CN113625044A - 一种开关量采样装置及方法 - Google Patents

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吴凯
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史志伟
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董金才
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Abstract

本发明公开了一种开关量采样装置，包括控制器件、电阻网络、稳压器件、隔离器件和开关器件；电阻网络的输入端和稳压器件的输入端分别为开入信号的正输入端和负输入端，电阻网络的输出端和稳压器件的输出端分别连接隔离器件的正输入端和负输入端，隔离器件的输出端连接控制器件，开关器件与稳压器件并联，开关器件的控制端连接控制器件。同时公开了相应的方法。本发明通过开关器件控制稳压器件在开入回路中的状态，可在各种状态下测量隔离器件隔离后副边输出电压，经过数学计算，能准确得出开入信号电压值。

Description

一种开关量采样装置及方法
技术领域
本发明涉及一种开关量采样装置及方法，属于电力系统保护自动化技术领域。
背景技术
变电站综合自动化系统开关量的输入主要包括开关量输入电路(开入电路)、断路器、隔离开关等。这些断路器和隔离开关都处于高压回路中，有很强的电磁干扰能力，所以开入信号在进行采集之前，一般需要采用隔离处理，目前广泛使用的隔离处理方法是采用光耦实现光电隔离，由于开关量输出方式通过光耦输出的数字电平0/1来判断，导致开入信号信号很难测算。
发明内容
本发明提供了一种开关量采样装置及方法，解决了背景技术中披露的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种开关量采样装置，包括控制器件、电阻网络、稳压器件、隔离器件和开关器件；
电阻网络的输入端和稳压器件的输入端分别为开入信号的正输入端和负输入端，电阻网络的输出端和稳压器件的输出端分别连接隔离器件的正输入端和负输入端，隔离器件的输出端连接控制器件，开关器件与稳压器件并联，开关器件的控制端连接控制器件。
开关器件闭合时，开关器件内阻小于0.01Ω；开关器件打开时，开关器件内阻大于100MΩ；开入信号电压值计算时，忽略开关器件内阻影响。
电阻网络的阻值满足以下条件：
电阻网络上的最大电流小于稳压器件的最大反向电流；
电阻网络上的最大电流通过隔离器件转换，隔离器件输出电压信号范围覆盖开入信号电压范围，保证开入信号最大电压不超过隔离器件副边的饱和电压。稳压器件满足以下条件：
稳压器件的反向稳压小于最小可识别的开入信号电压；
稳压器件的反向稳压通过开关器件通断造成隔离器件输出信号的变化量大于控制器件ADC采样的最小分辨率。
隔离器件将开入信号电流以线性放大或等比例传递至控制器件。
开关器件通断过程中隔离器件的放大系数不变。开关器件在闭合时，其内阻应小于0.01Ω，在打开时，其内阻应大于100MΩ，在计算时可忽略开关器件内阻对系统造成的影响。
一种开关量采样装置的方法，包括：
向开关器件发送接通信号，采集隔离器件输出信号的电压值VAIN1；
向开关器件发送断开信号，采集隔离器件输出信号的电压值VAIN2；
根据VAIN1和VAIN2，计算开入信号的电压值。
开入信号电压值计算公式为：
Figure BDA0003197967120000021
其中，VIN为开入信号电压值，VWY为稳压器件的反向电压。
本发明所达到的有益效果：本发明通过开关器件控制稳压器件在开入回路中的状态，可在各种状态下测量隔离器件隔离后副边输出电压，经过数学计算，能准确得出开入信号电压值。
附图说明
图1为本发明装置的结构框图。
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，一种开关量采样装置，包括控制器件、电阻网络、稳压器件、隔离器件和开关器件。
电阻网络的输入端和稳压器件的输入端分别为开入信号的正输入端和负输入端，电阻网络的输出端和稳压器件的输出端分别连接隔离器件的正输入端和负输入端，隔离器件的输出端连接控制器件，开关器件与稳压器件并联，开关器件的控制端连接控制器件。
上述装置通过开关器件控制稳压器件在开入回路中的状态，可在各种状态下测量隔离器件隔离后副边输出电压，经过数学计算，能准确得出开入信号电压值，从而可以判断开入信号是否有效，即开入信号的动作电压要满足55％～70％的动作范围。
上述电阻网络、稳压器件、隔离器件和开关器件构成了开入回路。
开入回路中的隔离器件采样线性光耦或其它隔离器件，可将开入信号与内部信号隔离；隔离器件需具有将开入信号电流以线性放大或等比例传递至控制器件的功能，隔离器件可具有任意的放大系数，只需要保证在可测量开入电压范围内，隔离器件的线性度应一致，并不超过控制器件ADC采样的量程。
开关器件采用可控的开关器件，通过控制器件控制的SW信号，控制开关器件开关接点的通断，开关器件的打开和关断时间应尽量短，隔离器件在开关器件通断操作过程中，其放大系数保持不变。
开关器件闭合时，开关器件内阻小于0.01Ω；开关器件打开时，开关器件内阻大于100MΩ；开入信号电压值计算时，忽略开关器件内阻影响。
电阻网络的阻值满足以下条件：
1)电阻网络上的最大电流小于稳压器件的最大反向电流；
2)电阻网络上的最大电流通过隔离器件转换，隔离器件输出电压信号范围覆盖开入信号电压范围，保证开入信号最大电压不超过隔离器件副边的饱和电压。
稳压器件为稳压器，满足以下条件：
1)稳压器件的反向稳压小于最小可识别的开入信号电压；
2)稳压器件的反向稳压通过开关器件通断造成隔离器件输出信号的变化量大于控制器件ADC采样的最小分辨率。
综上，上述稳压器件、电阻网络和稳压器件参数应满足如下要求：
Figure BDA0003197967120000041
Figure BDA0003197967120000042
VINmin≥VWY
Figure BDA0003197967120000043
其中，VINmax是整个装置最大可识别开入电压值，VINmin是最小可识别开入电压值，VAINmax是控制器件ADC最大采样电压，VAINmin是控制器件ADC最小采样电压，μ是隔离器件的放大系数，VWY为稳压器件的反向电压(在开入回路中的反向电压)，IWYmax是稳压器件的最大反向漏电流，R是电阻网络在开入回路中的串联电阻。
控制器件为带ADC的CPU，或者ADC、CPU采用分立器件，CPU应具有计算能力，对ADC的采样值进行数学运算，从而得出开入电压值，CPU应具有可控的IO管脚。
传统的光耦器件属于模拟器件，温度改变会导致传输比(CTR)变化较大，导致在不同温度下，开入信号的动作电压会随着发生变化，每个光耦的CTR都有不同，想要获得真实的开入信号电压需要对回路进行校准；而上述装置无需获得隔离器件的确切转换系数，仅需要在设计时对电阻网络和隔离器件的传递系数范围做要求，保证在运行的过程中，隔离器件的输出电压可覆盖最大开入信号电压，无需校准。
上述一种开关量采样装置的方法，包括以下步骤：
步骤1，向开关器件发送接通信号，采集隔离器件输出信号的电压值VAIN1；
VAIN1＝μ1VIN1，其中，μ1是此刻(开关器件接通时刻)隔离器件的放大系数，VIN1是此刻(开关器件接通时刻)开入电压值；
步骤2，向开关器件发送断开信号，采集隔离器件输出信号的电压值VAIN2；
VAIN2＝μ2(VIN2-VWY)，其中，μ2是此刻(开关器件断开时刻)隔离器件的放大系数，VIN2是此刻(开关器件断开时刻)开入电压值，VWY为稳压器件的反向电压；
步骤3，根据VAIN1和VAIN2，计算开入信号的电压值；
考虑到开关器件通断操作时间较短，则认为μ1＝μ2，VIN1＝VIN2，因此开入信号电压值：
Figure BDA0003197967120000051
其中，VIN为开入信号电压值。
上述方法直接运用在控制器件中，控制开关器件的通断，从而控制稳压器件在开入回路中的串联状态，控制器件采集不同状态下的电压信号，计算开入电压真实值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种开关量采样装置，其特征在于，包括控制器件、电阻网络、稳压器件、隔离器件和开关器件；
电阻网络的输入端和稳压器件的输入端分别为开入信号的正输入端和负输入端，电阻网络的输出端和稳压器件的输出端分别连接隔离器件的正输入端和负输入端，隔离器件的输出端连接控制器件，开关器件与稳压器件并联，开关器件的控制端连接控制器件。
2.根据权利要求1所述的一种开关量采样装置，其特征在于，开关器件闭合时，开关器件内阻小于0.01Ω；开关器件打开时，开关器件内阻大于100MΩ；开入信号电压值计算时，忽略开关器件内阻影响。
3.根据权利要求1所述的一种开关量采样装置，其特征在于，电阻网络的阻值满足以下条件：
电阻网络上的最大电流小于稳压器件的最大反向电流；
电阻网络上的最大电流通过隔离器件转换，隔离器件输出电压信号范围覆盖开入信号电压范围，保证开入信号最大电压不超过隔离器件副边的饱和电压。
4.根据权利要求1所述的一种开关量采样装置，其特征在于，稳压器件满足以下条件：
稳压器件的反向稳压小于最小可识别的开入信号电压；
稳压器件的反向稳压通过开关器件通断造成隔离器件输出信号的变化量大于控制器件ADC采样的最小分辨率。
在每次稳压器件串入开入回路时，稳压器件的稳压值应保持不变。
5.根据权利要求1所述的一种开关量采样装置，其特征在于，隔离器件将开入信号电流以线性放大或等比例传递至控制器件ADC。
6.根据权利要求4所述的一种开关量采样装置，其特征在于，开关器件通断过程中隔离器件的放大系数不变。
7.基于权利要求1～6任意一项所述的一种开关量采样装置的方法，其特征在于，包括：
向开关器件发送接通信号，采集隔离器件输出信号的电压值VAIN1；
向开关器件发送断开信号，采集隔离器件输出信号的电压值VAIN2；
根据VAIN1和VAIN2，计算开入信号的电压值。
8.根据权利要求7所述的一种开关量采样装置的方法，其特征在于，开入信号电压值计算公式为：
Figure FDA0003197967110000021
其中，VIN为开入信号电压值，VWY为稳压器件的反向电压。
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