專利名稱：電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)與控制裝置。
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)電能質(zhì)量要求的提高已日趨重要。電力市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)逐漸形成電能質(zhì)量的監(jiān)測(cè)和控制將成為新的焦點(diǎn)。
從專利文獻(xiàn)中檢索到相近的無功功率控制器，可以進(jìn)行簡(jiǎn)單的監(jiān)測(cè)控制，但都存在以下幾個(gè)方面的問題1、從測(cè)量方面看過去都是在正弦波假定情況下，通常只能測(cè)量電壓、電流的峰值，有效值，一些有功、無功分量。無法實(shí)時(shí)測(cè)量電壓電流的諧波，尤其是各次諧波分量，電壓的閃變。從高電能質(zhì)量的要求和電容器對(duì)諧波的敏感現(xiàn)實(shí)，不進(jìn)行諧波分量的監(jiān)測(cè)，是不能滿足電能用戶質(zhì)量要求的。
2、從分時(shí)控制方面看眾多控制器沒有提出實(shí)現(xiàn)分時(shí)控制，隨著電力經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力市場(chǎng)的形成，電能的峰、谷分時(shí)計(jì)價(jià)已經(jīng)實(shí)行，無功補(bǔ)償及相關(guān)的峰谷要求也已形成，如何實(shí)現(xiàn)分時(shí)控制已擺在面前。
3、從控制值、故障值的存儲(chǔ)方面看沒有一個(gè)控制器提出對(duì)控制的設(shè)置值和故障時(shí)的故障值、故障時(shí)間。這樣當(dāng)出現(xiàn)問題時(shí)，制造方、使用方和電能職管部門之間往往責(zé)任不清，導(dǎo)致小故障之后少用，以致產(chǎn)生不用情況。
4、從通訊方面看大多沒有通訊功能，有的也是無法與別人交流信息，采用國(guó)際通用IEEE1159．3、IEC61000-4-30電能質(zhì)量數(shù)據(jù)交換路式，是對(duì)電力部門開放性信息交換的主要方式，以便盡早與國(guó)際接軌的工作。
本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)出一種能解決上述諸問題的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制器。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是1)所需測(cè)量的電壓、電流信號(hào)經(jīng)模擬信號(hào)處理模塊的接口與數(shù)字信號(hào)處理芯片相連；2)帶鋰電池的時(shí)鐘／存儲(chǔ)芯片與數(shù)字信號(hào)處理芯片相連；3)兩片程序／數(shù)據(jù)芯片組成的程序／數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與數(shù)字信號(hào)處理芯片相連；4)串行通信接口電路經(jīng)接口與數(shù)字信號(hào)處理芯片相連；5)鍵盤接口電路經(jīng)接口與數(shù)字信號(hào)處理芯片相連；6)液晶顯示器經(jīng)接口與數(shù)字信號(hào)處理芯片相連；7)輸出驅(qū)動(dòng)模塊經(jīng)接口與數(shù)字信號(hào)處理芯片相連。


圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型的線路原理圖。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
如圖1、圖2所示1)所需測(cè)量的電壓、電流信號(hào)(通常是3路電壓、3路電流、也有6路電壓或更多路)經(jīng)隔離、放大處理，通過模擬信號(hào)處理模塊1的接口U1與數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS320F240IC1的ADCIN2～15，外部中斷信號(hào)、延時(shí)等待信號(hào)分別接IC1的XINT1和READY；2)帶鋰電池的時(shí)鐘／存儲(chǔ)芯片DS12887IC2的數(shù)據(jù)／地址線AD0～7與數(shù)字信號(hào)處理芯片IC1的數(shù)據(jù)總線D0～7相連，IC2的DS、R／W腳與IC1的R／W、W／R相連，IC2的CS由IC1的AD13～15選通經(jīng)片選芯片IC10的Y5與IC2的CS相連，IC2的中斷信號(hào)IRO與IC1的XINT3／10相連；3)兩片程序／數(shù)據(jù)芯片IC3、IC4組成的程序／數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器UM61C1024-15的數(shù)據(jù)總線D0～7分別與數(shù)字信號(hào)處理芯片IC1的D0～15相連，IC3、IC4的A0～15與IC1的A0～15相連，IC3、IC4的CE與片選芯片IC5的Y2相連；IC3、IC4的OE、WE與IC1的RD、WE相連；4)串行通信電路ICL232或1488或1489IC5經(jīng)接口U2與數(shù)字信號(hào)處理芯片IC1的TXD、RXD相連；5)鍵盤接口電路2經(jīng)接口U3與數(shù)字信號(hào)處理芯片IC1的K1～9相連；6)液晶顯示器DGM-24064 3經(jīng)接口U4的D0～7與數(shù)字信號(hào)處理芯片IC1的D0～7相連，LCDC／D與IC1的AD12相連，LCDCE與片選芯片IC5的Y6相連，VO液晶顯示器背光電源與電源相連，RD、WE分別與IC1的RD、WE相連；7)數(shù)字信號(hào)處理芯片[IC1]通過緩沖器芯片74HC244IC11和驅(qū)動(dòng)芯片74HC174IC12、IC13經(jīng)由輸出驅(qū)動(dòng)接口U5與輸出驅(qū)動(dòng)模塊4相連，IC1的D0～7與IC111A1～4、2A1～4相連，IC11的1Y1～4、2Y1～4與IC12、IC13的D1～6相連，IC12、IC13的Q1～6分別與U5的J1A～J12A相連(圖2中僅表示J1A～J10A)。
實(shí)施例一、操作運(yùn)行過程1、安裝好之后，投入運(yùn)行(上電)時(shí)，控制器液晶面板顯示“歡迎使用”界面；2、等待3秒后，進(jìn)入“操作提示”界面，可進(jìn)入?yún)?shù)整定狀態(tài)、手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)和自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。如果上述提示過程中，用戶沒有作出選擇，7秒后進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)；3、進(jìn)入正式運(yùn)行狀態(tài)(手動(dòng)或自動(dòng))后，液晶顯示器顯示“運(yùn)行界面”提供電網(wǎng)電壓、頻率、電流和功率因數(shù)狀態(tài)(某相電壓／電流或某線電壓／電流)顯示器右上角提示運(yùn)行狀態(tài)。也可提供其它運(yùn)行界面和事故界面；4、本控制器具有以下實(shí)時(shí)測(cè)量功能1)電網(wǎng)的頻率與偏差；2)三相電壓／電流的幅值、相位；3)電壓的波動(dòng)與閃變；4)電壓的畸變，諧波和頻譜(30次以下各次)；5)三相電壓的不平衡度；6)功率因數(shù)和功率。
5、本控制器還具有以下功能1)通信功能，對(duì)上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊遂波式、3秒平均式一定測(cè)量間隔數(shù)據(jù)傳輸；2)數(shù)據(jù)管理功能，對(duì)部分測(cè)量結(jié)果存儲(chǔ)調(diào)用、分析、統(tǒng)計(jì)、合并或連接；3)圖形輸出功能，通過所帶的液晶顯示器顯示一些變化曲線、波形和頻譜；4)操作功能，按予先設(shè)定的需要，投切控制器控制的電容器組或?yàn)V波器組進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓β室驍?shù)補(bǔ)償式諧波的消除。
二、功率因數(shù)改善和諧波濾除實(shí)施例如我們?cè)O(shè)定COSφ＜0．9投入電容器補(bǔ)償(可設(shè)置)，COSφ＞0．98切出電容器補(bǔ)償(可設(shè)置)，線電壓U1＞1．1 U1=420V停止投入，U1＞1．2U1=460V快速切除電容器，三次諧波電流大于某值(可設(shè)置)投入三次濾波支路，五次諧波電流大于某值(可設(shè)置)投入五次濾波支路。
按規(guī)定要求接好控制器，設(shè)定顯示電網(wǎng)電壓，電流，功率因數(shù)，三、五次諧波電流值被測(cè)電壓，電流通過模擬信號(hào)處理模塊1，經(jīng)U1口送至IC1，進(jìn)行A／D變換、測(cè)量、計(jì)算，經(jīng)U4口送至液晶顯示器將值顯示，按鍵盤，選擇合適的運(yùn)行界面。
當(dāng)測(cè)得當(dāng)時(shí)功率因數(shù)COSφ＜0．9(或某設(shè)定值)時(shí)，IC1發(fā)出指令，通過U5口對(duì)J1A～J8A分別上電，接通補(bǔ)償電容器組，直到達(dá)到為止。為了最充分利用設(shè)備，采取循環(huán)投切原則，即先投入者，滿足要求后先切除。
若測(cè)得諧波電流超過要求時(shí)，分別發(fā)出指令通過U5口對(duì)J9A(3次濾波支路)或J10A(5次濾波支路)投入，以減少諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。(也可其它各種設(shè)定)三、分時(shí)控制原則因?yàn)檎麄€(gè)電網(wǎng)在峰值(7～11時(shí)和18～22時(shí))的負(fù)荷與功率因數(shù)補(bǔ)償與谷值時(shí)是不一樣的，為此我們?cè)O(shè)定分時(shí)控制原則。譬如峰值時(shí)，COSφ＜0．94投，COSφ＞0．98切，而谷值時(shí)COSφ＜0．9投，COSφ＞0．94切，這樣一來會(huì)使整個(gè)電網(wǎng)無功潮流更趨合理，電網(wǎng)電壓分布更趨平衡。
當(dāng)IC2時(shí)鐘發(fā)出一條時(shí)間指令，通過IRO口給IC1使得IC1能按設(shè)定要求，分時(shí)控制功率因數(shù)于合理值。
四、掉電記錄功能電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制器在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)遇到各種干擾影響，造成程序泡飛，或者失電之后造成設(shè)置值丟失。本控制器除了軟、硬件看門狗和電源管理器外，對(duì)重要的值，如參數(shù)設(shè)置值，故障值，都予以存放帶有鋰電池的時(shí)鐘／存儲(chǔ)芯片中，一旦失電，重新啟動(dòng)(RASET)存儲(chǔ)值調(diào)用出來即可使用。
這樣時(shí)鐘，存儲(chǔ)值不需每次重新運(yùn)行而再次設(shè)置，方便，準(zhǔn)確，可靠。
更重要的是當(dāng)控制器手動(dòng)投入時(shí)，會(huì)因?yàn)檫^電壓，諧波電流過大或者其它不準(zhǔn)確使用，IC1也會(huì)將這種投切的不準(zhǔn)確性質(zhì)、時(shí)間予以記錄并保存下來，為今后分析電容器、濾波器事故提供依據(jù)，這正如飛行器中的黑盒子原理一樣，為今后事故分析提供絕有力的證據(jù)。
五、通訊功能本控制器除了特別約定的串行通訊功能之外，還可以按照標(biāo)準(zhǔn)的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)交換格式(IEEE1159．3或IEC61000-4-30)能在不同界面和網(wǎng)絡(luò)中方便利用本控制器傳遞各種數(shù)據(jù)，方便使用。
六、分相控制對(duì)三相不平衡負(fù)截用戶或需要分相進(jìn)行補(bǔ)償無功和濾除諧波的用戶，本控制器利用IC11和IC12、IC13等適當(dāng)接線，增加輸出支路，即可方便進(jìn)行分相控制。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1)對(duì)所有信息、數(shù)據(jù)能采用液晶屏進(jìn)行中文顯示，人機(jī)界面良好；2)能根據(jù)用戶要求進(jìn)行分相控制，分相投切，滿足用戶要求，減少三相不平衡度；3)各種參數(shù)能進(jìn)行設(shè)置，對(duì)過電壓、過電流還能采取反時(shí)限保護(hù)或分時(shí)段加速保護(hù)；4)能自動(dòng)檢測(cè)電流方向；5)能對(duì)電容器柜和濾波器支路進(jìn)行過流、過壓、振蕩、諧波超標(biāo)保護(hù)及輸出回路不正常的自動(dòng)切除等。
本實(shí)用新型對(duì)城市電網(wǎng)和農(nóng)村電網(wǎng)的改造有推廣使用價(jià)值。
權(quán)利要求1．電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制器，其特征在于1)所需測(cè)量的電壓、電流信號(hào)送入模擬信號(hào)處理模塊[1]經(jīng)接口[U1]與數(shù)字信號(hào)處理芯片[IC1]相連；2)帶鋰電池的時(shí)鐘／存儲(chǔ)芯片[IC2]與數(shù)字信號(hào)處理芯片[IC1]相連；3)兩片程序／數(shù)據(jù)芯片[IC3]、[IC4]組成的程序／數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與數(shù)字信號(hào)處理芯片[IC1]相連；4)串行通信電路[IC5]經(jīng)接口[U2]與數(shù)字信號(hào)處理芯片[IC1]相連；5)鍵盤接口電路[2]經(jīng)接口[U3]與數(shù)字信號(hào)處理芯片[IC1]相連；6)液晶顯示器[3]經(jīng)接口[U4]與數(shù)字信號(hào)處理芯片[IC1]相連；7)輸出驅(qū)動(dòng)模塊[4]經(jīng)接口[U5]與數(shù)字信號(hào)處理芯片[IC1]相連。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制器，其特征在于1)所需測(cè)量的電壓、電流信號(hào)經(jīng)隔離、放大處理，通過模擬信號(hào)處理模塊[1]的接口[U1]與數(shù)字信號(hào)處理芯片TMS320F240[IC1]的ADCIN2～15，外部中斷信號(hào)、延時(shí)等待信號(hào)分別接[IC1]的XINT1和READY；2)帶鋰電池的時(shí)鐘／存儲(chǔ)芯片DS12887[IC2]的數(shù)據(jù)／地址線AD0～7與數(shù)字信號(hào)處理芯片[IC1]的數(shù)據(jù)總線D0～7相連，[IC2]的DS、R／W與[IC1]的R／W、W／R相連，[IC2]的CS由[IC1]的AD13～15選通經(jīng)片選芯片[IC10]的Y5與[IC2]的CS相連，[IC2]的中斷信號(hào)IRO與[IC1]的XINT3／IO相連；3)兩片程序／數(shù)據(jù)芯片[IC3]、[IC4]組成的程序／數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器UM61C1024-15的數(shù)據(jù)總線D0～7分別與數(shù)字信號(hào)處理芯片[IC1]的D0～15相連，[IC3]、[IC4]的A0～15與[IC1]的A0～15相連，[IC3]、[IC4]的CE與片選芯片[IC5]的Y2相連；[IC3]、[IC4]的OE、WE與[IC1]的RD、WE相連；4)串行通信電路ICL232或1488或1489[IC5]經(jīng)接口[U2]與數(shù)字信號(hào)處理芯片[IC1]的TXD、RXD相連；5)鍵盤接口電路[2]經(jīng)接口[U3]與數(shù)字信號(hào)處理芯片[IC1]的K1～9相連；6)液晶顯示器DGM-24064[3]經(jīng)接口[U4]的D0～7與數(shù)字信號(hào)處理芯片[IC1]的D0～7相連，LCDC／D與[IC1]的AD12相連，LCDCE與片選芯片[IC5]的Y6相連，V0液晶顯示器背光電源與電源相連，RD、WE分別與[IC1]的RD、WE相連；7)數(shù)字信號(hào)處理芯片[IC1]通過緩沖器芯片74HC244[IC11]和驅(qū)動(dòng)芯片74HC174[IC12]、[IC13]經(jīng)由輸出驅(qū)動(dòng)接口[U5]與輸出驅(qū)動(dòng)模塊[4]相連，[IC1]的D0～7與[IC11]1A1～4、2A1～4相連，IC11的1Y1～4、2Y1～4與[IC12]、[IC13]的D1～6相連，[IC12]、[IC13]的Q1～6分別與U5的J1A～J12A相連。
專利摘要電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)控制器,包括模擬信號(hào)處理模塊,時(shí)鐘/存儲(chǔ)芯片,兩片程序/數(shù)據(jù)芯片組成的程序/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,串行通信電路,輸出驅(qū)動(dòng)模塊,鍵盤接口電路和液晶顯示器分別與數(shù)字信號(hào)處理芯片相連。對(duì)所有信息、數(shù)據(jù)能采用液晶屏進(jìn)行中文顯示,人機(jī)界面良好;能根據(jù)用戶要求進(jìn)行分相控制,分相投切,減少三相不平衡度;各種參數(shù)能進(jìn)行設(shè)置,對(duì)過電壓、過電流還能采取反時(shí)限保護(hù)或分時(shí)段加速保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。它對(duì)城市和農(nóng)村電網(wǎng)的改造有推廣使用價(jià)值。
文檔編號(hào)H02J3/01GK2429948SQ0024170
公開日2001年5月9日 申請(qǐng)日期2000年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月1日
發(fā)明者吳為麟 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)