CN201846136U - 面向智能电网的在线式电能质量监测装置 - Google Patents

面向智能电网的在线式电能质量监测装置 Download PDF

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王巍
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Abstract

本实用新型涉及一种面向智能电网的在线式电能质量监测装置，属于供电监测技术领域。该装置包括中央微处理器芯片和多核微处理芯片构成的硬件平台核心；中央微处理器芯片的监控端分别与用于监测供电电路工作状态的开关量输入回路和控制供电电路工作状态的开关量输出回路连接；存储接口与存储芯片连接；显示输出端通过面板接口外接用于显示监测数据的显示装置；数据采集端口通过AD转换芯片接用于采集电能质量的电压电流回路连接；微处理器芯片和多核微处理芯片的通讯端分别通过以太网接口外接电网监控中心。该装置可以同时解决在过程层数字化传输、分散同步采样和标准化通信协议方面的问题，使在线式电能质量监测装置完全满足智能电网的需求。

Description

面向智能电网的在线式电能质量监测装置
技术领域
本实用新型涉及一种电能质量监测装置，尤其是一种面向智能电网的在线式电能质量监测装置，属于供电监测技术领域。
背景技术
随着国民经济的飞速发展，电网的用电负荷结构发生了质的变化。大量非线性、冲击性以及不平衡的用电设备引起的电能质量问题日益恶化。新能源发电(如风力发电、光伏发电等)的大规模建设，颠覆了大家对电源侧不存在电能质量问题的传统观念。
进入21世纪以来，电能质量问题在国内受到了越来越多的关注。电能质量监测成为了我国当今建设“智能电网”的一项不可或缺的关键技术。智能电网对在线式电能质量监测装置的要求主要是：应用最新的微电子、计算机及网络技术，实现广域电力系统的电能质量实时同步监测，并通过高速通信网络实现数据交互。IEC 61850标准的制定和在国内的应用推广使在线式电能质量监测装置必须满足该标准。
目前国内使用的在线式电能质量监测产品在一个独立机箱里实现了单监测点(三相电压、三相电流)或多监测点的电能质量监测。应用在智能电网中，存在如下的问题：
1、没有过程层数字接口。信号采集仍然是采用常规的模拟方式，而在今后的智能电网的变电站中将采用MU(合并电元)输出数字化的采样值信号，现有装置无法接口。
2、无法实现多台装置之间的采样级同步。智能电网要求的广域测量系统，要求监测终端具有采样级的同步功能，以实现广域范围内(跨变电站、跨地区)的集中监测功能，如：谐波源检测、区域电能质量综合评估、暂态事件定位等。现有装置均无法满足，不具备同步接口。
3、无实时、统一的通信协议。智能电网对监测装置与系统的通信接口和通信协议都有要求，要求遵循IEC 61850通信协议和采用高速以太网通信接口。目前的监测装置在通信接口上不统一，在通信协议上基本采用私有协议或是非实时的文件交互方式，通用性很差，无法满足智能电网的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种可以同时解决在过程层数字化传输、分散同步采样和标准化通信协议难题的面向智能电网的在线式电能质量监测装置。
为了达到以上目的，本实用新型面向智能电网的包括中央微处理器芯片和多核微处理芯片，所述中央微处理器芯片和多核微处理芯片通过串行外设接口和数据总线相连，构成硬件平台核心；所述中央微处理器芯片的监控端经BUS总线并通过可编程逻辑器件分别与用于监测供电电路工作状态的开关量输入回路，和控制供电电路工作状态的开关量输出回路连接；所述中央微处理器芯片的存储接口分别与用于缓存、保存采样数据的存储芯片连接；所述中央微处理器芯片的显示输出端通过面板接口外接用于显示监测数据的显示装置；所述多核微处理芯片的数据采集端口通过AD转换芯片接用于采集电能质量的电压电流回路连接；所述中央微处理器芯片和多核微处理芯片的通讯端分别通过以太网接口外接电网监控中心。
上述电能质量监测装置针对目前电能质量监测产品的现状和今后智能电网对监测装置的要求，可以同时解决在过程层数字化传输、分散同步采样和标准化通信协议方面的问题，使在线式电能质量监测装置完全满足智能电网的需求。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。
图1为本实用新型实施例的结构框图。
图2-1至图2-7为图1对应图1的各相关部分的电路原理图。
具体实施方式
实施例一
本实施例面向智能电网的在线式电能质量监测装置基本结构如图1所示，包括中央微处理器芯片1和多核微处理芯片2，此两芯片通过串行外设接口12和数据总线相连，构成硬件平台核心。中央微处理器芯片1的监控端经BUS总线并通过可编程逻辑器件CPLD分别与用于监测供电电路工作状态的开关量输入回路17和控制供电电路工作状态的开关量输出回路18连接。中央微处理器芯片1的存储接口分别与用于缓存、保存采样数据的存储芯片连接，存储芯片包括DDR存储器3、FLASH存储器4及大容量数据存储介质SD卡5、CF卡6。中央微处理器芯片1的显示输出端通过面板接口外接用于显示监测数据的显示装置RTC和电池13。多核微处理芯片2的数据采集端口通过AD转换芯片10接用于采集电能质量的电压电流回路，该回路由模拟信号输入电路14以及模拟信号调理电路13构成。中央微处理器芯片1和多核微处理芯片2的通讯端分别通过以太网接口8和9外接电网监控中心。
本实施例的中央微处理器芯片采用MP8313，多核处理器采用XS1-G04B-FB512。具体电路及有关说明如下：
如图2-1所示，MPC8313通过LOCAL BUS外扩了三片FLASH，其中采用兼容设计，使得可以通过装焊不同数量或不同型号的芯片来得到不同的FLASH容量，一片ST39VF040及两片E28F128J3。
如图2-2所示，MPC8313通过DDR总线外扩了两片DDR2 SDRAM，其中采用兼容设计，使得可以通过装焊不同数量或不同型号的芯片来得到不同的DDR容量，采用了两片MT47H64M16-5。
如图2-3所示，MPC8313通过MII总线外接了一片PHY芯片DP83640用于与多核处理器交互数据，此外通过三端口交换芯片KSZ8873实现两个10M/100M自适应以太网接口。
如图2-4所示，MPC8313通过片内的USB总线及PHY外扩了一片USB HUB，同时通过自身的一组SPI总线外接SD卡。
如图2-5所示，MPC8313通过片内的IIC总线外扩了一片铁电的RTC及EEPROM，其型号为FM31256。
如图2-6所示，多核处理器XS1-G04B-FB512分别管理两个过程层以太网接口及模拟数据采集，同时提供了与CPU交互数据的SPI及UART接口。
如图2-7所示，采用了3片AD7606，共提供24个模拟通道的同步采集能力。XS1-G04B-FB512 CORE0完成对AD7606的采样控制，同时CORE1完成对过程层接口的数据接收，并将模拟数据采集结果或来自于过程层网络的模拟信号采集结果同过CORE2的以太网接口发送给MPC8313。此外，MPC8313还可通过SPI串行外设接口或UART来将控制信息及配置信息发送给XS1-G04B-FB512。
除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种面向智能电网的在线式电能质量监测装置，其特征是：包括中央微处理器芯片和多核微处理芯片，所述中央微处理器芯片和多核微处理芯片通过串行外设接口和数据总线相连，构成硬件平台核心；所述中央微处理器芯片的监控端经BUS总线并通过可编程逻辑器件分别与用于监测供电电路工作状态的开关量输入回路，和控制供电电路工作状态的开关量输出回路连接；所述中央微处理器芯片的存储接口分别与用于缓存、保存采样数据的存储芯片连接；所述中央微处理器芯片的显示输出端通过面板接口外接用于显示监测数据的显示装置；所述多核微处理芯片的数据采集端口通过AD转换芯片接用于采集电能质量的电压电流回路；所述中央微处理器芯片和多核微处理芯片的通讯端分别通过以太网接口外接电网监控中心。
2.根据权利要求1所述的面向智能电网的在线式电能质量监测装置，其特征在于：所述微处理器芯片和多核微处理芯片之间还通过用于发送控制信息及配置信息的串行外设接口连接。
3.根据权利要求2所述的面向智能电网的在线式电能质量监测装置，其特征在于：所述存储芯片包括DDR存储器、FLASH存储器及大容量数据存储介质。
4.根据权利要求3所述的面向智能电网的在线式电能质量监测装置，其特征在于：所述电压电流回路由模拟信号输入电路以及模拟信号调理电路构成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103389431A (zh) * 2013-08-06 2013-11-13 国家电网公司 一种智能变电站带负荷综合试验装置
CN105576620A (zh) * 2015-12-30 2016-05-11 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心 微机保护装置

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