CN103076539A - 一种嵌入式电力故障录波分析装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种嵌入式电力故障录波分析装置，包括：接收互感器发出的电网信号的采集模块、使组成电网的工作站之间时间同步的同步模块、分析记录电网信号的CPU模块、和连接和传输的传输模块；采集模块包括多个模拟量板、多个开关量板、和高频采集板；所述CPU模块包括主核心模块和数字化核心模块，主核心模块和数字化核心模块通过总线连接；连接模块包括接口模块和输入输出模块。本发明可同时支持传统的模拟化信号的处理和最新的数字化信号的处理。同时本发明的CPU模块提供了稳态数据处理功能，在不增加额外插件或模块的情况下实现了稳态和暂态数据的同时处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力故障检测录波分析装置，尤其是一种基于DSP+ARM架构的高性能嵌入式电力故障录波分析装置，属于电力继电保护的二次电力设备领域。
背景技术
电力故障录波分析装置是一种电力***的二次设备，属于继电保护领域，其主要功能是记录并分析电网运行时的各类参数，及时判断发生的各种非正常事件(故障)，定性定量地给出各类常见电网运行故障，为快速分析处理电网事故、减少和预防各类故障和事故提供便利和帮助。
目前国内对电力故障录波分析装置的研究开发已有多年的历史，但大多还是采用传统工控机+采集板卡的模式，但工控机毕竟是一种根据通用工业普遍需求设计的产品，用于电力故障录波分析装置虽然可以满足基本需求，但在性能、稳定性、扩展性等等方面很难满足各种实际的需求，近年来逐渐有不少厂家开始采用嵌入式技术开发新型电力故障录波分析装置，但其结构、功能和性能、采样率以及稳定性、易用性等方面都还存在各种各样的问题。
近年来，随着数字化站的逐渐普及，传统模拟式电力故障录波分析装置虽然还是市场的主流需求，但数字化故障录波分析装置的需求越来越多，这是一个不可更改的趋势，传统的模拟式和数字式电力故障录波分析装置的结构差异比较大，基本都是两套班子进行研究开发，最终实现的也是两种完全不同的产品，极大地浪费了人力、物力和财力。
由于标准的原因，早期的电力故障录波分析装置基本都不提供稳态数据处理。随着电力***的发展，暂态数据之外对稳态数据里的需求越来越明显。 目前市场上多数电力故障录波分析装置都可以提供稳态数据处理，但都需要额外的模块装置，而这种处理模式一般对装置的暂态数据处理能力都有较大的影响，也增加了一定的成本，一种高性能和高性价比的解决方式就成为目前的需求
发明内容
本发明设计开发了一种嵌入式电力故障录波分析装置。本发明针对目前的技术发展和需求，CPU模块采用DSP+ARM，能兼容处理模拟化信号和数字化信号，并且在不添额外稳态数据记录的插件或模块的前提下，可实现对暂态数据和稳态数据的记录和处理。
本发明提供的技术方案为：
一种嵌入式电力故障录波分析装置，其特征在于，包括：接收互感器发出的电网信号的信号采集模块、使组成电网的工作站之间时间同步的同步模块、分析记录所述电网信号的CPU模块、和连接和传输的传输模块；
所述信号采集模块包括采集模拟化信号的多个模拟量板、采集开关量信号的多个开关量板、和采集高频量或未知频率信号的高频采集板；
所述CPU模块包括主核心模块和数字化核心模块，所述主核心模块和所述数字化核心模块通过总线连接；
所述主核心模块和所述数字化核心模块均由ARM和DSP组成；
所述同步模块和所述信号采集模块通过所述连接模块与所述CPU模块连接和数据传输。
优选的是，所述的同步模块为GPS信号IO板。
优选的是，主核心模块上有定值设置。
优选的是，若所述的信号采集模块接收的为模拟化信号，所述主核心模块根据所述定值设置对所述的模拟化信号进行计算和分析，从而判断电网是否存在异常，并记录该信号和判断结果；
若所述的信号采集模块接收的为数字化信号，所述数字化核心模块将所述的数字化信号打包成模拟化信号的数据格式，然后通过所述总线传输到所述主核心模块，所述主核心模块根据所述定值设置对打包成模拟化信号的数据格式的数字信号进行计算和分析，从而判断电网是否存在异常，并记录该信号和判断结果。
优选的是，所述主核心模块上还设有稳态记录参数，能实时记录电网的稳态数据，并滚动保存。
优选的是，还包括：显示、调度、管理和存储所述电网信号和判断结果的后台机板，其通过以太网接收所述CPU模块发送的所述电网信号和判断结果。
本发明的有益效果为：本发明针对目前的技术发展和需求，采用DSP+ARM双核结构，可同时支持传统的模拟化信号的处理和最新的数字化信号的处理。并且遵循DL/T553-94标准的要求对模拟数据进行处理，并且遵循IEC61850标准对数字化信号进行处理。本发明在CPU模块通过以太网接与后台机板通讯，隔离了分工不同的***组成部分，避免了传统的总线通讯方式的故障叠加和维护困难、扩展性差等方面的问题，更有利于目前的分布式组网需求。本发明的CPU模块提供了稳态数据处理功能，在不增加额外插件或模块的情况下实现了稳态和暂态数据的同时处理。
附图说明
图1为本发明所述的一种嵌入式电力故障录波分析装置的流程图。
图2为本发明所述的CPU模块的组成原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1：在一种嵌入式电力故障录波分析装置
以下为本发明在传统变电站中的应用。
如图1～2所示，一种嵌入式电力故障录波分析装置，其特征在于，包括：接收互感器发出的电网信号的信号采集模块、使组成电网的工作站之间时间同步的同步模块、分析记录所述电网信号的CPU模块、和连接和传输的传输模块。
信号采集模块包括：采集模拟化信号的三个模拟量板，每个开关量板采集32路信号；采集开关量信号的三个开关量板，每个开关量板采集64路信号；和采集高频量或未知频率信号的高频采集板，高频采集板采集8路信号；CPU模块包括主核心模块和数字化核心模块，主核心模块和数字化核心模块通过总线连接；主核心模块和数字化核心模块均由ARM和DSP结构组成；同步模块为GPS信号IO板，其时间同步精度最高可到ns级；同步模块和信号采集模块通过连接模块与CPU模块连接和数据传输；主核心模块上有定值设置和稳态记录参数，能实时记录电网的稳态数据，并滚动保存。
模拟量板采集到模拟量互感器发出的模拟化信号，模拟量板将接收到的模拟化信号同步后传输到主核心模块，主核心模块根据定值设置对模拟化信号进行计算和分析，从而判断电网是否存在异常，并记录该信号和判断结果，此时数字化核心模块不工作。
若后台机板开启工作，则通过以太网与接收CPU模块发送的电网的数据和判断结果。
本发明实现了数字化信号和模拟化信号同机处理的效果，同时在不增加额外插件或模块的情况下实现了稳态和暂态数据的同时记录。
实施例2：在一种嵌入式电力故障录波分析装置
以下为本发明在数字化变电站中的应用。
如图1～2所示，一种嵌入式电力故障录波分析装置，其特征在于，包括：接收互感器发出的电网信号的信号采集模块、使组成电网的工作站之间时间 同步的同步模块、分析记录所述电网信号的CPU模块、和连接和传输的传输模块。
信号采集模块包括：采集模拟化信号的三个模拟量板，每个开关量板采集32路信号；采集开关量信号的三个开关量板，每个开关量板采集64路信号；和采集高频量或未知频率信号的高频采集板，高频采集板采集8路信号；CPU模块包括主核心模块和数字化核心模块，主核心模块和数字化核心模块通过总线连接；主核心模块和数字化核心模块均由ARM和DSP组成；同步模块为GPS信号IO板，其时间同步精度最高可达到ns级；同步模块和信号采集模块通过连接模块与CPU模块连接和数据传输；主核心模块上有定值设置和稳态记录参数，能实时记录电网的稳态数据，并滚动保存。
CPU模块通过光口或网口接收到数字互感器传输的数字化信号，数字化核心模块将所述的数字化信号打包成模拟化信号的数据格式，然后通过总线传输到主核心模块，主核心模块根据定值设置对打包成模拟化信号的数据格式的数字信号进行计算和分析，从而判断电网是否存在异常，并记录该信号和判断结果。
若后台机板开启工作，则通过以太网与接收CPU模块发送的电网的数据和判断结果。
本发明的CPU模块为DSP+ARM双核结构，同时支持传统的模拟化信号的处理和最新的数字化信号的处理，同时在不增加额外插件或模块的情况下实现了稳态和暂态数据的同时记录。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (6)
1.一种嵌入式电力故障录波分析装置，其特征在于，包括：接收互感器发出的电网信号的信号采集模块、使组成电网的工作站之间时间同步的同步模块、分析记录所述电网信号的CPU模块、和连接和传输的传输模块；
所述信号采集模块包括采集模拟化信号的多个模拟量板、采集开关量信号的多个开关量板、和采集高频量或未知频率信号的高频采集板；
所述CPU模块包括主核心模块和数字化核心模块，所述主核心模块和所述数字化核心模块通过总线连接；
所述主核心模块和所述数字化核心模块均由ARM和DSP组成；
所述同步模块和所述信号采集模块通过所述连接模块与所述CPU模块连接和数据传输。
2.如权利要求1所述的嵌入式电力故障录波分析装置，其特征在于，所述的同步模块为GPS信号IO板。
3.如权利要求1所述的嵌入式电力故障录波分析装置，其特征在于，主核心模块上有定值设置。
4.如权利要求3所述的嵌入式电力故障录波分析装置，其特征在于，
若所述的信号采集模块接收的为模拟化信号，所述主核心模块根据所述定值设置对所述的模拟化信号进行计算和分析，从而判断电网是否存在异常，并记录该信号和判断结果；
若所述的信号采集模块接收的为数字化信号，所述数字化核心模块将所述的数字化信号打包成模拟化信号的数据格式，然后通过所述总线传输到所述主核心模块，所述主核心模块根据所述定值设置对打包成模拟化信号的数据格式的数字信号进行计算和分析，从而判断电网是否存在异常，并记录该信号和判断结果。
5.如权利要求4所述的嵌入式电力故障录波分析装置，其特征在于， 所述主核心模块上还设有稳态记录参数，能实时记录电网的稳态数据，并滚动保存。
6.如权利要求1所述的嵌入式电力故障录波分析装置，其特征在于，还包括：显示、调度、管理和存储所述电网信号和判断结果的后台机板，其通过以太网接收所述CPU模块发送的所述电网信号和判断结果。
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