CN203858321U - 一种基于dsp和cpld的配电故障录波器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于DSP和CPLD的配电故障录波器，16路切换开关采样电力系统的模拟量，并将该模拟量依次通过采样保持器、信号跟随器和AD转换器后存储到双口RAM中，数据缓冲器采样电力系统的开关量并将其存储到双口RAM中，该双口RAM在存满数据后通过PCI总线向采样CPLD芯片发出采样中断信号，使得采样CPLD芯片通过PCI总线向数据处理模块发送用于请求读取双口RAM中数据的采集状态信号，并控制AD转换器和数据缓冲器暂停向双口RAM存储数据。本实用新型具有硬件资源消耗小、工作速度高的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于电力系统的配电故障录波器，具体地说是一种基于DSP和CPLD的配电故障录波器。
背景技术
在配电网自动化系统中，故障录波器可以在电力系统发生故障及振荡时自动记录因短路故障、系统振荡、频率或电压崩溃等扰动所产生的系统电流、电压的变化过程。当前配电故障录波系统由分散安装在各个变电站开关柜内的录波器构成的辐射式系统，采集的数据通过网络发送到主站，主站再对接收到的故障数据进行处理分析，以确定故障类型和故障位置。
以往的故障录波器方案，其缺陷在于长期以来大多数故障录波器采用上位机和下位机的方式构成。前台的采集系统采用工控机或者单片机架构的上位机，控制采集卡采集数据及判别故障类型，再将采集到的数据传输到远端由PC机或工控机组成的上位机，上位机通过软件进行原始数据分析处理和贮存。如此一来录波器的各项功能需要靠软件运行来实现，倘若采样时间消耗整个运算时间的比例偏大，那么执行采样数据分析处理运算的速度和效率就会大打折扣，甚至造成录波失败。限于录波器CPU的性能，无法对故障量同时进行高速高带宽的采样和计算，所以故障定位功能无法实现。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种基于DSP和CPLD的配电故障录波器，以克服现有技术中配电故障录波器的硬件资源消耗大、工作速度低的问题。
解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种基于DSP和CPLD的配电故障录波器，包括用于采集电力系统故障数据的数据采集模块、用于处理采集到的故障数据的数据处理模块、PCI总线和用于将处理后的故障数据传输到主站存储的数据通信模块，其特征在于：所述的数据采集模块包括16路切换开关、采样保持器、信号跟随器、AD转换器、数据缓冲器、双口RAM和采样CPLD芯片；所述16路切换开关采样电力系统的模拟量，并将该模拟量依次通过采样保持器、信号跟随器和AD转换器后存储到双口RAM中，所述数据缓冲器采样电力系统的开关量并将其存储到双口RAM中，该双口RAM在存满数据后通过PCI总线向所述采样CPLD芯片发出采样中断信号，使得采样CPLD芯片通过PCI总线向所述数据处理模块发送用于请求读取双口RAM中数据的采集状态信号，并控制所述AD转换器和数据缓冲器暂停向双口RAM存储数据。
作为本实用新型的一种改进，所述的数据采集模块设有两个或以上，所述的数据处理模块包括DSP数据处理单元及其外围电路、译码CPLD芯片和RAM芯片，所述DSP数据处理单元接收到任意一个数据采集模块发送的采集状态信号时，向所述译码CPLD芯片发出中断信号，使得译码CPLD芯片选通相应的数据采集模块，所述DSP数据处理单元读取该相应的数据采集模块中双口RAM存储的数据，经处理后通过所述RAM芯片传输给所述数据通信模块。
作为本实用新型的优选方式，所述的数据采集模块设有四个。
作为本实用新型的一种改进，所述DSP数据处理单元的外围电路包括存储有用于处理采集到的故障数据的引导程序的ROM芯片，该ROM芯片连接到DSP数据处理单元的相应接口。
作为本实用新型的一种改进，所述DSP数据处理单元的外围电路还包括用于进行系统对时的GPS同步模块，该GPS同步模块连接到DSP数据处理单元的相应接口。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
第一，本实用新型的配电故障录波器中数据采集模块设有采样CPLD芯片，将现有技术中由数据处理模块中的DSP控制的采样中断、多路开关切换、AD转换命令全部由该采样CPLD芯片产生控制时序执行，协调DSP与数据采集模块之间的工作逻辑时序，可以释放DSP空间使系统的处理速度成倍提高，因此，大大的提高了配电故障录波器的工作速度；
第二，本实用新型的配电故障录波器可采集配网线路中各种电压、电流模拟量及开关量，采集的数据通过网络发送到主站，主站再对接收到的故障数据进行处理分析，以确定故障类型和故障位置，其并不仅仅记录了故障时的线路参数信息，还可以为主站提供原始故障数据，以便于主站进行故障识别，依靠采集到的实时数据实现单端故障定位，因此，本实用新型的故障录波器相比较以往，具有更高的时效性、精度以及可信度。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：
图1为本实用新型的配电故障录波器中数据采集模块的原理框图；
图2为本实用新型的配电故障录波器的原理框图。
具体实施方式
传统故障录波器中数据采集模块的单片机单纯依靠DSP来控制采集过程，这样会增加系统负担导致消耗硬件资源，降低工作速度，为了克服这种弊端，本实用新型重新设计了数据采样模块，将每一块采样板采用一片额外的CPLD芯片来实现采样逻辑控制。
与传统单片机和DSP相比，CPLD在控制多路采集方面具有明显优势，全部的控制逻辑均由内部功能模块组成，模块之间通过编程可以实现各种逻辑功能，具有时钟频率高、内部延时小、编程配置灵活等特点，可以集采样控制、AD转换控制和缓存传输控制于一体，能有效解决单片机和DSP的上述问题，在多路并行和高速数据采集领域应用非常广泛。如图1所示，利用CPLD完成AD芯片等器件控制，可以形成一个独立的采样系统，当模拟量经前置通道采集进入模拟选择开关后，经过采样保持信号放大，送入16位的模拟数字转换器，转换完成的数据暂存于双口RAM中待DSP读取。
如图2所示，为满足高速数据处理和故障定位的要求，采用高性能DSP芯片作为核心主控制CPU。由于外部有4块数据采集模块，因此需要产生4个片选信号，而DSP的片选信号有限，所以利用数据处理模块上自带的CPLD来模拟地址译码器产生4个片选信号，分别配置给4个数据采集模块。当系统上电复位之后，DSP通过存储在ROM中的引导程序载入，加载完成后，DSP根据程序对所有器件进行初始化，然后启动GPS同步信号进行系统对时。接下来进行数据采集，首先DSP产生复位信号，复位CPLD内部的逻辑电路，让采样模块上的CPLD响应有效片选信号，启动对应数据采集模块进行采集。当数据采集模块上的双口RAM中的数据存储满的时候，数据采集模块上的CPLD发出采集状态信号给数据处理模块上的DSP，然后由DSP产生中断INT并配合CPLD产生4个中断信号分别响应外部4个数据采集模块上CPLD的中断请求，同时对下一个数据采集模块进行采样选通，然后从已采集满的双口RAM中读取数据进行处理，数据处理完成之后存储到连接数据通信模块的RAM中，这样就实现了对实时数据进行不间断的采集和处理分析。
本实用新型不局限与上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本实用新型的保护范围之中。
Claims (5)
1.一种基于DSP和CPLD的配电故障录波器，包括用于采集电力系统故障数据的数据采集模块、用于处理采集到的故障数据的数据处理模块、PCI总线和用于将处理后的故障数据传输到主站存储的数据通信模块，其特征在于：所述的数据采集模块包括16路切换开关、采样保持器、信号跟随器、AD转换器、数据缓冲器、双口RAM和采样CPLD芯片；所述16路切换开关采样电力系统的模拟量，并将该模拟量依次通过采样保持器、信号跟随器和AD转换器后存储到双口RAM中，所述数据缓冲器采样电力系统的开关量并将其存储到双口RAM中，该双口RAM在存满数据后通过PCI总线向所述采样CPLD芯片发出采样中断信号，使得采样CPLD芯片通过PCI总线向所述数据处理模块发送用于请求读取双口RAM中数据的采集状态信号，并控制所述AD转换器和数据缓冲器暂停向双口RAM存储数据。
2.根据权利要求1所述的基于DSP和CPLD的配电故障录波器，其特征在于：所述的数据采集模块设有两个或以上，所述的数据处理模块包括DSP数据处理单元及其外围电路、译码CPLD芯片和RAM芯片，所述DSP数据处理单元接收到任意一个数据采集模块发送的采集状态信号时，向所述译码CPLD芯片发出中断信号，使得译码CPLD芯片选通相应的数据采集模块，所述DSP数据处理单元读取该相应的数据采集模块中双口RAM存储的数据，经处理后通过所述RAM芯片传输给所述数据通信模块。
3.根据权利要求2所述的基于DSP和CPLD的配电故障录波器，其特征在于：所述的数据采集模块设有四个。
4.根据权利要求2或3所述的基于DSP和CPLD的配电故障录波器，其特征在于：所述DSP数据处理单元的外围电路包括存储有用于处理采集到的故障数据的引导程序的ROM芯片，该ROM芯片连接到DSP数据处理单元的相应接口。
5.根据权利要求4所述的基于DSP和CPLD的配电故障录波器，其特征在于：所述DSP数据处理单元的外围电路还包括用于进行系统对时的GPS同步模块，该GPS同步模块连接到DSP数据处理单元的相应接口。
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