CN202550682U - 一种电能质量调节装置的调节保护单元 - Google Patents

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刘隽
何维国
包海龙
张宇
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Abstract

一种电能质量调节装置的调节保护单元，涉及一种用于交流干线或交流配电网络设备的控制系统的电路单元，尤其是适用于高压交流电网电能调节装置的操作和运行状态的监视和控制，通过EtherCAT网络连接到电能质量调节装置的主控子系统，包括第一、第二数字信号处理器，双端口RAM模块，开关量输入输出接口，第一、第二EtherCAT从站控制器，第一和第二数字信号处理器，分别连接到双端口RAM模块的左口和右口，并通过双端口RAM模块连接到开关量输入输出接口，第一和第二数字信号处理器，连接到以太网接口模块和第一和第二EtherCAT从站控制器。该装置大大增强了核心控制器的处理能力，实现并行处理，满足电能质量调节装置并行采样控制和电力网络SOE实时记录的要求。

Description

一种电能质量调节装置的调节保护单元
技术领域
本实用新型涉及一种用于交流干线或交流配电网络设备的控制系统的电路单元，尤其是适用于高压交流电网电能调节装置的操作和运行状态的监视和控制。
背景技术
城市电网中现代工业、商业和居民用电设备，如高性能办公设备、精密实验仪器、变频调速设备、可编程逻辑控制器、各种自动生产线以及计算机系统等对电源特性变化敏感性负荷呈逐年上升趋势，对电能质量的要求不断提高。对敏感用户(如半导体制造企业)而言，几十毫秒的电压暂降就可能导致设备损坏、生产线停产，造成巨大经济损失。与此同时，分布式能源、冲击性和干扰性负荷的大量接入等因素都使得电网电能质量存在日趋恶化的趋势，严重威胁电力系统的安全运行和用电设备的正常工作。
针对敏感负荷电能质量控制问题，国内外开展了电能质量控制产品的研究制造。但是，电能质量控制装置还没有形成标准化的产品，并且主要停留在低压小容量范围，中国实用新型专利“低谐波电源质量控制系统”(实用新型专利号：ZL201020133972公开号：CN201656479)公开了一种低谐波电源质量控制系统。该低谐波电源质量控制系统包含检测装置、电力调整装置、阻性负载装置。检测装置接收来自于阻性负载装置的反馈信号。检测装置输出的控制信号可以用电压或电流为信号。电力调整装置接收到所述控制信号后，以比例方式输出驱动电压。所述比例方式为在连续输出时间间隔输出全功率驱动电压，并在连续不输出时间间隔停止输出全功率驱动电压。阻性负载装置接收驱动电压后，输出反馈信号到检测装置。以比例方式在连续输出时间间隔输出全功率驱动电压，并在连续不输出时间间隔停止输出全功率驱动电压，将能够有效的减少产生电力的谐波。但是该装置仅适用于小功率的阻性负载装置，不适用于高压大功率的电网电能质量控制，也没有解决电能质量调节装置的系统级监控的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是要提供一种电能质量调节装置的调节保护单元，解决电能质量调节装置的系统级监控的技术问题，完成对电能质量调节装置主要电气量的测量，实现对设备的操作和运行状态的监视和控制，实现对主电路设备的保护。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种电能质量调节装置的调节保护单元，通过EtherCAT网络连接到电能质量调节装置的主控子系统，其特征在于：
所述的调节保护单元包括第一数字信号处理器，第二数字信号处理器，双端口RAM模块，开关量输入输出接口，第一EtherCAT从站控制器和第二EtherCAT从站控制器；
所述的第一数字信号处理器和第二数字信号处理器，分别连接到双端口RAM模块的左口和右口，并通过双端口RAM模块连接到开关量输入输出接口；
所述的第一数字信号处理器，连接到以太网接口模块和第一EtherCAT从站控制器；
所述的第二数字信号处理器，连接到第二EtherCAT从站控制器。
本实用新型的电能质量调节装置的调节保护单元的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的双端口RAM模块是FPGA构成的可编程双端口RAM，所述的第一数字信号处理器，通过所述的双端口RAM模块与第二数字信号处理器双向连接。
本实用新型的电能质量调节装置的调节保护单元的一种更好的技术方案，其特征在于所述的可编程双端口RAM模块包含DIDO通道，所述的第一数字信号处理器和第二数字信号处理器，通过所述的DIDO通道连接到开关量输入输出接口。
本实用新型的电能质量调节装置的调节保护单元的一种改进的技术方案，其特征是所述的电能质量调节装置的调节保护单元还包括以太网接口模块，所述的第一数字信号处理器，通过以太网接口模块连接到本地或远程的监控终端。
本实用新型的有益效果是：
1.本实用新型的电能质量调节装置的调节保护单元，采用双高速数字信号处理器芯片，大大增强了核心控制器的处理能力；采用实时串行以太网(EtherCAT)总线技术，传送速率高，可实现报文硬件校验，且无信息冲突。
2.通过采用FPGA模拟双端口RAM连接实现并行处理，满足电能质量调节装置并行采样控制和电力网络SOE实时记录的要求。
3.基于以太网通信技术，使本实用新型的电能质量调节装置的调节保护单元具有良好的扩展功能和有远程监控功能。
附图说明
图1是本实用新型的电能质量调节装置的调节保护单元的主电路图；
图2是本实用新型的电能质量调节装置的控制系统的主电路图。
以上图中的各部件的标号：100-三相电源，800-电能质量调节装置，810-主控子系统，811-主控EtherCAT主站，812-PTCT输入单元，813-调节保护单元，814-故障录波单元，815-开关量输入单元，816-开关量输出单元，820-通讯耦合子系统，821-模块EtherCAT主站，822-EtherCAT耦合器，830-调节控制器，910-以太网交换机，920-PC监控终端，8131-第一数字信号处理器，8132-第二数字信号处理器，8133-双端口RAM模块，8134-开关量输入输出接口，8135-以太网接口模块，8136-第一EtherCAT从站控制器，8137-第二EtherCAT从站控制器。
具体实施方式
为了能更好地理解本实用新型的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步详细描述。
图1是本实用新型的电能质量调节装置的调节保护单元的主电路图，调节保护单元813通过主控EtherCAT网络连接到电能质量调节装置800的主控子系统810，用于电能质量调节装置的调节、保护、录波、回放等功能的控制，参见图2。调节保护单元813包括第一数字信号处理器8131，第二数字信号处理器8132，双端口RAM模块8133、开关量输入输出接口8134、第一EtherCAT从站控制器8135和第二EtherCAT从站控制器8136；第一数字信号处理器8131和第二数字信号处理器8132，分别连接到双端口RAM模块8133的左口和右口，并通过双端口RAM模块8133连接到开关量输入输出接口8134；第一数字信号处理器8131，连接到以太网接口模块8135和第一EtherCAT从站控制器8136；第二数字信号处理器8132，连接到第二EtherCAT从站控制器8137。
在本实用新型的电能质量调节装置的调节保护单元的一个实施例中，双端口RAM模块8133是FPGA构成的可编程双端口RAM，第一数字信号处理器8131，通过双端口RAM模块8133与第二数字信号处理器8132双向连接。可编程双端口RAM模块8133包含DIDO通道，第一数字信号处理器8131和第二数字信号处理器8132，通过所述的DIDO通道连接到开关量输入输出接口8134。
图2是电能质量调节装置的控制系统的一个实施例主电路图，如图2所示，电能质量调节装置的主控子系统810，包括主控EtherCAT网络和主控EtherCAT主站811，以及PTCT输入单元812、开关量输入单元815和开关量输出单元816；本实用新型的调节保护单元813连接到电能质量调节装置800的主控子系统810中。PTCT输入单元812的交流电压信号输入端，通过电压互感器(PT)连接到三相电网100，PTCT输入单元812的交流电流信号输入端，通过电流互感器(CT)连接到三相电网100，PTCT输入单元812，经由主控EtherCAT网络，通过第二EtherCAT从站控制器8137连接到调节保护单元813。
开关量输入单元815，通过光耦或光纤隔离，连接到三相电网100；开关量输入单元815，经由LVDS接口，通过开关量输入输出接口8134连接到调节保护单元813。调节保护单元813，通过开关量输入输出接口8134，经由LVDS接口连接到开关量输出单元816，并通过开关量输出单元816的继电器连接到三相电网100。
如图2所示，电能质量调节装置的控制系统包括主控子系统810、通讯耦合子系统820和3n个调节控制器830，其中n≥1；所述的电能质量调节装置800包括3n个功率单元(图中未表示)，分别连接到三相电网100上，所述的调节控制器830分别对应连接到电能质量调节装置800的每个功率单元，主控子系统810通过通讯耦合子系统820分别连接到每个调节控制器830。通讯耦合子系统820包括连接在LVDS接口上的模块EtherCAT主站821，以及至少一个EtherCAT耦合器822，与EtherCAT从站互相连接构成模块EtherCAT网络；调节控制器构成EtherCAT从站，经由EtherCAT耦合器，连接到模块EtherCAT网络，调节保护单元813经由光耦或者光纤隔离，通过第一EtherCAT从站控制器8136，连接到调节控制器830。
在图2所示的电能质量调节装置的实施例中，主控子系统810还包括连接在LVDS接口上的故障录波单元814；PTCT输入单元812通过主控EtherCAT网络，连接到故障录波单元814；调节控制器830经由EtherCAT耦合器822，通过模块EtherCAT网络，连接到故障录波单元814。当电力设备发生遥信变位，电力保护设备或智能电力仪表会自动记录下变位时间、变位原因等，形成事件顺序记录，以便于事后分析，一般简称为SOE(Sequence of Event)记录。调节保护单元813经由主控EtherCAT网络，通过第二EtherCAT从站控制器8137，连接到故障录波单元814，控制在故障录波单元814故障发生或需要时记录或回放各个电气量的变化情况，传输、存储和显示录波数据及相关内容，以备查询分析故障事件和系统状态。
在图2所示的电能质量调节装置的实施例中，还包括以太网接口，主控子系统810和通讯耦合子系统820，通过以太网接口和以太网交换机910，连接到本地或远程PC监控终端920。调节保护单元813可以通过以太网接口模块8135，连接到本地或远程PC监控终端920，完成系统配置文件和参数调节，或者上传SOE等信息。
在图1所示的本实用新型的电能质量调节装置的调节保护单元的实施例中，第一数字信号处理器8131采用T1公司的TMS320F28335型数字信号处理器，第二数字信号处理器8132采用32位高速浮点型DSP芯片TMS320C6713；双端口RAM模块8133采用现场可编程门阵列(FPGA)XC3S500E，可编程双端口RAM模块8133包含DIDO通道，通过开关量输入输出接口8134连接到子系统内部各单元之间的IO接口；以太网接口模块8135采用多功能网络接口芯片W3150，第一EtherCAT从站控制器8135和第二EtherCAT从站控制器8136采用EtherCAT从站控制器集成电路ET1100。第一EtherCAT从站控制器8135利用ET1100的两个端口可以作为耦合器，通过光纤收发器AFBR-5803ATZ转换成光信号实现不同子系统之间的连接。第二EtherCAT从站控制器8136通过ET1100将以太网的物理接口转为LVDS，直接接入主控子系统内部的LVDS信号线。此外，第一数字信号处理器8131还预留一个232接口和一个CAN接口备用。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型的技术方案，而并非用作为对本实用新型的限定，任何基于本实用新型的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本实用新型的权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种电能质量调节装置的调节保护单元，通过EtherCAT网络连接到电能质量调节装置的主控子系统，其特征在于：
所述的调节保护单元包括第一数字信号处理器，第二数字信号处理器，双端口RAM模块，开关量输入输出接口，第一EtherCAT从站控制器和第二EtherCAT从站控制器；
所述的第一数字信号处理器和第二数字信号处理器，分别连接到双端口RAM模块的左口和右口，并通过双端口RAM模块连接到开关量输入输出接口；
所述的第一数字信号处理器，连接到以太网接口模块和第一EtherCAT从站控制器；
所述的第二数字信号处理器，连接到第二EtherCAT从站控制器。
2.根据权利要求1所述的电能质量调节装置的调节保护单元，其特征在于所述的双端口RAM模块是FPGA构成的可编程双端口RAM，所述的第一数字信号处理器，通过所述的双端口RAM模块与第二数字信号处理器双向连接。
3.根据权利要求2所述的电能质量调节装置的调节保护单元，其特征在于所述的可编程双端口RAM模块包含DIDO通道，所述的第一数字信号处理器和第二数字信号处理器，通过所述的DIDO通道连接到开关量输入输出接口。
4.根据权利要求1、2或3所述的电能质量调节装置的调节保护单元，其特征是所述的电能质量调节装置的调节保护单元还包括以太网接口模块，所述的第一数字信号处理器，通过以太网接口模块连接到本地或远程的监控终端。
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CN107664963A (zh) * 2016-07-28 2018-02-06 全球能源互联网研究院 一种分布式数字量测控设备

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