CN113933739A - 一种直流电故障录波装置及故障录波方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于直流电源故障分析技术领域，具体涉及一种直流电故障录波装置及故障录波方法。本发明基于电力用直流电源和一体化电源***以及锂电池储能***对于直流侧关键信息量的故障录波需求，提出一种直流电故障录波装置及故障录波方法，区别于传统电力***动态记录装置的信息量和配置要求，模拟量和开关量的配置路数少，成本控制要求高，具有成本低、体积小的技术优点。
Description
技术领域
本发明属于直流电源故障分析技术领域，具体涉及一种直流电故障录波装置及故障录波方法。
背景技术
传统的故障录波装置主要是针对电力***自动化控制与管理***的交流电压、电流等关键信息量的故障录波，用以对电网扰动的前后进行数据动态记录，是电网故障分析和定位的主要依据。常用方式是采集单元与配置硬盘的工控机集合实现，乃至采集单元与录波工作站的结合实现。组网方式复杂，功能配置路数要求多，成本高，体积较大。
电力***及锂电池组应用可靠性和安全性的要求日趋严格，当前电力用直流电源和一体化电源***以及锂电池储能***技术领域，对于直流侧的一些关键信息量有了故障录波的需求，用以分析和定位故障；基于关键信息量的特性和路数区别，采用传统的故障录波装置无法满足这些应用场合的成本和体积要求。
发明内容
有鉴于此，本发明基于电力用直流电源和一体化电源***以及锂电池储能***对于直流侧关键信息量的故障录波需求，提出一种直流电故障录波装置及故障录波方法，区别于传统电力***动态记录装置的信息量和配置要求，模拟量和开关量的配置路数少，成本控制要求高，具有成本低、体积小的技术优点。
为了实现上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：
一种直流电故障录波装置，包括采集电路、控制电路、HMI显示、对时电路和数据存储电路；
所述采集电路与所述控制电路通信连接，用于对模拟量和开关量的遥测和遥信信息的检测信号进行隔离和运放处理，将所述检测信号转化为AD采集的适配等级电压；
所述对时电路与所述控制电路通信连接，用于周期接收上位机的对时信号，时时校准本地时钟电路；
所述控制电路用于获取所述AD采集的输出信号，基于判定参数对所述遥测和遥信信息进行处理，并判断为连续记录的存储类型或触发记录的存储类型，并基于所述对时电路进行周期对时；
所述HMI显示与所述控制电路通信连接，配置有人机交互界面，用于显示故障录波的数据信息；
所述数据存储电路包括与所述控制电路通信连接的MRAM和SRAM；所述MRAM用于保存所述判定参数；所述SRAM通过并行接口与所述控制电路连接，用于扩展所述控制电路的缓存空间。
进一步的，所述检测信号为霍尔信号亦或变送器信号。
进一步的，所述控制电路为ARM或DSP处理器及***电路。
进一步的，所述判定参数包括变启动判定值和越限启动判定值。
进一步的，所述AD采集设置在所述采集电路或所述控制电路上。
进一步的，所述HMI显示为工业组态显示屏。
进一步的，所述HMI显示还用于所述故障录波的存储和文件处理，设置有供所述故障录波文件导出的USB接口。
进一步的，所述MRAM还用于基于对所述判定参数的触发数据的占用内存和发送速率的匹配，开辟存储列表，保存所述触发记录的序号、缓存起始地址指针、缓存结束地址指针并缓存发送所依据判定参数的编号，进而用于控制所依据判定参数的缓存和发送时序。
进一步的，所述故障录波装置还包括电源管理器；所述电源管理器与所述控制电路连接，用于为所述控制电路提供电源。
进一步的，本发明还提出基于上述直流电故障录波装置的一种故障录波方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101：基于所述对时电路，对所述控制电路完成周期对时，确保所述故障录波装置的本地时间与上位机时间的一致性；
S102：基于所述采集电路完成对所述模拟量和开关量的信息采集；
S103：基于应用场合的需求，进行触发数据Ta时段的缓存，根据模拟量和开关量的配置数量和时段长度计算存储空间的大小，进而确认所述SRAM用于Ta时段的缓存地址区间；
在Ta时段内实时判定是否有触发记录的启动条件满足；所述启动条件满足包括越限启动数值满足和突变启动数值满足；将所述2)中所采集数据与存储在MRAM中的越限和突变判定参数进行对比判定，以确认是否有信息达到了触发记录的启动条件满足，若没有启动条件满足则在Ta时段的缓存内循环覆盖存储；若有启动条件满足，则记录当前时间节点，并记录当前的所述SRAM的位置指针和编号到所述MRAM，并触发Tb时段的数据缓存；
S104：进入Tb时段后，确认用于Tb时段的时长，根据模拟量和开关量的具体配置数量、时段长度和多次连续触发的存储要求计算存储空间的大小，确认SRAM用于Tb时段的缓存地址区间；
Tb时段内亦时刻判定是否存在连续触发启动条件的发生，若存在则Tb时段重新计时，直到无触发启动条件满足且计满Tb时段的时长为止，亦或计满Tb时段的缓存空间为止；之后结束Tb时段的存储，并记录Tb时段的结束位置指针至所述MRAM中；
S105：使所述控制电路通过RJ45与所述HMI显示实时通信，将缓存中的连续数据和触发数据传送至HMI显示电路中；
S106：HMI显示接收到连续数据和触发数据后，进行数据存储和数据文件处理，并根据数据属性进行连续数据和触发数据的显示。
采用上述技术方案，本发明能够带来以下有益效果：
本发明区别于传统故障录波存储模式，采用高频采集加扩展缓存结合工业组态屏的显示、存储、文件处理功能实现故障录波，配置灵活、价格低、体积小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明具体实施方式中一种直流电故障录波装置的模块结构图；
图2为本发明具体实施方式中一种直流电故障录波方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
在本发明的一个实施例中，提出一种直流电故障录波装置，如图1所示，包括采集电路、控制电路、HMI显示、对时电路和数据存储电路；
控制电路为ARM或DSP处理器及***电路，是为故障录波装置的核心控制部分，用以完成数据的采集、处理和通信；与采集电路连接完成模拟量和开关量即图1示遥测和遥信信息的采集，并基于判定参数进行数据的处理，以确认数据信息的存储类型即连续记录还是触发记录；通过通信总线与显示HMI通信，实现数据的显示和存储；并周期对时，以存储故障发生的实时时间点；
HMI显示为工业组态显示屏，区别于工控机的高成本和大体积，其成本低、Flash内存配置灵活，是为故障录波模块的人机交互界面，主要完成故障录波数据的显示、存储和文件处理，并可通过USB查询导出；
采集电路为模拟量和开关量即图1示遥测和遥信信息的处理电路，用于将检测信号进行隔离和运放处理，以将所测信息量转换为后续控制电路AD采集适配的电压等级；进一步的亦可以接入霍尔信号亦或变送器信号等；进一步的不采用控制电路自带的AD时，采集电路亦包含独立的AD采集芯片，通过SPI或IIC与控制电路通信，实现采集信息的获取；
对时电路包含时钟电路和对时接收电路，用于周期接收上位机的对时信号，实时校准本地时钟电路，确保本地时间与上位机***的一致性和准确性，以便记录故障发生时的时间节点；
数据存储电路包括与控制电路通信连接的MRAM和SRAM；
MRAM(非易失性磁性随机存储器)电路，主要用于保存模拟量和开关量触发记录的判定参数，如突变启动判定值和越限启动判定值；进一步的涉及触发数据占用的内存和通信发送速率的匹配，开辟存储列表，用于保存触发记录的序号、缓存起始地址指针、缓存结束地址指针、缓存发送触发记录的编号，用以控制触发数据的缓存和发送时序；所存信息掉电不丢失，并可通过HMI显示实现上述判定参数等信息的显示和修改；
SRAM(静态随机存储器)电路，基于模拟量和开关量的配置需求、采样频率需求、触发记录需求，控制电路的ARM或DSP的内部RAM无法满足缓存需求，SRAM电路通过并行接口与控制电路连接，用于扩展控制电路可用的缓存空间；基于模拟量和开关量的配置需求、采样频率需求、触发记录需求，结合通信速率进行缓存空间的划分用以实现连续数据和触发数据的缓存；
电源管理器为供电处理电路，根据***等级将供电输入变换为控制电路适配的低压电源输入，通过电源控制器实现与后备电池的自动切换和后背电池的充电管理，即电源输入正常时，后续电路由电源输入供电，并根据后备电池状态进行充电管理；电源输入异常断电时，电源控制器自动切换至后备电池供电；进一步的电源备份的目的是保证缓存中触发数据、连续数据等记录数据的完整发送，以确保故障录波信息的完整性，避免因缓存掉电导致的数据丢失；
在本实施例中，提出基于上述直流电故障录波装置的一种故障录波方法，如图2所示，包括以下步骤：
S101:基于对时接收电路和时钟电路，完成周期对时，以确保本地时间与上位机***的一致性和准确性。
S102:结合采集电路完成接入的模拟量和开关量即图1示遥测和遥信的信息采集。具体采集频率以应用场合的需求为准。
S103:基于应用场合的需求，进行触发数据Ta时段的缓存，Ta时段的时长根据需求确认，一般大于0.1s，根据模拟量和开关量的具体配置数量和时段长度计算存储空间的大小，以确认SRAM用于Ta时段的缓存地址区间。在Ta时段内实时判定是否有触发记录的启动条件满足，包含越限启动和突变启动；具体实现方式为将上述采集电路获得的信息与存储在MRAM中的越限和突变判定参数进行对比判定，以确认是否有信息达到了触发记录的启动条件，若没有启动条件满足则在Ta时段的缓存内循环覆盖存储上述信息内容；若有启动条件满足，则记录当前时间节点，并记录当前SRAM位置指针和编号到MRAM，并触发Tb时段的数据缓存。
S104:上述进入Tb时段的存储后，同理Tb时段的时长根据需求确认，一般大于3s，根据模拟量和开关量的具体配置数量、时段长度和多次连续触发的存储要求计算存储空间的大小，以确认SRAM用于Tb时段的缓存地址区间。Tb时段内亦时刻判定是否存在连续触发启动条件的发生，若存在则Tb时段重新计时，直到无触发启动条件满足且计满Tb时段的时长为止；亦或计满Tb时段的缓存空间为止，结束Tb时段的存储，并记录Tb时段的结束位置指针到MRAM中。
S105:同步的控制电路要通过RJ45与HMI显示实时通信，用以将缓存中的连续数据和触发数据传送到HMI显示电路中用以后续处理；连续数据根据应用场合需求确定传送周期，一般为小于1s/次；通过读取MRAM中存储的上次发送完成的触发数据编号与最新触发数据编号对比，判定是否存在待发送的触发数据，从而待触发数据编号并读取MRAM中对应编号位置的触发数据位置指针，包括SRAM中起始位置和结束位置指针，从而根据SRAM的位置指针获取对应存储地址的数据内容并发送到HMI显示电路中；进一步的控制电路与HMI显示电路的通信不局限于RJ45网络的形式，根据模拟量和开关量的具体配置数量和SRAM的空间大小，在确保连续存储和通信发送协调工作满足不丢失触发数据的存储要求即可，如RS485或CAN通信；进一步的SRAM的Ta、Tb时段对应的存储区间可以划分为多组，以满足通信延时与缓存空间的协调配合。
S106:HMI显示接收到连续数据和触发数据后，进行数据存储和数据文件处理，并根据数据属性进行连续数据和触发数据的显示，以便于本地排查故障；进一步的可以通过USB接口，将数据文件按照规定的格式导出，以便于后台查看和处理。HMI显示电路即工业组态显示屏的flash空间大小，根据模拟量和开关量的具体配置数量、连续数据存储时长以及触发数据的存储循环计算最小容量，以满足上述要求。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种直流电故障录波装置，其特征在于，包括采集电路、控制电路、HMI显示、对时电路和数据存储电路；
所述采集电路与所述控制电路通信连接，用于对模拟量和开关量的遥测和遥信信息的检测信号进行隔离和运放处理，将所述检测信号转化为AD采集的适配等级电压；
所述对时电路与所述控制电路通信连接，用于周期接收上位机的对时信号，时时校准本地时钟电路；
所述控制电路用于获取所述AD采集的输出信号，基于判定参数对所述遥测和遥信信息进行处理，并判断为连续记录的存储类型或触发记录的存储类型，并基于所述对时电路进行周期对时；
所述HMI显示与所述控制电路通信连接，配置有人机交互界面，用于显示故障录波的数据信息；
所述数据存储电路包括与所述控制电路通信连接的MRAM和SRAM；所述MRAM用于保存所述判定参数；所述SRAM通过并行接口与所述控制电路连接，用于扩展所述控制电路的缓存空间。
2.根据权利要求1所述的直流电故障录波装置，其特征在于：所述检测信号为霍尔信号亦或变送器信号。
3.根据权利要求2所述的直流电故障录波装置，其特征在于：所述控制电路为ARM或DSP处理器及***电路。
4.根据权利要求1所述的直流电故障录波装置，其特征在于：所述判定参数包括变启动判定值和越限启动判定值。
5.根据权利要求1所述的直流电故障录波装置，其特征在于：所述AD采集设置在所述采集电路或所述控制电路上。
6.根据权利要求1所述的直流电故障录波装置，其特征在于：所述HMI显示为工业组态显示屏。
7.根据权利要求6所述的直流电故障录波装置，其特征在于：所述HMI显示还用于所述故障录波的存储和文件处理，设置有供所述故障录波文件导出的USB接口。
8.根据权利要求1所述的直流电故障录波装置，其特征在于：所述MRAM还用于基于对所述判定参数的触发数据的占用内存和发送速率的匹配，开辟存储列表，保存所述触发记录的序号、缓存起始地址指针、缓存结束地址指针并缓存发送所依据判定参数的编号，进而用于控制所依据判定参数的缓存和发送时序。
9.根据权利要求1所述的直流电故障录波装置，其特征在于：所述故障录波装置还包括电源管理器；所述电源管理器与所述控制电路连接，用于为所述控制电路提供电源。
10.根据权利要求1-9之任一项所述的一种直流电故障录波装置的一种故障录波方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101：基于所述对时电路，对所述控制电路完成周期对时，确保所述故障录波装置的本地时间与上位机时间的一致性；
S102：基于所述采集电路完成对所述模拟量和开关量的信息采集；
S103：基于应用场合的需求，进行触发数据Ta时段的缓存，根据模拟量和开关量的配置数量和时段长度计算存储空间的大小，进而确认所述SRAM用于Ta时段的缓存地址区间；
在Ta时段内实时判定是否有触发记录的启动条件满足；所述启动条件满足包括越限启动数值满足和突变启动数值满足；将所述2)中所采集数据与存储在MRAM中的越限和突变判定参数进行对比判定，以确认是否有信息达到了触发记录的启动条件满足，若没有启动条件满足则在Ta时段的缓存内循环覆盖存储；若有启动条件满足，则记录当前时间节点，并记录当前的所述SRAM的位置指针和编号到所述MRAM，并触发Tb时段的数据缓存；
S104：进入Tb时段后，确认用于Tb时段的时长，根据模拟量和开关量的具体配置数量、时段长度和多次连续触发的存储要求计算存储空间的大小，确认SRAM用于Tb时段的缓存地址区间；
Tb时段内亦时刻判定是否存在连续触发启动条件的发生，若存在则Tb时段重新计时，直到无触发启动条件满足且计满Tb时段的时长为止，亦或计满Tb时段的缓存空间为止；之后结束Tb时段的存储，并记录Tb时段的结束位置指针至所述MRAM中；
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Cited By (1)
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| CN114915033A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-08-16 | 苏州云能魔方能源科技有限公司 | 一种基于云边协同的大型储能电站黑匣子*** |
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| 胡志坤;林勇;安庆;桂卫华;何多昌;: "电力电子装置故障录波器设计", 计算机测量与控制, no. 02, pages 3 - 5 * |
Cited By (2)
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| CN114915033A (zh) * | 2022-06-15 | 2022-08-16 | 苏州云能魔方能源科技有限公司 | 一种基于云边协同的大型储能电站黑匣子*** |
| CN114915033B (zh) * | 2022-06-15 | 2023-12-15 | 苏州云能魔方能源科技有限公司 | 一种基于云边协同的大型储能电站黑匣子*** |
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