專利名稱：一種基于risc芯片的變壓器運(yùn)行控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于RISC(Reduced Instruction Set Computer——簡指令集計算機(jī))芯片的變壓器運(yùn)行控制系統(tǒng)。
(二)
背景技術(shù)：
國內(nèi)的供電能力和用電量都有了飛速的發(fā)展。電力系統(tǒng)內(nèi)電能的損耗和停電對國 民經(jīng)濟(jì)帶來的損失越來越被大家所關(guān)注。 一般來說，從發(fā)電、供電一直到用電需要經(jīng)過3 5次變壓過程，因此變壓器不僅總臺數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過發(fā)電機(jī)的總臺數(shù)，而且運(yùn)行中的總?cè)萘恳策h(yuǎn) 遠(yuǎn)超過發(fā)電機(jī)的總?cè)萘?。變壓器在變壓和傳遞功率的過程中，自身要產(chǎn)生有功功率損耗和 無功功率損耗。由于變壓器的總臺數(shù)多、總?cè)萘看螅陔娏ο到y(tǒng)中的各種電氣設(shè)備(包括發(fā) 電機(jī)、變壓器、電力線路、電動機(jī)等)中，變壓器總的電能損耗已占發(fā)電量的10%左右，約占 電力系統(tǒng)線損的50%左右，而在農(nóng)電系統(tǒng)中要占到60 70% 。這對于全國來說，意味著全 年變壓器總的經(jīng)濟(jì)損耗為1000多億kWh，相當(dāng)于一個較大電力系統(tǒng)的發(fā)電量。因此，設(shè)法降 低變壓器電能損耗，已成為變壓器制造廠商和發(fā)、供、用電部門共同關(guān)注的問題。我國是一 個能源消耗大國，也是一個經(jīng)濟(jì)快速增長的國家，節(jié)約電能和確保供電的可靠性就顯得很 有必要。因此，對變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制與備自投裝置的設(shè)計與研究具有一定的理論價值和 很強(qiáng)的實(shí)用價值。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于發(fā)明一種基于RISC芯片的變壓器運(yùn)行控制系統(tǒng)，它可以克服 現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種測量精確、動作快速準(zhǔn)確、通信可靠、實(shí)用性強(qiáng)、性價比高的變壓器 運(yùn)行控制系統(tǒng)。 本發(fā)明的技術(shù)方案一種基于RISC芯片的變壓器運(yùn)行控制系統(tǒng)，包括電壓互感器 和電流互感器，其特征在于它是由CPU單元、信號交換板、電源單元、模擬量輸入單元、開關(guān) 量輸入單元、開關(guān)量輸出單元、通訊單元和鍵盤/顯示單元構(gòu)成；其中，所說的CPU單元與信 號交換板、通訊單元和鍵盤/顯示單元成雙向連接；所說的信號交換板的輸入端與電源單 元、模擬量輸入單元、開關(guān)量輸入單元的輸出端連接，其輸出端與開關(guān)量輸出單元的輸入端 連接，由開關(guān)量輸出單元輸出繼電器出口信號；所說的電源單元由220V交流電供電；所說 的模擬量輸入單元的輸入端連接采集電壓互感器和電流互感器，采集交流電壓信號和交流 電流信號；所說的開關(guān)量輸入單元采集開關(guān)量輸入信號。 上述所說的模擬量輸入單元由電壓、電流交流采樣前端電路、二次電壓電流互感 器、濾波電路、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換器組成；交流采樣前端電路將采集的電壓、電流信號，經(jīng) 過二次電壓電流互感器后變換為小電壓量，小電壓量在經(jīng)濾波電路和放大電路后，變換A/D 轉(zhuǎn)換器可以接受的電壓范圍。 上述所說的濾波電路采用二階低通有源濾波器。 上述所說的電壓、電流交流采樣前端電路由輸入限幅保護(hù)模塊、互感器相移補(bǔ)償
3及阻容濾波電路及濾波、放大電路組成；其中，由電壓互感器T201構(gòu)成輸入限幅保護(hù)模塊； 由電感L201、電容C202構(gòu)成互感器相移補(bǔ)償及阻容濾波電路；所說的濾波、放大電路由電 阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7及電容Cl和芯片MAX4472構(gòu)成； 其連接為常規(guī)連接。 上述所說的CPU單元包括32位RISC微處理器MCF5282、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、保持隔離 及電平轉(zhuǎn)換的E2PROM芯片、時鐘芯片B匿調(diào)試接口 、晶振及復(fù)位模塊PHY芯片、網(wǎng)口 CAN收 發(fā)器、RS232收發(fā)器、RS485收發(fā)器、隔離及網(wǎng)口 、 LCD、 LED及KEY接口 、三端穩(wěn)壓、16路模擬 信號和24路開入信號。 上述所說的RISC微處理器包括ColdFire V2內(nèi)核處理器內(nèi)核、調(diào)試模塊、片內(nèi) 存儲器、電源管理、快速以太網(wǎng)控制器、FlexCANFlexCAN模塊，UARTMCF5282、 I2CI2C總線、 QSPI隊列串行外圍接口模塊、QADCQADC轉(zhuǎn)換器、周期中斷定時器、軟件看門狗定時器、鎖相 環(huán)時鐘模塊、中斷控制器MCF5282、 DMA控制器、GPIO與外部總線。 本發(fā)明的工作原理電力系統(tǒng)的各路電壓、電流信號和反映變壓器狀態(tài)的開關(guān)量 信號分別通過模擬量輸入插件和開關(guān)量輸入插件進(jìn)行濾波及轉(zhuǎn)換、隔離，變換為適合CPU 處理的信號，再經(jīng)過CPU的計算和處理，通過開關(guān)量輸出插件中的出口繼電器來控制變壓 器的投切。從裝置外輸入的模擬信號(三相電壓、三相電流等)經(jīng)過電壓/電流變換(TV/ TA)、抗干擾處理、低通濾波、多路開關(guān)、采樣保持和A/D轉(zhuǎn)換之后，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號進(jìn)入CPU 進(jìn)行處理。其中，電壓/電流變換(TV/TA)、抗干擾處理、低通濾波在模擬量輸入插件中完 成，多路開關(guān)、采樣保持和A/D轉(zhuǎn)換在CPU插件中完成。 本發(fā)明的優(yōu)越性在于①利用高性能數(shù)字信號處理芯片實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)動作的控 制，很大程度上提高了繼電保護(hù)動作的可靠性和快速性；②克服了可編程邏輯控制技術(shù)及 普通單片機(jī)芯片技術(shù)處理速度限制而引起的控制滯后、動作不及時的缺陷，使整個控制系 統(tǒng)具有很好的調(diào)節(jié)性能和可靠性；③降低了因繼電保護(hù)得誤動或拒動帶來的停產(chǎn)等事故的 概率，進(jìn)而增強(qiáng)了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
(四)


圖1為本發(fā)明所涉一種基于RISC芯片的變壓器運(yùn)行控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。 圖2為本發(fā)明所涉一種基于RISC芯片的變壓器運(yùn)行控制系統(tǒng)的電壓、電流交流采
樣前端電路。(其中2-a為電壓采樣前端電路，圖2-b為電流采樣前端電路) 圖3為本發(fā)明所涉一種基于RISC芯片的變壓器運(yùn)行控制系統(tǒng)中的CPU單元的結(jié)
構(gòu)示意圖。
(五)
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一種基于RISC芯片的變壓器運(yùn)行控制系統(tǒng)(見圖1)，包括電壓互感器和 電流互感器，其特征在于它是由CPU單元、信號交換板、電源單元、模擬量輸入單元、開關(guān)量 輸入單元、開關(guān)量輸出單元、通訊單元和鍵盤/顯示單元構(gòu)成；其中，所說的CPU單元與信號 交換板、通訊單元和鍵盤/顯示單元成雙向連接；所說的信號交換板的輸入端與電源單元、 模擬量輸入單元、開關(guān)量輸入單元的輸出端連接，其輸出端與開關(guān)量輸出單元的輸入端連 接，由開關(guān)量輸出單元輸出繼電器出口信號；所說的電源單元由220V交流電供電；所說的
4模擬量輸入單元的輸入端連接采集電壓互感器和電流互感器，采集交流電壓信號和交流電 流信號；所說的開關(guān)量輸入單元采集開關(guān)量輸入信號。 上述所說的模擬量輸入單元由電壓、電流交流采樣前端電路、二次電壓電流互感 器、濾波電路、放大電路和A/D轉(zhuǎn)換器組成；交流采樣前端電路將采集的電壓、電流信號，經(jīng) 過二次電壓電流互感器后變換為小電壓量，小電壓量在經(jīng)濾波電路和放大電路后，變換A/D 轉(zhuǎn)換器可以接受的電壓范圍。 上述所說的濾波電路采用二階低通有源濾波器。 上述所說的電壓、電流交流采樣前端電路(見圖2-a、圖2-b)由輸入限幅保護(hù)模 塊、互感器相移補(bǔ)償及阻容濾波電路及濾波、放大電路組成；其中，由電壓互感器T201構(gòu)成 輸入限幅保護(hù)模塊；由電感L201、電容C202構(gòu)成互感器相移補(bǔ)償及阻容濾波電路；所說的 濾波、放大電路由電阻Rl、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7及電容Cl和 芯片MAX4472構(gòu)成；其連接為常規(guī)連接。 上述所說的CPU單元(見圖3)包括32位RISC微處理器MCF5282、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、 保持隔離及電平轉(zhuǎn)換的E2PROM芯片、時鐘芯片B匿調(diào)試接口 、晶振及復(fù)位模塊PHY芯片、網(wǎng) 口 CAN收發(fā)器、RS232收發(fā)器、RS485收發(fā)器、隔離及網(wǎng)口 、 LCD、 LED及KEY接口 、三端穩(wěn)壓、 16路模擬信號和24路開入信號。 上述所說的RISC微處理器包括ColdFire V2內(nèi)核處理器內(nèi)核、調(diào)試模塊、片內(nèi) 存儲器、電源管理、快速以太網(wǎng)控制器、FlexCANFlexCAN模塊，UARTMCF5282、 I2CI2C總線、 QSPI隊列串行外圍接口模塊、QADCQADC轉(zhuǎn)換器、周期中斷定時器、軟件看門狗定時器、鎖相 環(huán)時鐘模塊、中斷控制器MCF5282、 DMA控制器、GPIO與外部總線。
權(quán)利要求
一種基于RISC芯片的變壓器運(yùn)行控制系統(tǒng)，包括電壓互感器和電流互感器，其特征在于它是由CPU單元、信號交換板、電源單元、模擬量輸入單元、開關(guān)量輸入單元、開關(guān)量輸出單元、通訊單元和鍵盤/顯示單元構(gòu)成；其中，所說的CPU單元與信號交換板、通訊單元和鍵盤/顯示單元成雙向連接；所說的信號交換板的輸入端與電源單元、模擬量輸入單元、開關(guān)量輸入單元的輸出端連接，其輸出端與開關(guān)量輸出單元的輸入端連接，由開關(guān)量輸出單元輸出繼電器出口信號；所說的電源單元由220V交流電供電；所說的模擬量輸入單元的輸入端連接采集電壓互感器和電流互感器，采集交流電壓信號和交流電流信號；所說的開關(guān)量輸入單元采集開關(guān)量輸入信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l中所述一種基于RISC芯片的變壓器運(yùn)行控制系統(tǒng)，其特征在于所說的模擬量輸入單元由電壓、電流交流采樣前端電路、二次電壓電流互感器、濾波電路、放大 電路和A/D轉(zhuǎn)換器組成；交流采樣前端電路將采集的電壓、電流信號，經(jīng)過二次電壓電流互 感器后變換為小電壓量，小電壓量在經(jīng)濾波電路和放大電路后，變換A/D轉(zhuǎn)換器可以接受 的電壓范圍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2中所述一種基于RISC芯片的變壓器運(yùn)行控制系統(tǒng)，其特征在于所說 的濾波電路采用二階低通有源濾波器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于RISC芯片的變壓器運(yùn)行控制系統(tǒng)，其特征在于所 說的CPU單元包括32位RISC微處理器MCF5282、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、保持隔離及電平轉(zhuǎn)換的 E2PR0M芯片、時鐘芯片B匿調(diào)試接口 、晶振及復(fù)位模塊PHY芯片、網(wǎng)口 CAN收發(fā)器、RS232收 發(fā)器、RS485收發(fā)器、隔離及網(wǎng)口 、LCD、LED及KEY接口 、三端穩(wěn)壓、16路模擬信號和24路開 入信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l中所述一種基于RISC芯片的變壓器運(yùn)行控制系統(tǒng)，其特征在于所說 的RISC微處理器包括ColdFire V2內(nèi)核處理器內(nèi)核、調(diào)試模塊、片內(nèi)存儲器、電源管理、快 速以太網(wǎng)控制器、FlexCANFlexCAN模塊，UARTMCF5282、 I2CI2C總線、QSPI隊列串行外圍接 口模塊、QADCQADC轉(zhuǎn)換器、周期中斷定時器、軟件看門狗定時器、鎖相環(huán)時鐘模塊、中斷控制 器MCF5282、 DMA控制器、GPIO與外部總線。
全文摘要
一種基于RISC芯片的變壓器運(yùn)行控制系統(tǒng)，它是由CPU單元、信號交換板、電源單元、模擬量輸入單元、開關(guān)量輸入單元、開關(guān)量輸出單元、通訊單元和鍵盤/顯示單元構(gòu)成；其優(yōu)越性在于①提高了繼電保護(hù)動作的可靠性和快速性；②整個控制系統(tǒng)具有很好的調(diào)節(jié)性能和可靠性；③降低了因繼電保護(hù)得誤動或拒動帶來的停產(chǎn)等事故的概率，進(jìn)而增強(qiáng)了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。
文檔編號H02P13/00GK101707469SQ200910228070
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者劉欣, 周宣征, 周雪松, 朱毅然, 谷海青, 馬幼捷 申請人:天津理工大學(xué)