前4个周期内的数据；所述FIFO控制器用以检测FIFO模块是否已经存满，如果尚未存满，则定时往FIFO模块中存入数据，如果FIFO模块已经存满，则读取一个数据，接着再写如一个新数据，如此定时反复操作；所述故障点传送模块包括点数控制模块、读取时间控制模块、逐点发送模块，当故障发生后，开始读取FIFO模块中的数据，一共读满6个周期后置位标志位，将读取的数据量传送至液晶屏；所述存储芯片用于存储故障点前后共6个工频周期内的电网电压、电网电流、负载电流、APF输出电流、直流侧输出电流数据，每个工频周期存储64个采样点；所述FPGA控制芯片上还设置有软核核心控制器模块，所述软核核心控制器模块与液晶显示屏相连接，用于进行存储数据的读写操作和显示工作。
作为本发明的进一步优选方案，所述FPGA控制芯片与液晶显示屏直接通过RS232串口进行连接。
作为本发明的进一步优选方案，所述FPGA控制芯片的具体型号为EP4CE55F23I7。
作为本发明的进一步优选方案，所述存储芯片的具体型号为M25P128。
作为本发明的进一步优选方案，所述软核核心控制器模块包括FPGA内部资源构建,软核核心控制器和一个ＲＳ－２３２标准串口电平转换器MAX232 ESE。
作为本发明的进一步优选方案，所述FPGA芯片与M25P128芯片的引脚连接关系为：FPGA的W20引脚提供M25128时钟信号，Y22引脚为写信号引脚，Y21为HOLD信号，保护芯片在片选时，如果不需要通信，则将其置位；U20为片选信号引脚，U19为数据输出引脚，W22为数据输入引脚，实现数据的读和写。
作为本发明的进一步优选方案，所述FPGA芯片与MAX232ESE的引脚连接关系为：FPGA芯片的SCIRX引脚与MAX232ESE的T1 IN引脚连接，MAX232的T1 OUT引脚与液晶显示屏上的控制器通过一个磁珠相连，构建成FPGA芯片向液晶显示屏发送数据的链路；FPGA芯片的SCITX引脚与MAX232ESE的R1 OUT引脚连接，MAX232ESE的R1 IN引脚与液晶显示屏上的控制器连接，构建成液晶显示屏向FPGA芯片发送数据的链路。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本发明所公开的一种有源电力滤波器的故障诊断方法，设计了一种故障点前后波形保存并可查询的方法，使得维修到达现场后，不仅仅能看到故障信息，而且能够有数据可查，大大提高故障确诊概率，为设备更好的运行打下基础。当有源电力滤波器在无人监管的情况下发生故障后，对故障点前后的电网电压、电网电流、负载电流、补偿电流、直流侧电压进行实时记录并保存，供后续维修人员调取观察，为更好的判断故障原因，提出故障解决办法提供了强有力的数据支持。
附图说明
图1是控制芯片与存贮芯片连接图。
图2是录播数据时间和点数控制模块流程图。
图3是单个点发送流程示意图。
图4是液晶屏与控制芯片显示连接示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本发明的创新之处在于对现有技术中硬件模块的改进及其连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。
本技术领域技术人员可以理解的是，本发明中提到的相关模块是用于执行本申请中所述操作、方法、流程中的步骤、措施、方案中的一项或多项的硬件设备。所述硬件设备可以为所需的目的而专门设计和制造，或者也可以采用通用计算机中的已知设备或已知的其他硬件设备。所述通用计算机有存储在其内的程序选择性地激活或重构。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明中，控制芯片与存贮芯片连接图如图1所示，本发明采用FPGA作为控制芯片，选择EP4CE55F23I7作为FPGA芯片，选择M25P128作为存储芯片，存储芯片用来存放故障点时刻保存的波形数据。
所述有源电力滤波器的故障诊断方法中，用于进行故障诊断的硬件模块包括：FPGA控制芯片、存储芯片、电压传感器、电流互感器、液晶显示屏；所述电压传感器和电流传感器分别采样三相电网电压、三相电网电流数据，并将其发送至FPGA控制芯片，FPGA控制芯片还分别和存储芯片、液晶显示屏相连接；所述FPGA控制芯片上还分别设置有故障点数据收集模块、故障数据传送模块、数据存储模块。
作为本发明的进一步优选方案，所述FPGA控制芯片与液晶显示屏直接通过RS232串口进行连接。
作为本发明的进一步优选方案，所述FPGA控制芯片的具体型号为EP4CE55F23I7。
作为本发明的进一步优选方案，所述存储芯片的具体型号为M25P128。
作为本发明的进一步优选方案，所述软核核心控制器模块包括FPGA内部资源构建,软核核心控制器和一个ＲＳ－２３２标准串口电平转换器MAX232 ESE。
作为本发明的进一步优选方案，所述FPGA芯片与M25P128芯片的引脚连接关系为：FPGA的W20引脚提供M25128时钟信号，Y22引脚为写信号引脚，Y21为HOLD信号，保护芯片在片选时，如果不需要通信，则将其置位；U20为片选信号引脚，U19为数据输出引脚，W22为数据输入引脚，实现数据的读和写。
作为本发明的进一步优选方案，所述FPGA芯片与MAX232ESE的引脚连接关系为：FPGA芯片的SCIRX引脚与MAX232ESE的T1 IN引脚连接，MAX232的T1 OUT引脚与液晶显示屏上的控制器通过一个磁珠相连，构建成FPGA芯片向液晶显示屏发送数据的链路；FPGA芯片的SCITX引脚与MAX232ESE的R1 OUT引脚连接，MAX232ESE的R1 IN引脚与液晶显示屏上的控制器连接，构建成液晶显示屏向FPGA芯片发送数据的链路。
所述故障点数据收集模块包括一个长度为256个单位的FIFO模块和一个FIFO控制器，它们共同构成长度为256个单位的滑窗存储空间，用以存储当前时刻之前4个周期内的数据；所述FIFO控制器用以检测FIFO模块是否已经存满，如果尚未存满，则定时往FIFO模块中存入数据，如果FIFO模块已经存满，则读取一个数据，接着再写如一个新数据，如此定时反复操作，来完成收集故障点前后实时波形数据。
所述的故障数据传送模块包括点数控制模块和单点发送模块，当故障发生后，开始读取FIFO模块中的数据，一共读满6个周期后置位标志位，将读取的数据量传送至液晶屏；
图2是点数控制模块流程图，图3是单点发送流程示意图。如图所示，点数控制模块流程中显示，控制器一旦开始工作后，定时判断是否需要故障录播，某个一旦需要故障录播了，接着判断上一次的故障数据是否被读走，防止数据之间的覆盖，导致数据丢失，如果上次数据被读走了，则录播计数变量清0，开始接收故障FIFO中上传的数据并对其进行发送和保存，计数变量记满384（即6个周波）后，写录播完成标识位，通知软核核心控制器前来读取数据，保存至存储芯片供后续维修人员调用和显示观察；如果上次故障未被读走，保留上次故障数据，丢掉本次数据，因为同一时间发生的故障会有附带故障，往往以第一个故障为主；
单点发送流程示意图中显示，当接收到故障点数据写信号后，根据当前故障点数，确定故障数据存贮地址，接着发送写指令，将其存入对应的地址中；其中同时判断是否是新的故障，如果是新的故障的第一个点，对相应的标识位清0 ，达到与点数控制器模块同步的目的。
所述存储芯片用于存储故障点前后共6个工频周期内的电网电压、电网电流、负载电流、APF输出电流、直流侧输出电流数据，每个工频周期存储64个采样点。
液晶屏与控制芯片显示连接示意图如图4所示，所述FPGA控制芯片上还设置有软核核心控制器模块，所述软核核心控制器模块与液晶显示屏相连接，用于进行存储数据的读写操作和显示工作。
本发明的一个具体实施例中，故障录播记录显示：制造故障后，根据三相电网电压、三相系统电流示意图，故障点在第四个工频周期处发生，从录制结果中可以看出电网电压在故障点前后无明显变化，故可排除电网电压故障引起的系统故障；系统电流在故障前后有明显变化，这是由于APF在故障点输出的电流有变化，再结合负载电流和APF输出电流波形，如果负载电流也没有异常，可判断此次系统故障是由于APF本体输出电流控制不善导致故障；依据此，进行下一步的修正措施。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种有源电力滤波器的故障诊断方法，其特征在于，用于进行故障诊断的硬件模块包括：FPGA控制芯片、存储芯片、电压传感器、电流互感器、液晶显示屏；
所述电压传感器和电流传感器分别采样三相电网电压、三相电网电流数据，并将其发送至FPGA控制芯片，FPGA控制芯片还分别和存储芯片、液晶显示屏相连接；
所述FPGA控制芯片上还分别设置有故障点存储模块和故障点传送模块：所述故障点存储模块包括一个长度为256个单位的FIFO模块和一个FIFO控制器，它们共同构成长度为256个单位的滑窗存储空间，用以存储当前时刻之前4个周期内的数据；所述FIFO控制器用以检测FIFO模块是否已经存满，如果尚未存满，则定时往FIFO模块中存入数据，如果FIFO模块已经存满，则读取一个数据，接着再写如一个新数据，如此定时反复操作；
所述故障点传送模块包括点数控制模块、读取时间控制模块、逐点发送模块，当故障发生后，开始读取FIFO模块中的数据，一共读满6个周期后置位标志位，将读取的数据量传送至液晶屏；
所述存储芯片用于存储故障点前后共6个工频周期内的电网电压、电网电流、负载电流、APF输出电流、直流侧输出电流数据，每个工频周期存储64个采样点；
所述FPGA控制芯片上还设置有软核核心控制器模块，所述软核核心控制器模块与液晶显示屏相连接，用于进行存储数据的读写操作和显示工作。
2.如权利要求1所述的一种有源电力滤波器的故障诊断方法，其特征在于：所述FPGA控制芯片与液晶显示屏直接通过RS232串口进行连接。
3.如权利要求2所述的一种有源电力滤波器的故障诊断方法，其特征在于：所述FPGA控制芯片的具体型号为EP4CE55F23I7。
4.如权利要求3所述的一种有源电力滤波器的故障诊断方法，其特征在于：所述存储芯片的具体型号为M25P128。
5.如权利要求1或4所述的一种有源电力滤波器的故障诊断方法，其特征在于：所述软核核心控制器模块包括FPGA内部资源构建的软核核心控制器和一个ＲＳ－２３２标准串口电平转换器MAX232 ESE。
6.如权利要求4所述的一种有源电力滤波器的故障诊断方法，其特征在于，所述FPGA芯片与M25P128芯片的引脚连接关系为：FPGA的W20引脚提供M25128时钟信号，Y22引脚为写信号引脚，Y21为HOLD信号，保护芯片在片选时，如果不需要通信，则将其置位；U20为片选信号引脚，U19为数据输出引脚，W22为数据输入引脚，实现数据的读和写。
7.如权利要求5所述的一种有源电力滤波器的故障诊断方法，其特征在于，所述FPGA芯片与MAX232ESE的引脚连接关系为：FPGA芯片的SCIRX引脚与MAX232ESE的T1 IN引脚连接，MAX232的T1 OUT引脚与液晶显示屏上的控制器通过一个磁珠相连，构建成FPGA芯片向液晶显示屏发送数据的链路；FPGA芯片的SCITX引脚与MAX232ESE的R1 OUT引脚连接，MAX232ESE的R1 IN引脚与液晶显示屏上的控制器连接，构建成液晶显示屏向FPGA芯片发送数据的链路。
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