CN111969728A - 一种新型拓扑识别系统的发送端 - Google Patents

一种新型拓扑识别系统的发送端 Download PDF

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刘海雄
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Abstract

本发明公开了一种新型拓扑识别系统的发送端，涉及电网拓扑系统的发送端技术领域，包括电源模块以及依次相连的过零检测模块、系统控制模块、驱动模块、频率开关模块和负载，过零检测模块的输入端接入电网，过零检测模块用于检测电网电压的过零点，系统控制模块根据过零点触发PWM波，频率开关模块串接对应的负载，频率开关模块为具有频率开关能力的可控开关管，驱动模块根据PWM波控制频率开关模块的通断，以便控制各个负载的拉载/放载生成特定频率波形，负载的输出端接入电网并向电网发送特定频率波形，则电网拓扑系统可以有效得知电力网络中的拓扑识别结构，为电力网络管理带来极大便利。

Description

一种新型拓扑识别系统的发送端
技术领域
本发明涉及电网拓扑系统的发送端技术领域，尤其是一种新型拓扑识别系统的发送端。
背景技术
电网发展初期，电网规模小，设备数量有限，支路相对较少，管理难度不大。随着电力网络系统的不断扩大，支路变得纷繁复杂，加之很多过去的电网支路未进行有效登记管理导致很多地区的新旧支路交错无法得知真实的电力网络系统，对电力网络管理造成极大的难度，因此新型拓扑识别系统的发送端应运而生。
发明内容
本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种新型拓扑识别系统的发送端，电网拓扑系统通过发送端的拓扑识别设备可以有效得知电力网络中的拓扑识别结构，为电力网络管理带来极大便利。
本发明的技术方案如下：
一种新型拓扑识别系统的发送端，包括电源模块以及依次相连的过零检测模块、系统控制模块、驱动模块、频率开关模块和负载，过零检测模块的输入端接入电网，过零检测模块用于检测电网电压的过零点，系统控制模块根据过零点触发PWM波，频率开关模块串接对应的负载，频率开关模块为具有频率开关能力的可控开关管，驱动模块根据PWM波控制频率开关模块的通断，以便控制各个负载的拉载/放载生成特定频率波形，负载的输出端接入电网并向电网发送特定频率波形；
发送端还包括分别与系统控制模块相连的通讯模块和信号指示灯组，系统控制模块通过通讯模块连接外部端口，发送端通过通讯模块进行固件升级、系统调试和固定波形设置；信号指示灯组用于指示发送端各个模块的工作状态。
其进一步的技术方案为，过零检测模块包括光耦、多个二极管、电阻和电容，第一二极管的阳极连接电网火线，第二二极管的阳极连接电网零线，第一二极管和第二二极管的阴极均通过三级串联的电阻接地，光耦的发光器阳极端通过第四电阻连接第二级电阻和第三级电阻的公共端，光耦的发光器阳极端还分别连接第五电阻的第一端和第一电容的第一端，光耦的受光器的第一输出端通过第六电阻后作为零点采集端连接系统控制模块，第五电阻的第二端、第一电容的第二端和光耦的受光器的第二输出端均接地；
电网电压经过第一二极管和第二二极管进行相位翻转，通过三级串联的电阻分压后进入光耦，当光耦的第一输出端电压高于光耦的导通压降时，零点采集端由高电平变为低电平，实现电网电压的过零点检测。
其进一步的技术方案为，频率开关模块基于IGBT模块实现，负载基于负载电阻实现，驱动器的输入端接入系统控制模块输出的PWM波，驱动器的输出端依次通过第七电阻、第八电阻连接IGBT模块的门级，IGBT模块的集电极通过负载电阻接入电网支路，IGBT模块的发射极通过第九电阻接地。
其进一步的技术方案为，通讯模块包括RS485芯片和RS232芯片，分别与系统控制模块的对应通讯接口相连，RS485芯片基于SIT485BD芯片实现，RS232芯片基于ST232ECDR芯片实现。
其进一步的技术方案为，信号指示灯组包括七组信号指示电路；第一信号指示电路用于指示系统控制模块的工作状况；第二信号指示电路用于指示过零检测模块的工作状况，显示是否正常检测到电网电压的过零点；第三信号指示电路用于指示驱动模块的工作状况，显示PWM波是否正常发送；第四信号指示电路和第五信号指示电路用于指示通讯模块中RS485芯片的工作状况，第四信号指示电路用于数据接收指示，第五信号指示电路用于数据发送指示；第六信号指示电路和第七信号指示电路用于指示通讯模块中RS232芯片的工作状况，第六信号指示电路用于数据接收指示，第七信号指示电路用于数据发送指示；
各个信号指示电路的电路结构相同，均包括LED和第十电阻，LED采用共阴极接法；在第一信号指示电路中，LED阳极连接系统控制模块的I/O口，LED阴极通过第十电阻接地。
其进一步的技术方案为，系统控制模块基于STM32L431CBT6芯片实现。
本发明的有益技术效果是：
本申请的过零检测模块、系统控制模块、驱动模块、频率开关模块、负载与电网构成闭环电路，系统控制模块根据过零检测模块检测的电网电压过零点触发生成不同频段的PWM波，驱动模块根据PWM波控制频率开关模块的通断，以便控制各个负载的拉载/放载生成特定频率波形，负载向电网发送该特定频率波形，则电网拓扑系统可以有效得知电力网络中的拓扑识别结构，为电力网络管理带来极大便利；通过设有两种通讯方式的通讯模块使该发送端能够应对不同的通讯处理场所，便于发送端进行固件升级、系统调试和固定波形设置；通过设置信号指示灯组便于操作人员了解发送端各个模块是否正常工作。
附图说明
图1是本申请提供的发送端原理框图。
图2是本申请提供的系统控制模块的芯片引脚图。
图3是本申请提供的过零检测模块的电路图。
图4是本申请提供的驱动模块、频率开关模块和负载的连接电路图。
图5是本申请提供的通讯模块的示意图。
图6是本申请提供的信号指示灯组的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
本申请公开了一种新型拓扑识别系统的发送端，主要应用于低电压线路的电网拓扑系统中的发送端，其原理框图如图1所示，包括电源模块以及依次相连的过零检测模块、系统控制模块、驱动模块、频率开关模块和负载，过零检测模块的输入端接入电网，过零检测模块用于检测电网电压的过零点，系统控制模块根据过零点触发PWM波，也即根据过零点的不同点数系统控制模块会发送不同频段的PWM波，使电网中产生多个期望的不同频段谐波波形，有助于对谐波信号进行收集时的判断，使发送端具备一定的抗干扰能力。频率开关模块串接对应的负载，频率开关模块为具有频率开关能力的可控开关管，比如IGBT模块、MOS管等。驱动模块根据PWM波控制频率开关模块的通断，以便控制各个负载的拉载/放载生成特定频率波形，负载的输出端接入电网并向电网发送特定频率波形。本申请的过零检测模块、系统控制模块、驱动模块、频率开关模块、负载与电网构成闭环电路，对于电力网络中的信号注入方式采用无源信号注入，通过该发送端可以对电网中进行特定范围内任意波形信号发送，则电网拓扑系统可以有效得知电力网络中的拓扑识别结构，为电力网络管理带来极大便利。
本申请的电源模块包括AC-DC转换器、DC-DC转换器、稳压器等，均采用现有模组搭建，在此不进行赘述，电源模块用于给发送端的其余各个模块供电。
本申请的系统控制模块基于STM32L431CBT6芯片实现，芯片引脚图如图2所示，系统控制模块为整个发送端运行提供了信号控制逻辑、数据转化处理、工况检测判断、输出PWM波形控制、信号指示控制、与外部端口通讯和调试数据传输等功能。
电网电压一般以正弦波的形式传输，过零检测模块对正弦波过零点进行监测并确定交流正弦波的相角位置。过零检测模块的电路图如图3所示，包括光耦U1、多个二极管、电阻和电容，光耦U1基于HCNW137-500E型号实现。第一二极管D1的阳极连接电网火线L，第二二极管D2的阳极连接电网零线N，第一二极管D1和第二二极管D2的阴极均通过三级串联的电阻(也即R1、R2、R3)接地，光耦U1的发光器阳极端引脚2通过第四电阻R4连接第二级电阻R2和第三级电阻R3的公共端，光耦U1的发光器阳极端引脚2还分别连接第五电阻R5的第一端和第一电容C1的第一端，光耦U1的受光器的第一输出端引脚7通过第六电阻R6后作为零点采集端zero连接系统控制模块，第五电阻R5的第二端、第一电容C1的第二端和光耦U1的受光器的第二输出端引脚6均接地。
电网电压经过第一二极管D1和第二二极管D2进行相位翻转，使交流正弦波均在正半周，通过三级串联的电阻分压后进入光耦U1，当光耦U1的第一输出端引脚7电压高于光耦U1的导通压降时，零点采集端zero由高电平变为低电平，实现电网电压的过零点检测。
驱动模块的电路图如图4所示，包括驱动器U2，频率开关模块基于IGBT模块T实现，负载基于负载电阻实现，其中驱动器U2基于HCPL-3120-500E型号实现，IGBT模块T基于FGH50T65SQD-F155型号实现。驱动器U2的输入端引脚ANODE接入系统控制模块引脚MCU_PWM输出的PWM波，驱动器U2的输出端引脚VO1依次通过第七电阻R7、第八电阻R8连接IGBT模块T的门级，IGBT模块T的集电极通过负载电阻R接入电网支路，IGBT模块T的发射极通过第九电阻R9接地。
该驱动器U2可以使IGBT模块T处于完全导通状态以降低管子的内阻，避免引起过热损坏，保证了发送端的稳定运行。驱动器U2将PWM波进行处理得到开关驱动信号，IGBT模块T根据开关驱动信号实现导通或关断，从而使负载电阻R不断在电网中形成拉载/放载，生成特定频率波形(也即电网谐波波形)。
发送端还包括分别与系统控制模块相连的通讯模块和信号指示灯组，系统控制模块通过通讯模块连接外部端口(比如PC机或其他通讯设备)，发送端通过通讯模块进行固件升级、系统调试和固定波形设置。通讯模块的示意图如图5所示，包括RS485芯片和RS232芯片，分别与系统控制模块的对应通讯接口TX/RX相连，RS485芯片基于SIT485BD芯片实现，RS232芯片基于ST232ECDR芯片实现，采用两种通讯方式的通讯模块使该发送端能够应对不同的通讯处理场所。
信号指示灯组用于指示发送端各个模块的工作状态，信号指示灯组包括七组信号指示电路，其电路图如图6所示，第一信号指示电路(对应LED1)用于指示系统控制模块的工作状况，开机时系统控制模块会进行内部运行自检，此功能主要为了查看其程序运行状态是否正常。第二信号指示电路(对应LED2)用于指示过零检测模块的工作状况，显示是否正常检测到电网电压的过零点。第三信号指示电路(对应LED3)用于指示驱动模块的工作状况，显示PWM波是否正常发送。第四信号指示电路(对应LED4)和第五信号指示电路(对应LED5)用于指示通讯模块中RS485芯片的工作状况，第四信号指示电路用于数据接收指示，第五信号指示电路用于数据发送指示。第六信号指示电路(对应LED6)和第七信号指示电路(对应LED7)用于指示通讯模块中RS232芯片的工作状况，第六信号指示电路用于数据接收指示，第七信号指示电路用于数据发送指示。
各个信号指示电路的电路结构相同，均包括LED和第十电阻R10，LED采用共阴极接法。在第一信号指示电路中，LED1阳极连接系统控制模块的I/O口，LED1阴极通过第十电阻R10接地。可选的，本申请不限制信号指示灯组的指示状态，只要能够实现区分各个模块的工作状态是否正常即可，比如LED亮红灯表示对应的该模组不正常、亮绿灯表示模组正常，或者LED常亮表示对应的该模组正常、闪烁表示该模组不正常。
以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种新型拓扑识别系统的发送端，其特征在于，包括电源模块以及依次相连的过零检测模块、系统控制模块、驱动模块、频率开关模块和负载，所述过零检测模块的输入端接入电网，所述过零检测模块用于检测电网电压的过零点，所述系统控制模块根据所述过零点触发PWM波，所述频率开关模块串接对应的所述负载，所述频率开关模块为具有频率开关能力的可控开关管，所述驱动模块根据所述PWM波控制所述频率开关模块的通断，以便控制各个所述负载的拉载/放载生成特定频率波形，所述负载的输出端接入所述电网并向所述电网发送所述特定频率波形；
所述发送端还包括分别与所述系统控制模块相连的通讯模块和信号指示灯组，所述系统控制模块通过所述通讯模块连接外部端口，所述发送端通过所述通讯模块进行固件升级、系统调试和固定波形设置；所述信号指示灯组用于指示发送端各个模块的工作状态。
2.根据权利要求1所述的新型拓扑识别系统的发送端，其特征在于，所述过零检测模块包括光耦、多个二极管、电阻和电容，第一二极管的阳极连接电网火线，第二二极管的阳极连接电网零线，所述第一二极管和第二二极管的阴极均通过三级串联的电阻接地，所述光耦的发光器阳极端通过第四电阻连接第二级电阻和第三级电阻的公共端，所述光耦的发光器阳极端还分别连接第五电阻的第一端和第一电容的第一端，所述光耦的受光器的第一输出端通过第六电阻后作为零点采集端连接所述系统控制模块，所述第五电阻的第二端、第一电容的第二端和所述光耦的受光器的第二输出端均接地；
所述电网电压经过所述第一二极管和第二二极管进行相位翻转，通过所述三级串联的电阻分压后进入所述光耦，当所述光耦的第一输出端电压高于所述光耦的导通压降时，所述零点采集端由高电平变为低电平，实现所述电网电压的过零点检测。
3.根据权利要求1所述的新型拓扑识别系统的发送端，其特征在于，所述驱动模块包括驱动器，所述频率开关模块基于IGBT模块实现，所述负载基于负载电阻实现，所述驱动器的输入端接入所述系统控制模块输出的PWM波，所述驱动器的输出端依次通过第七电阻、第八电阻连接所述IGBT模块的门级，所述IGBT模块的集电极通过所述负载电阻接入电网支路，所述IGBT模块的发射极通过第九电阻接地。
4.根据权利要求1所述的新型拓扑识别系统的发送端，其特征在于，所述通讯模块包括RS485芯片和RS232芯片，分别与所述系统控制模块的对应通讯接口相连，所述RS485芯片基于SIT485BD芯片实现，RS232芯片基于ST232ECDR芯片实现。
5.根据权利要求1所述的新型拓扑识别系统的发送端，其特征在于，所述信号指示灯组包括七组信号指示电路；第一信号指示电路用于指示所述系统控制模块的工作状况；第二信号指示电路用于指示所述过零检测模块的工作状况，显示是否正常检测到所述电网电压的过零点；第三信号指示电路用于指示所述驱动模块的工作状况，显示PWM波是否正常发送；第四信号指示电路和第五信号指示电路用于指示所述通讯模块中RS485芯片的工作状况，所述第四信号指示电路用于数据接收指示，所述第五信号指示电路用于数据发送指示；第六信号指示电路和第七信号指示电路用于指示所述通讯模块中RS232芯片的工作状况，所述第六信号指示电路用于数据接收指示，所述第七信号指示电路用于数据发送指示；
各个信号指示电路的电路结构相同，均包括LED和第十电阻，所述LED采用共阴极接法；在所述第一信号指示电路中，LED阳极连接所述系统控制模块的I/O口，LED阴极通过所述第十电阻接地。
6.根据权利要求1-5任一所述的新型拓扑识别系统的发送端，其特征在于，所述系统控制模块基于STM32L431CBT6芯片实现。
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