CN104734327A - 备用电源自投设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种备用电源自投设备。其中，该设备包括：模拟量采集及转换装置，用于采集并转换模拟量信号；开关量输入输出装置，用于采集有源开关量或输出独立开关量；存储装置，用于存储应用程序和设备的各种数据信息；人机交互装置，用于提供人机信息交互功能，并显示数据信息；处理器，用于分别与模拟量采集及转换装置、开关量输入输出装置、人机交互装置和存储装置连接，用于控制和协调上述各个装置的工作状态，实现分段备用电源自投及其自复功能。通过本发明，能够使得备用电源自投设备接线简单、调试方便、开关匹配不受限制、运行状态显示直观。

Description

备用电源自投设备

技术领域

本发明涉及电力系统领域，具体而言，涉及一种备用电源自投设备。

背景技术

随着电网规模的不断扩大，电力系统网络结构日益复杂，在0.4kV供电系统中多采用两主进、一母联、单母线分段的供电方式，确保对用户的不间断供电，提高电力系统的供电可靠性。目前电力系统主要采用以下两种方式实现：

一种是采用继电器直接搭接方式。这种目前电力系统使用的传统备用电源自投装置主要采用继电器逻辑方式，通过电压继电器、时间继电器、电流继电器等硬接点实现“自投自复”、“自投手复”、“手动”操作。这种传统备用电源自投装置采用继电器逻辑方式，缺点是无合环功能，在倒闸操作过程中需瞬间停电，不能将信息上传实现自动化，二次接线复杂、功能僵化、无法顾及到电网的灵活性，给运行和维护带来很大的工作量，也给安全可靠运行带来隐患。

随着技术的不断发展，电力系统开始应用以可编程控制器PLC为核心的备自投装置，装置由各种电流电压整定模块、电容器、电子式继电器等做为PLC的外围设备元件，通过软件程序能够实现“自投自复”、“自投手复”、“手动”、“合环”、“远控”等功能，二次接线简单，但可靠性需提高，北京供电系统PLC误动作产生了很大的负面影响。这种以可编程控制器PLC为核心的备自投装置，解决了接线复杂、不断电倒闸操作和自动化问题，但也存在缺陷，装置运行状态显示不直观；自投自复定值只能通过修改程序才能更改，无法满足用户现场修改定值要求；不能实现实时对装置进行自检；不能与国产开关匹配，只能与进口开关匹配，使用局限性较大；抗干扰能力较差。

目前针对相关技术的备用电源自投设备接线复杂、调试复杂、开关匹配受限制、运行状态显示不直观的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术的备用电源自投设备接线复杂、调试复杂、开关匹配受限制、运行状态显示不直观的问题，目前尚未提出有效的解决方案，为此，本发明的主要目的在于提供一种备用电源自投设备，以解决上述问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种备用电源自投设备，该备用电源自投设备包括：模拟量采集及转换装置，用于采集并转换模拟量信号；开关量输入输出装置，用于采集有源开关量或输出独立开关量；存储装置，用于存储应用程序和设备的各种数据信息；人机交互装置，用于提供人机信息交互功能，并显示数据信息；处理器，用于分别与模拟量采集及转换装置、开关量输入输出装置、人机交互装置和存储装置连接，用于控制和协调上述各个装置的工作状态，实现分段备用电源自投及其自复功能。

可选地，模拟量采集及转换装置包括：电流电压输入端子，用于接收模拟量信号；模拟量采集装置，与电流电压输入端子连接，用于采集模拟量信号；模拟信号变换器，与模拟量采集装置连接，用于隔离模拟量信号，将模拟量信号变换为小电压信号；数/模转换器，与模拟信号变换器或模拟量采集装置连接，用于将模拟量信号转换成数字量信号，并将数字量信号输入至处理器。

可选地，模拟量采集装置包括：电流互感器和电压互感器，其中，电流互感器用于采集电流模拟量信号，电压互感器用于采集电压模拟量信号。

可选地，开关量输入输出装置包括：开入端子，用于接收有源开关量；光电隔离开入装置，与开入端子连接，用于将接收到的有源开关量进行光电隔离，将光电隔离后的光信号输入至处理器；光电隔离开出装置，与处理器连接，用于将光信号转换为电信号；继电器，与光电隔离开出装置连接，用于控制电信号的输出或截止；开出端子，与继电器连接，用于输出电信号。

可选地，存储装置包括：闪存器，与处理器连接，用于存储应用程序、配置文件和录波数据；双倍数据率同步动态随机存取存储器DDR，与处理器连接，用于存储程序运行和临时数据；非易失性随机访问存储器NVRAM，与处理器连接，用于对信息执行掉电保持，信息包括：录波数据、告警记录和事件记录。

可选地，处理器还包括：以太网通信控制装置，用于控制各个装置之间的通信；硬件加密装置，用于对硬件数据进行加密处理；增强型乘加运算装置，用于对存储的数据信息进行各种计算处理；静态存储器和高速缓存器，用于调取并缓存存储装置中的数据信息。

可选地，人机交互装置包括：触摸显示屏，用于接收输入信息，并显示数据信息；人机对话板，采用高速串行总线与主板连接。

可选地，设备还包括：自检装置，用于对处理器、模拟量采集及转换装置、开关量输入输出装置、人机交互装置和存储装置分别进行电路检测，生成故障信息，并实现闭锁备自投功能。

可选地，备用电源自投设备还包括：时钟装置，与处理器连接，用于提供时钟信号；告警装置，与处理器连接，用于在电路自检得到故障的情况下，生成并输出告警信息；电源，用于为系统提供电能。

可选地，备用电源自投设备还包括主板，主板集成各个装置和处理器，并提供光纤接口。

通过本发明，采用模拟量采集及转换装置，用于采集并转换模拟量信号；开关量输入输出装置，用于采集有源开关量或输出独立开关量；存储装置，用于存储应用程序和设备的各种数据信息；人机交互装置，用于提供人机信息交互功能，并显示数据信息；处理器，用于分别与模拟量采集及转换装置、开关量输入输出装置、人机交互装置和存储装置连接，用于控制和协调上述各个装置的工作状态，实现分段备用电源自投及其自复功能，解决了相关技术的备用电源自投设备接线复杂、调试复杂、开关匹配受限制、运行状态显示不直观的问题，进而实现使得备用电源自投设备接线简单、调试方便、开关匹配不受限制、运行状态显示直观的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的备用电源自投设备的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的备用电源自投设备的外部结构示意图；以及

图3是根据本发明实施例的备用电源自投设备的详细结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

在其最基本的配置中，图1是根据本发明实施例的备用电源自投设备的结构示意图；图2是根据本发明实施例的备用电源自投设备的外部结构示意图；图3是根据本发明实施例的备用电源自投设备的详细结构示意图。

如图1所示，该备用电源自投设备可以包括：模拟量采集及转换装置1、开关量输入输出装置3、存储装置5、人机交互装置7和处理器9。

其中，模拟量采集及转换装置1，用于采集并转换模拟量信号；开关量输入输出装置3，用于采集有源开关量或输出独立开关量；存储装置5，用于存储应用程序和设备的各种数据信息；人机交互装置7，用于提供人机信息交互功能，并显示数据信息；处理器9，用于分别与模拟量采集及转换装置、开关量输入输出装置、人机交互装置和存储装置连接，用于控制和协调上述各个装置的工作状态，实现分段备用电源自投及其自复功能。其中，处理器通过协调与其电连接的上述相关装置，并采集相关信息，依据给定程序进行信息处理，继而指挥相应装置进行输出而达到控制断路器的分合闸状态及相关动作。

本申请上述实施例通过提供上述各个功能装置解决了传统继电器和以PLC为核心的备自投装置存在的不足，主要解决了相关技术的备用电源自投设备接线复杂、调试复杂、开关匹配受限制、运行状态显示不直观的问题，进而实现使得备用电源自投设备接线简单、调试方便、开关匹配不受限制、运行状态显示直观的效果。另外，本申请提供的装置抗干扰能力强，更适合现代电网的发展。

具体的，如图2所示，本申请上述装置的硬件平台可以包括5个功能组件，从左到右依次为模拟量采集及转换组件，主CPU组件，开出组件、开人及电源组件；另外有人机对话板等。结构可以采用嵌入式安装方式，箱后接线；机箱为4U、1/2×19英寸，采用防水、防尘、抗振动设计，外壳封闭，适合安装于开关柜等环境条件较为恶劣的现场运行，机箱面板为整面板形式，面板上包括汉化液晶显示器、信号指示灯、操作键盘，采用先进的工业美学设计，美观大方，使用方便。

上述实施例提供的装置设备采用10kV母联柜备自投装置的成熟设计理念设计，由先进的硬件系统和可靠的软件程序组成。硬件构成可以是一个硬件平台，可以包括5个功能组件，从左到右依次为模拟量采集及转换组件，主CPU组件，开出组件、开人及电源组件；另外有人机对话板等。在设备运行过程中，上述设备的装置通过转换开关切换可灵活实现分段备用电源自投及其自复功能,如果有通讯和后台系统连接，当转换开关处于远方位置时，通过后台系统实现对断路器的分合闸，调整备自投的运行状态，当转换开关处于手动操作位置时，通过当地分合闸按钮实现对断路器的分合闸。

本申请上述实施例中，上述备用电源自投设备还可以包括：自检装置，用于对处理器、模拟量采集及转换装置、开关量输入输出装置、人机交互装置和存储装置分别进行电路检测，生成故障信息，并实现闭锁备自投功能。

如图3所示，本申请上述实施例中的模拟量采集及转换装置可以包括：电流电压输入端子，用于接收模拟量信号；模拟量采集装置，与电流电压输入端子连接，用于采集模拟量信号；模拟信号变换器，与模拟量采集装置连接，用于隔离模拟量信号，将模拟量信号变换为小电压信号；数/模转换器，与模拟信号变换器或模拟量采集装置连接，用于将模拟量信号转换成数字量信号，并将数字量信号输入至处理器。

优选地，上述模拟量采集装置可以包括：电流互感器和电压互感器，其中，电流互感器用于采集电流模拟量信号，电压互感器用于采集电压模拟量信号。

具体的，上述实施例中的模拟量采集及转换装置完成了模拟量的采集并经A/D转换成数字量输出供处理器CPU计算用，板上设有模拟量输入变换器，用于将模拟量信号隔离变换为小电压信号，经调整后输入到A/D，A/D转换精度为14位。

如图3所示，本申请上述实施例中的开关量输入输出装置可以包括：开入端子，用于接收有源开关量；光电隔离开入装置，与开入端子连接，用于将接收到的有源开关量进行光电隔离，将光电隔离后的光信号输入至处理器；光电隔离开出装置，与处理器了连接，用于将光信号转换为电信号；继电器，与光电隔离开出装置连接，用于控制电信号的输出或截止；开出端子，与继电器连接，用于输出电信号。

具体的，上述开关量输入装置可以包括：开入端子和光电隔离开入装置，能够实现采集21路DC24V外置的有源开关量输入，输入大于70%Un可靠动作，输入小于40%Un可靠不动作。上述开关量输出装置可以实现输出14个独立的开关量，输出方式为继电器输出。

如图3所示，本申请上述实施例中的存储装置可以包括：闪存器，与处理器连接，用于存储应用程序、配置文件和录波数据；双倍数据率同步动态随机存取存储器DDR，与处理器连接，用于存储程序运行和临时数据；非易失性随机访问存储器NVRAM，与处理器连接，用于对信息执行掉电保持，信息包括：录波数据、告警记录和事件记录。

优选地，本申请上述实施例中的处理器还可以包括：以太网通信控制装置，用于控制各个装置之间的通信；硬件加密装置，用于对硬件数据进行加密处理；增强型乘加运算装置，用于对存储的数据信息进行各种计算处理；静态存储器和/或高速缓存器，用于调取并缓存存储装置中的数据信息。

优选地，本申请上述实施例中的人机交互装置可以包括：触摸显示屏，用于接收输入信息，并显示数据信息；人机对话板，采用高速串行总线与主板连接。

具体的，上述人机对话板可以通过高分辨率的汉化液晶与7个操作键盘实现人机信息交互，触摸显示屏的液晶界面友好，操作便捷。同时提供14个LED指示灯；人机对话板采用高速串行总线与主板连接，保证了装置的可靠性。

如图3所示，本申请上述实施例中的设备还可以包括：时钟装置，与处理器连接，用于提供时钟信号；告警装置，与处理器连接，用于在电路自检得到故障的情况下，生成并输出告警信息；电源，用于为系统提供电能。

具体的，上述电源可以作为一个插件，该开关电源输入为直流220V（110V）或交流220V，输出三组独立的直流电源，分别为24V、5V、±15V，接地方式为浮地方式。

由此可知，本申请上述实施例所提供的设备装置具有可视化的人机界面，操作便捷，运行状态显示直观；不用修改程序就可实现定值和时间的调整，实时实现对CPU、RAM、E2PROM、A/D、定值、出口等主要硬件电路自检，自检故障告警并闭锁备自投功能；故障记录可在液晶界面方便读取，可记录32次备自投或保护动作录波，对于分析系统故障原因提供可靠的依据。模拟量由电压、电流互感器直接采集，经A/D转换后送给CPU计算判断，遥信采集、出口经光电隔离等措施，因此具有较高的稳定性。

此处还需要就进一步说明的是，本申请上述实施例中的设备还可以包括一主板，该主板集成各个装置和处理器，并提供光纤接口。另外还包括总线板，该总线板实现各插件之间电信号的相互连接。

具体的，本申请上述实施例中的主板整个设备的核心，处理器CPU可以采用高性能ColdFire V2内核的32位微处理器MCF5275，MCF5275较先前的器件增添了一些模块：包括第二个10/100M以太网通讯控制模块和硬件加密模块，一个增强型乘加运算单元（eMAC），再加上64KB片内静态存储器和用户可定义的16KB片内高速缓存（Cache），这些可以使系统性能大幅度提高而成本全面降低。

进一步地，主板可以外扩32M DDR用于程序运行和临时数据存储，16m FLASH用于存储应用程序、配置文件及录波数据等信息。2Mbytes的NVRAM可以实现对录波数据、事件记录、告警记录等信息实现掉电保持；高精度的实时时钟；10/100M自适应的以太网支持RJ45或FX100光纤接口。

因此，本申请上述实施例中提供的新型低压备自投装置采用了10kV母联备自投装置成熟的设计理念设计，提供了可视化的人机界面，定值无需修改程序且现场可调，另外，由于采用光电隔离技术，可以将电信号转换为光信号提高抗干扰能力，同时通过采用充放电逻辑提高系统可靠性，以及PT断线防误动。上述设备的应用能够解决传统的继电器搭接的方式和电子式电流、电压、时间等继电器与可编程控制器在电力系统应用中存在的问题，为现代电网的可靠运行提供了保障。有望在0.4kV两主进、一母联、单母线分段的供电系统中得到广泛应用。

本申请提供的低压备自投设备装置在实际的应用场景中，进行了实际带断路器的跳、合试验，现场应用良好，达到了预期的效果并满足了要求；为国家电网供电的连续性和可靠性做出了积极地贡献。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：自投自复、合环及选跳功能：电流和时间等定值均可灵活整定而无需更改程序，能很好满足现场用户需求；检同期合闸功能：根据两段母线同相电压的向量差实现检同期合闸功能；过负荷联切及其自复功能：自投前不检测两侧负荷，自投动作以后，开始检测总负荷，当总负荷超过整定值，延时跳开母联开关，减负荷运行，此时另一路电源来电时，主开关能可靠复位；装置自检：实时实现对CPU、RAM、E2PROM、A/D、定值、出口等主要硬件电路自检，自检故障告警并闭锁备自投功能，而PLC需经过专门的自检测试口才能检测；故障记录录波功能：故障记录可在液晶界面方便读取，可记录32次备自投或保护动作录波，对于分析系统故障原因提供可靠的依据；人机接口：界面友好的液晶人机接口功能，可实时读取各模拟量数值、遥信位置等，为判断装置工作状态，分析解决问题提供了极大的方便；抗干扰能力：装置实现了强弱电的有效隔离，提高了抗干扰能力；开关的匹配：国内国外开关均可配用，不受开关限制；稳定性分析：模拟量由电压、电流互感器直接采集，经A/D转换后送给CPU计算判断；遥信采集、出口经光电隔离等措施，完善的硬件自检功能，因此具有较高的稳定性；可靠性分析：采用充放电逻辑确保自投自复只动作一次,设PT断线告警功能防止开关的误动。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种备用电源自投设备，其特征在于，包括：

模拟量采集及转换装置，用于采集并转换模拟量信号；

开关量输入输出装置，用于采集有源开关量或输出独立开关量；

存储装置，用于存储应用程序和所述设备的各种数据信息；

人机交互装置，用于提供人机信息交互功能，并显示所述数据信息；

处理器，用于分别与所述模拟量采集及转换装置、所述开关量输入输出装置、所述人机交互装置和所述存储装置连接，用于控制和协调上述各个装置的工作状态，实现分段备用电源自投及其自复功能。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述模拟量采集及转换装置包括：

电流电压输入端子，用于接收所述模拟量信号；

模拟量采集装置，与所述电流电压输入端子连接，用于采集所述模拟量信号；

模拟信号变换器，与所述模拟量采集装置连接，用于隔离所述模拟量信号，将所述模拟量信号变换为小电压信号；

数/模转换器，与所述模拟信号变换器或所述模拟量采集装置连接，用于将所述模拟量信号转换成数字量信号，并将所述数字量信号输入至所述处理器。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述模拟量采集装置包括：电流互感器和电压互感器，其中，所述电流互感器用于采集电流模拟量信号，所述电压互感器用于采集电压模拟量信号。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述开关量输入输出装置包括：

开入端子，用于接收有源开关量；

光电隔离开入装置，与所述开入端子连接，用于将所述接收到的有源开关量进行光电隔离，将光电隔离后的光信号输入至所述处理器；

光电隔离开出装置，与所述处理器连接，用于将所述光信号转换为电信号；

继电器，与所述光电隔离开出装置连接，用于控制所述电信号的输出或截止；

开出端子，与所述继电器连接，用于输出所述电信号。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述存储装置包括：

闪存器，与所述处理器连接，用于存储应用程序、配置文件和录波数据；

双倍数据率同步动态随机存取存储器DDR，与所述处理器连接，用于存储程序运行和临时数据；

非易失性随机访问存储器NVRAM，与所述处理器连接，用于对信息执行掉电保持，所述信息包括：所述录波数据、告警记录和事件记录。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理器还包括：

以太网通信控制装置，用于控制所述各个装置之间的通信；

硬件加密装置，用于对硬件数据进行加密处理；

增强型乘加运算装置，用于对存储的所述数据信息进行各种计算处理；

静态存储器和/或高速缓存器，用于调取并缓存所述存储装置中的所述数据信息。

7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述人机交互装置包括：

触摸显示屏，用于接收输入信息，并显示所述数据信息；

人机对话板，采用高速串行总线与主板连接。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述系统还包括：自检装置，用于对所述处理器、所述模拟量采集及转换装置、所述开关量输入输出装置、所述人机交互装置和所述存储装置分别进行电路检测，生成故障信息，并实现闭锁备自投功能。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的设备，其特征在于，所述备用电源自投设备还包括：

时钟装置，与所述处理器连接，用于提供时钟信号；

告警装置，与所述处理器连接，用于在电路自检得到故障的情况下，生成并输出告警信息；

电源，用于为所述系统提供电能。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述备用电源自投设备还包括主板，所述主板集成所述各个装置和处理器，并提供光纤接口。