CN212627154U - 一种铁磁谐振消谐装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种铁磁谐振消谐装置，由采样调压模块、数据处理模块、控制模块和开关量输出模块组成，采样调压模块将PT二次侧电压信号进行采样并调理转换成控制模块能够接受的电压，转化后的电压信号传输至数据处理模块进行AD转换并分析判断是否发生铁磁谐振，控制模块获取数据处理模块的分析结果，并根据分析结果对开关量输出模块发出控制信号，开关量输出模块对接收到的控制信号进行放大并驱动投切开关动作。本实用新型具有体积小、重量轻、价格便宜、运行可靠、接口丰富的优点。

Description

一种铁磁谐振消谐装置

技术领域

本实用新型涉及消谐装置领域，更具体地说，涉及一种铁磁谐振消谐装置。

背景技术

电力系统中具有许多非线性铁心电感元件，它们和系统中的电容元件构成许多复杂的振荡回路，可能激发起持续时间较长的铁磁谐振过电压，对系统造成一定的危害。特别是中性点不接地的系统中，广泛采用电磁式电压互感器，铁磁谐振出线相对较为频繁，常会出现电压互感器熔丝熔断、甚至电压互感器烧毁的现象，对电网的运行造成危害。

在配网系统中，监测母线对地电压显得尤为重要，在母线上通常装设电磁式电压互感器以便测量母线电压。电磁式互感器（简称PT）是铁芯电感元件，如果有某种大扰动或者操作，PT的非线性铁芯就可能饱和，从而与线路和设备的对地电容形成特殊的单相或者三相共振回路，同时由于各相铁芯饱和程度的差异性导致在励磁涌流中产生零序分量。铁磁谐振分为基波谐振、分次谐波谐振和高次谐波谐振，可能带来以下危害：过电压、过电流、波形畸变和破坏电力绝缘，最终烧毁PT，对电力系统的稳定运行产生巨大的威胁。现有技术中，通过一段时间内在PT开口三角处接入阻尼电阻来增大谐振的阻尼从而能够有效地抑制铁磁谐振。常规消谐装置铁磁谐振的检测多采用基于DSP的复合控制技术，但是DSP芯片主频低，接口匮乏且容易击穿，供电范围窄，复合控制器价格昂贵等缺点，已经不能满足电子及芯片技术日益发展的需求。

发明内容

（一）要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种铁磁谐振消谐装置。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

设计一种铁磁谐振消谐装置，由采样调压模块、数据处理模块、控制模块和开关量输出模块组成，所述采样调压模块将PT二次侧电压信号进行采样并调理转换成控制模块能够接受的电压，转化后的电压信号传输至所述数据处理模块进行AD转换并分析判断是否发生铁磁谐振，所述控制模块获取数据处理模块的分析结果，并根据分析结果对所述开关量输出模块发出控制信号，所述开关量输出模块对接收到的控制信号进行放大并驱动投切开关动作。

在上述方案中，所述控制模块采用型号为STM32F407的芯片。

（三）有益效果

本实用新型采用Cortex-M4内核ARM芯片，相比于Cortex-M3内核ARM芯片，增加了浮点、DSP、并行计算，特别符合铁磁谐振消谐装置的控制和信号处理功能相混合要求。本实用新型相对于基于DSP或ARM复合控制器的铁磁谐振消谐装置，具有体积小、重量轻、价格便宜、运行可靠、接口丰富的优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种铁磁谐振消谐装置的原理示意图；

图2为本实用新型实施例提供的电压信号调理电路的原理示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

如图1所示，本实用新型提供一种铁磁谐振消谐装置，由采样调压模块、数据处理模块、控制模块和开关量输出模块组成。该装置采用模块化设计，便于装置随着电子芯片技术的发展进行更新换代。所述控制模块采用意法半导体公司推出型号为STM32F407的高性能低功耗Cortex-M4内核芯片，该款ARM芯片工作主频为210DMIPS@168MHz，集成了新的DSP和FPU指令，168MHz的高速性能使得数字信号处理器应用和快速的产品开发达到新的水平，提升控制算法的执行速度和代码效率；同时其采用90纳米的NVM工艺和自适应实时存储器加速器，使得程序零等待执行，提升了程序执行的效率；具有192KBx16bit片内SRAM，拥有丰富的外围接口：480Mbit/s的USB OTG接口，符合IEEE1588的10/100M以太网MAC接口，PWM定时器，可达10.5Mbit/s的高速UART接口，可达37.5Mbit/s的高速SPI接口，可达54M字节/s的Camera接口。

由于PT二次侧电压信号是最大有效值为110V的双极性电压，而主控单元芯片STM32F407只能处理0~5V的单极性电压，因此，首先采样调压模块将PT二次侧电压信号进行采样并调理转换成主控单元芯片STM32F407的12位AD引脚能够接受的电压，也就是将PT二次侧采样电压转换为0~5V。采样调压模块的电压信号调理电路如图2所示，该采样调压模块带有隔离功能，确保现场信号与控制系统互不干扰。转化后的电压信号再传输至数据处理模块进行处理。

数据处理模块完成对输入的0~5V直流模拟信号进行AD转换并对其进行数据处理，在此基础上分析判断是否发生铁磁谐振。主控单元芯片STM32F407内含DSP（单周期乘法累加、优化的SIMD运算以及饱和运算指令）和FPU（单精度浮点单元），最高主频可达160MHz，能很好地满足实时性要求，其内部集成了高度优化的数学函数库，极大提高了浮点运算能力，特别适合用来对采样信号进行数学分析。

本发明的控制模块主要功能是获取数据处理模块的分析结果，并根据分析结果对开关量输出模块发出相应的控制信号，同时将分析结果通过2.4寸彩色QVGA屏幕显示，USB储存以及远程通信上传至上位机。本发明实施例的控制模块选用意法半导体公司推出型号为STM32F407的高性能低功耗Cortex-M4内核芯片，集成了丰富的外围资源，包括LCD接口、UART、SPI、USB OTG以及10/100M以太网MAC接口。

由于PT三角处电阻投入瞬间电流较大，需要投切开关耐受200A的瞬间大电流，因此，普通的继电器无法胜任。本发明采用24V接触器作为投切开关来控制阻尼电阻在PT三角开口处的投入和切除，通过主控芯片STM32F407对其控制，由于主控芯片STM32F407的IO口输出驱动能力较弱，因此，开关量输出模块需要对输出信号进行放大从而使其能够驱动接触器的动作，以便有效地控制阻尼电阻的投切状态。

在本实用新型实施例中，采样调压模块采用型号为LM2596-ADJ 的芯片，数据处理模块采用德州仪器制造的、型号为ADS1298的数模转换芯片，开关量输出模块采用型号为6ES7 222-1BF22-0XA8的西门子开关量输出模块。

附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (5)

1.一种铁磁谐振消谐装置，其特征在于，由采样调压模块、数据处理模块、控制模块和开关量输出模块组成，所述采样调压模块将PT二次侧电压信号进行采样并调理转换成控制模块能够接受的电压，转化后的电压信号传输至所述数据处理模块进行AD转换并分析判断是否发生铁磁谐振，所述控制模块获取数据处理模块的分析结果，并根据分析结果对所述开关量输出模块发出控制信号，所述开关量输出模块对接收到的控制信号进行放大并驱动投切开关动作。

2.根据权利要求1所述的一种铁磁谐振消谐装置，其特征在于，所述控制模块采用型号为STM32F407的芯片。

3.根据权利要求1所述的一种铁磁谐振消谐装置，其特征在于，所述采样调压模块采用型号为LM2596-ADJ 的芯片。

4.根据权利要求1所述的一种铁磁谐振消谐装置，其特征在于，所述数据处理模块采用德州仪器制造的、型号为ADS1298的数模转换芯片。

5.根据权利要求1所述的一种铁磁谐振消谐装置，其特征在于，所述开关量输出模块采用型号为6ES7 222-1BF22-0XA8的西门子开关量输出模块。

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