CN201156717Y

CN201156717Y - 基于dsp的双微机励磁调节器故障检测及自动切换装置

Info

Publication number: CN201156717Y
Application number: CNU2008200280784U
Authority: CN
Inventors: 王德意; 杨国清; 朱玓瓅; 张欣伟
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2018-01-11

Abstract

本实用新型提供的基于DSP的双微机励磁调节器故障检测及自动切换装置，包括故障检测装置和自动切换装置，故障检测装置和自动切换装置基于DSP控制板控制，DSP控制板包括捕获单元模块、eCAN通信模块、数字量输入模块、数字量输出模块，捕获单元输入同步信号和工作机、备用机的脉冲信号，eCAN通信模块输入工作机、备用机的运行参数，输出通信请求；数字量输入模块输入工作机、备用机的电源信号和脉冲信号；数字量输出模块输出切换、报警信号。本实用新型具有集成度高、故障检测准确、切换简单可靠等特点。

Description

基于DSP的双微机励磁调节器故障检测及自动切换装置

技术领域

本实用新型属于自动控制技术领域，涉及一种用于同步发电机的基于DSP的双微机励磁调节器故障检测及自动切换装置。

背景技术

同步发电机的励磁调节系统在电力系统中起着极其重要的作用，其品质的好坏直接影响着电力系统的正常运行。为了提高励磁调节器可靠性，目前主要采用硬件容错冗余技术组成双微机双通道励磁调节器。而对于大多数双微机励磁调节器而言，其故障检测采用自检与互检相结合，并辅以相应的外围故障检测电路的方式，由于对应每一种故障模式均需要相应的故障检测电路，从而造成调节器外围电路复杂，降低了系统的可靠性和故障检测的准确性。另外，现有装置对于备用通道的故障检测不够完善，对于某些故障如脉冲丢失不能及时发现并处理，投入备用通道后这些故障将导致整套装置退出运行，影响了装置的稳定性和可靠性。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于DSP的双微机励磁调节器故障检测及自动切换装置，解决了现有技术中，双微机励磁调节器故障检测外围电路过于复杂，对备用通道检测不够完善的问题，具有集成度高、故障检测准确、切换简单可靠的特点。

本实用新型所采用的技术方案是，基于DSP的双微机励磁调节器故障检测及自动切换装置，包括故障检测和自动切换两部分，故障检测部分和自动切换部分均基于同一块DSP控制板控制，DSP控制板包括捕获单元模块、eCAN通信模块、数字量输入模块、数字量输出模块，捕获单元输入同步信号和工作机、备用机的脉冲信号；eCAN通信模块输入工作机、备用机的运行参数，输出通信请求信号；数字量输入模块输入工作机、备用机的电源信号和脉冲信号；数字量输出模块输出切换、报警信号。

作为上述技术方案的改进，DSP控制板的核心部件为TMS320F2812芯片。

作为上述技术方案的进一步改进，切换信号与光耦的阴极连接，光耦的阳极通过第一电阻与3.3VDC电源连接，光耦的发射极与大地连接，光耦的集电极与二极管、第二电阻、第三电阻并列连接，二极管和第二电阻的输出端与24VDC电源连接，工作机交流固态继电器分别与工作机电压互感器、工作机调理电路、大地、第三电阻、54LS00与非门连接，备用机交流固态继电器分别与备用机电压互感器、备用机调理电路、54LS00与非门、信号地连接。

本实用新型的装置与现有技术相比，具有以下优点：

1.本实用新型采用一块DSP板作为故障检测与切换子系统，利用DSP丰富的外设资源和高集成度，大大简化了故障检测的外围电路，减少了工作机和备用机的CPU开销，简化了其软件的复杂度，提高了励磁调节器的可靠性和故障检测的准确性。

2.故障检测子系统对工作机和备用机进行完全相同的故障监测，因此能够及时地发现备用系统的故障，消除了因无法检测备用通道某些故障而带来的可靠性下降问题。

附图说明

图1是本实用新型的故障检测及自动切换装置结构示意图；

图2是本实用新型的切换电路原理图；

图3是带有基于DSP的双微机励磁系统故障监测及自动切换装置的同步发电机励磁系统结构示意图；

图4是本实用新型的故障检测流程图，a同步信号消失检测、b电源故障检测、c脉冲检测。

图中，1A为工作机电压互感器、1B为备用机电压互感器，2A为工作机电流互感器、2B为备用机电流互感器，3A为工作机交流固态继电器、3B为备用机交流固态继电器，4A为工作机调理电路、4B为备用机调理电路，5为励磁变压器，6A为工作机微机调节器、6B为备用机微机调节器、6C为故障检测与自动切换装置，7为直流固态继电器，8A为工作机三相全控整流桥、8B为备用机三相全控整流桥。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型的基于DSP的双微机励磁调节器故障检测及自动切换装置，装置中的DSP控制板包括捕获单元模块、eCAN通信模块、数字量输入模块、数字量输出模块，捕获单元输入同步信号和工作机、备用机的脉冲信号；eCAN通信模块输入工作机、备用机的运行参数，输出通信请求；数字量输入模块输入工作机、备用机的电源信号和脉冲信号；数字量输出模块输出切换、报警信号。

故障检测及自动切换装置的核心部分是以TMS320F2812芯片为核心的DSP控制板，利用DSP芯片丰富的外设资源(捕获单元、eCAN通信模块等)可以对工作通道和备用通道的运行状态进行实时监测；利用DSP芯片特有的中断响应，可以迅速发现各种故障并进行处理，几乎没有时延。

图2为切换电路原理图，切换信号与光耦的阴极连接，光耦的阳极通过第一电阻与3.3VDC电源连接，光耦的发射极与大地连接，光耦的发射极与大地连接，光耦的集电极与二极管、第二电阻R2、第三电阻R3并列连接，二极管和第二电阻R2的输出端与24VDC电源连接，工作机交流固态继电器3A分别与工作机电压互感器1A、工作机调理电路4A、大地、第三电阻R3、54LS00与非门连接，备用机交流固态继电器3B分别与备用机电压互感器1B、备用机调理电路4B、54LS00与非门、大地连接。

图3为带有本实用新型的同步发电机励磁系统结构。励磁变压器5为工作机三相全控整流桥8A、备用机三相全控整流桥8B提供交流电压输入。工作机微机调节器6A、备用机微机调节器6B、故障检测与自动切换装置6C以CAN总线方式进行连接。工作机电压互感器1A、工作机电流互感器2A和备用机电压互感器1B、备用机电流互感器2B为两套相互独立的电压、电流互感器，采集机端电压、电流信号经接线板3A、3B，并通过工作机调理电路4A、备用机调理电路4B将采集到的信号调节到DSP所能够承受的幅值范围，并得到同步信号。工作机微机调节器6A、备用机微机调节器6B可以对交流信号进行交流采样，经过计算输出移相触发脉冲，一路进入故障检测与自动切换装置6C，一路经过继电器7分别进入工作机三相全控整流桥8A、备用机三相全控整流桥8B，通过控制可控硅的导通角改变励磁电压、励磁电流的大小。

正常工作时，工作机、备用机将它们测量到的机端电压、电流，励磁电压、电流以及计算出的控制角α_A、α_B，有功、无功功率等参数通过CAN通信发送给故障检测子系统，而故障检测子系统对工作机、备用机发送来的各种信号加以处理评判，对同步信号、工作机和备用机的状态进行实时监测，一旦发现故障，则根据故障的类型和程度做出不同的处理。

如图4所示，故障检测流程图。双微机励磁调节器的主要故障有：同步信号消失故障、控制器电源故障、触发脉冲故障、微机控制器芯片故障，其检测原理和处理方法如下：

如图4a所示，同步信号消失检测。对于同步信号消失故障，本装置中工作机微机调节器6A、备用机微机调节器6B、故障检测与自动切换装置6C始终采用相同的同步信号，这就避免了因为不同电压、电流互感器的差异而造成的同步信号误差。利用DSP特有的定时器计数和中断处理功能，能够迅速发现处理同步信号消失故障。当正常运行时，本装置捕获到同步信号的上升沿后启动通用计数器T1CNT，在捕获到下一个上升沿后再将其清零。一旦同步信号消失，T1CNT将不会清零而不断增加，当其超过一定值后，将触发定时器比较中断，在这个中断中相应的故障标志error加1，当error连续增加到某一值时(例如3)，装置将通过数字量输出口DO操作继电器将备用PT投入，这也避免了因同步信号暂时消失而引起的误操作。

如图4b所示，电源故障检测。对于DSP电源故障的检测，本装置直接将工作机、备用机的供电电源作为两个开关量接入数字量输入口DI1和DI2，由于微机芯片的工作电压相差很小，因此不存在电平转换问题，无需任何外围电路。当工作机、备用机电源正常时，相应的开关量为1，若工作机的电源发生故障，相应的开关量DI1变为0，则故障检测子系统通过操作继电器7，将工作机调节器退出运行，切换为备用机调节器。如果是备用机调节器的电源发生故障而备用机此时仍作为备用机运行时，则由故障检测子系统向上位机发出报警信号。

如图4c所示，脉冲检测。对于调节器触发脉冲丢失的检测，本系统将工作机、备用机调节器所输出的脉冲全部引入故障检测子系统的捕获单元，也就是说，备用机在工作机正常运行时是产生触发脉冲的，只是通过硬件隔离令其不进入三相功率整流桥。当故障检测子系统的捕获引脚捕捉到触发脉冲的上升沿后，会在程序中触发捕获中断服务子程序，在此程序中将相应标志MC加1。在一个检测周期(通常为20ms)中，通过MC的大小就可以判断触发脉冲是否发生故障并作出相应的处理。

微机控制器芯片本身的故障分为可恢复故障和不可恢复故障，可恢复故障主要指软件故障(比如程序陷入死循环或跑飞)，可以通过DSP自带的看门狗模块加以检测并进行恢复；不可恢复故障主要包括CPU故障、外设模块故障等，本系统利用工作机、备用机、故障检测子系统之间采用的CAN通信方式对这一故障进行检测：故障检测子系统对工作机、备用机分别发送一通信请求，并且等待对方答复，如果在一定时间内未收到答复则记为超时一次，如果连续超时若干次，则判断DSP发生了不可恢复故障。

以同步信号消失故障的处理为例，如图2所示，正常运行时DSP的数字量输出引脚DO输出一高电平，光耦不导通，OUT端子则输出24V的高电平，进入工作机交流固态继电器3A的输入端，则工作机交流固态继电器3A导通，工作机电压互感器1A、工作机电流互感器2A采集的信号进入工作机调理电路4A，最终产生DSP的模拟量信号和同步信号输入。而备用机交流固态继电器3B则刚好相反，在正常运行时处于关断状态。当工作机电压互感器1A发生断线时，同步信号消失，故障检测子系统捕获口将捕捉不到电压方波的上升沿而引发同步信号消失中断子程序，在这个子程序中将故障标志error加1，当error连续增加到3时，故障检测子系统将其相应的DSP的数字量输出引脚DO变为高电平，光耦导通，OUT端子与地直接相连，输出一低电平信号(0V)。此时，工作机交流固态继电器3A的输入端没有信号输入，则工作机交流固态继电器3A关断，工作机电压互感器1A、工作机电流互感器2A退出运行；同时，备用机交流固态继电器3B输入端由低电平变为高电平，备用机交流固态继电器3B导通，完成切换。

Claims

1、一种基于DSP的双微机励磁调节器故障检测及自动切换装置，包括故障检测和自动切换两部分，其特征在于，所述故障检测部分和自动切换部分均基于同一块DSP控制板控制，所述DSP控制板包括捕获单元模块、eCAN通信模块、数字量输入模块、数字量输出模块，所述捕获单元输入同步信号和工作机、备用机的脉冲信号；所述eCAN通信模块输入工作机、备用机的运行参数，输出通信请求信号；所述数字量输入模块输入工作机、备用机的电源信号和脉冲信号；所述数字量输出模块输出切换、报警信号。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述DSP控制板的核心部件为TMS320F2812芯片。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述切换信号与光耦的阴极连接，所述光耦的阳极通过第一电阻(R1)与3.3VDC电源连接，光耦的发射极与大地连接，光耦的集电极与二极管、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)并列连接，二极管和第二电阻(R2)的输出端与24VDC电源连接，工作机交流固态继电器(3A)分别与工作机电压互感器(1A)、工作机调理电路(4A)、大地、第三电阻(R3)和54LS00与非门连接，备用机交流固态继电器(3B)分别与备用机电压互感器(1B)、备用机调理电路(4B)、54LS00与非门和信号地连接。