專利名稱：一種基于dsp的高壓電源快速投切系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高壓電源快速投切領(lǐng)域，尤其是一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
發(fā)電廠中，廠用電系統(tǒng)的安全可靠關(guān)系到機(jī)組、電廠乃至整個系統(tǒng)的安全運行。廠用電系統(tǒng)的任何故障都會影響電能的正常生產(chǎn)，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致電廠出力的下降，甚至?xí)仁谷珡S停電。廠用電的可靠性在很大程度上決定著整個電廠的安全發(fā)電。而廠用電切換則是廠用電安全可靠的重要部分，發(fā)電廠中，廠用輔機(jī)通常都同時具有工作電源和備用電源，在啟動、停機(jī)、解列及工作電源故障等情況下，必須進(jìn)行廠用電切換。目前許多電廠廣泛采用了備用電源自動投入裝置。隨著機(jī)組向大型化發(fā)展，一方面廠用高壓電動機(jī)的容量增大了很多，電動機(jī)在斷電后電壓衰減緩慢，殘余電壓的幅值也很大。若此時重新接通電源，備用變壓器和電動機(jī)將有可能受到嚴(yán)重沖擊而損壞；若待殘壓衰減到一定幅值后再投入備用電源，則由于斷電時間過長，母線電壓和電動機(jī)的轉(zhuǎn)速都下降很大，將嚴(yán)重影響鍋爐運行工況，甚至被迫停機(jī)停爐。另一方面多數(shù)機(jī)組采用了機(jī)、爐、電單元集控方式，廠用電切換的安全性、可靠性對整個機(jī)組乃至整個電廠運行的安全、可靠性有著相當(dāng)重要的影響。目前正在運行使用的高壓電源快速切換裝置普遍存在硬件系統(tǒng)功能簡單；軟件系統(tǒng)開發(fā)平臺不完善；通信的標(biāo)準(zhǔn)性、多樣性、高速性、可靠性得不到保障等問題，從而導(dǎo)致了在實際中高壓電源切換事故的發(fā)生，危害了設(shè)備的安全運行，嚴(yán)重影響了正常生產(chǎn)。因此， 研究一種對高壓電源快速投切系統(tǒng)精確可靠控制的方法已經(jīng)變得至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)及其控制方法，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，是一種控制精度高、穩(wěn)定性和可靠性強(qiáng)、切換產(chǎn)生損失小的快速投切系統(tǒng)及其工作方法。本發(fā)明的技術(shù)方案一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)，包括含有斷路器的外部電網(wǎng)，其特征在于它包括電源單元、A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)量輸出單元、母線單元、 DSP主控制單元、通訊模塊、上位機(jī)和人機(jī)接口模塊；其中，所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊的輸入端采集外部電網(wǎng)的電壓、電流信號以及斷路器開關(guān)信號，其輸出端與母線單元程雙向連接； 所述電源單元、開關(guān)量輸出單元分別與母線單元呈雙向連接；所述母線單元、人機(jī)接口模塊、通訊模塊分別于DSP主控制單元呈雙向連接；所述上位機(jī)與通訊模塊呈雙向連接；所述母線單元和人機(jī)接口模塊分別與通訊模塊呈雙向連接。所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊由AD轉(zhuǎn)換芯片、運算放大器、模擬量輸入單元和開關(guān)量輸入單元構(gòu)成；所述模擬量輸入單元的輸入端采集外部電網(wǎng)的電壓、電流信號，其輸出端與運算放大器的輸入端連接；所述AD轉(zhuǎn)換芯片的輸入端與運算放大器的輸出端連接，其輸出端與母線單元；所述開關(guān)量輸入單元的輸入端采集斷路器開關(guān)信號，其輸出端與母線單元呈雙向連接。所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊采用的是AD7656BSTZ的AD轉(zhuǎn)換芯片，它是一種逐次逼近型轉(zhuǎn)換器，具有6通道16位ADC同步采樣、雙極性模擬輸入，是支持高速串行QSPI方式傳輸?shù)男酒?。所述通訊模塊是由2路RS-485串行通訊總線、2路以太網(wǎng)通訊總線以及1路CAN 現(xiàn)場總線組成；其中所述2路RS-485通信接口都是由DSP主控制單元對應(yīng)的并行輸入、串行輸出接口、3片光耦芯片和1片RS-485總線接口芯片MAX1487組成的；所述2路以太網(wǎng)通訊總線是采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議棧，應(yīng)用層支持IEC60870-5-103協(xié)議的總線；所述CAN 現(xiàn)場總線采用DSP中的FlexCAN模塊作為CAN控制器；所述上位機(jī)與DSP主控單元通過以太網(wǎng)總線呈雙向連接；所述上位機(jī)分別依RS485總線和CAN總線與母線單元和人機(jī)接口模塊呈雙向連接。所述人機(jī)接口模塊主要是由主控芯片LPC2134、IXD顯示模塊、LED單元、鍵盤和 ZLG7290驅(qū)動單元組成；所述IXD顯示模塊與ZLG7290驅(qū)動單元呈雙向連接；所述主控芯片LPC2134分別與ZLG7290驅(qū)動單元和DSP主控單元呈雙向連接；所述鍵盤的輸出端與 ZLG7290驅(qū)動單元的輸入端連接；所述LED單元的輸入端與ZLG7290驅(qū)動單元的輸出端連接。一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)的控制方法，其特征在于它包括以下步驟(1) A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊通過電流或電壓互感器將外部電網(wǎng)輸入的電壓或電流信號轉(zhuǎn)換為15 24V電壓信號，而斷路器開關(guān)狀態(tài)信號通過A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊中的開關(guān)量輸入單元采集；(2)采集到的15 MV電壓信號經(jīng)過運算放大器和逐次逼近轉(zhuǎn)換芯片AD7656轉(zhuǎn)化為DSP可接收的電壓信號，并通過RS485總線經(jīng)母線單元輸入DSP ；由開關(guān)量輸入單元采集到的斷路器開關(guān)狀態(tài)信號也通過RS485總線經(jīng)母線單元輸入DSP ；(3)上述信號經(jīng)DSP處理后通過RS485總線輸出到開關(guān)量輸出單元控制相應(yīng)斷路器動作，并將結(jié)果通過CAN總線由人機(jī)接口顯示出來；(4)復(fù)位等信號可由鍵盤輸入，經(jīng)ZLG7290驅(qū)動和主控芯片LPC2i;34輸入DSP進(jìn)行處理后由DSP輸出至開關(guān)量輸出單元控制相應(yīng)的斷路器動作。本發(fā)明的工作原理通過起隔離和強(qiáng)/弱電轉(zhuǎn)換作用的模擬量輸入單元，將電網(wǎng)輸入的電壓或電流信號經(jīng)互感器轉(zhuǎn)換為15 24V的電壓信號，此電壓信號經(jīng)過運算放大器和逐次逼近轉(zhuǎn)換芯片AD7656轉(zhuǎn)化為DSP可接收的電壓信號，通過RS485總線經(jīng)母線單元輸入DSP。開關(guān)量輸入單元將斷路器開關(guān)狀態(tài)信號采集至裝置中，采用光耦隔離通過RS485總線也經(jīng)母線單元輸入DSP。開關(guān)量輸出單元是為DSP發(fā)出命令來控制相應(yīng)的斷路器動作，從而實現(xiàn)快速投切。而人機(jī)接口板主要實現(xiàn)人機(jī)交互功能，通過CAN通訊來與DSP實現(xiàn)信息交流，可實現(xiàn)液晶顯示控制、按鍵讀取、指示燈控制等。這樣的設(shè)計將原有的弱電信號和強(qiáng)電信號實現(xiàn)隔離，避免相互間的干擾，提高了裝置的抗干擾能力，從而提高了高壓電源快速投切的穩(wěn)定性和可靠性。A/D數(shù)據(jù)采樣及轉(zhuǎn)換采用的是逐次逼近型轉(zhuǎn)換芯片AD7656，該芯片為6通道16位ADC同步采樣芯片，雙極性模擬輸入，具有很高的轉(zhuǎn)換速度，低功耗，支持高速串行QSPI方式傳輸，通過芯片內(nèi)部參數(shù)設(shè)置選擇不同通道輸入，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換輸出。通過互感器從電網(wǎng)采集到的15 24V電壓信號經(jīng)運算放大器輸入至AD7656進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。最后通過AD7656 的輸出引腳QSPIDI以高速串行QSPI方式輸入DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。AD7656數(shù)據(jù)采樣處理要通過軟件的A/D采樣中斷程序來實現(xiàn)，其過程如下①先調(diào)用函數(shù)void同時啟動3片A/D采樣芯片；②然后調(diào)用函數(shù)ini判斷A/D采樣是否完成， 如果采樣完成，則調(diào)用函數(shù)uintie將A/D采樣來的數(shù)據(jù)通過QSPI總線讀入到DSP的QSPI 緩沖區(qū)；③調(diào)用函數(shù)ini判斷QSPI總線上的數(shù)據(jù)是否已經(jīng)讀完，若讀完，則進(jìn)行一些通道的整理和數(shù)據(jù)計算；④調(diào)用串口查詢接收函數(shù)來判斷數(shù)據(jù)是否接受完成，若完成就啟動串口通信任務(wù)，申請中斷，結(jié)束轉(zhuǎn)換；否則繼續(xù)轉(zhuǎn)換。DSP數(shù)據(jù)處理主要涉及到DSP串行口的初始化和芯片內(nèi)部信號的轉(zhuǎn)換過程。初始化McBSP后，打開接收及外部中斷，DSP的控制引腳經(jīng)一譯碼器將的^位置低電平，脈沖調(diào)制CONVSTx為上升沿，被選中的ADC的跟蹤保持電路會被置為保持模式，轉(zhuǎn)換開始。在 CONVSTx信號為上升沿后，BUSY信號會變化，轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行中。在CONVSTx信號上升沿開始的3 μ S，BUSY信號會變?yōu)榈碗娖?，麗由低變高，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，這時的跟蹤保持電路回到跟蹤模式。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，進(jìn)入外部中斷處理程序，接收轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字信號，存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)空間以待進(jìn)一步處理。全部的程序可以采用C語言編程來實現(xiàn)。另外，對人機(jī)界面模塊的控制，也可以通過軟件來實現(xiàn)。主要完成人機(jī)界面各個菜單顯示、與DSP處理器的通信以及對按鍵和指示燈的控制。其中與DSP的通信在主程序進(jìn)入每個菜單顯示子程序后通過調(diào)用接收和發(fā)送函數(shù)實現(xiàn)，從而達(dá)到實時顯示的要求。主要內(nèi)容為初始化SED1335和CAN模塊；調(diào)用顯示界面處理子程序和CAN通信處理子程序。該程序的實現(xiàn)，可以通過匯編語言來實現(xiàn)，程序簡單，占用存儲空間小，運行速度快。本發(fā)明的優(yōu)越性在于①硬件裝置與計算機(jī)軟件編程相結(jié)合，硬件設(shè)計簡單，軟件編程易懂；②通過A/D采樣轉(zhuǎn)換模塊與其他模塊的配合，轉(zhuǎn)換速度快，功耗低使高壓電源快速投切精度更高，危害更小；③利用計算機(jī)高速的數(shù)據(jù)計算和數(shù)據(jù)處理能力，提高了該控制系統(tǒng)的可靠性；④采用這種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)及其控制方法，避免了其在傳統(tǒng)切換方式下的誤動作，大大提高了快速投切的成功率。


圖1為本發(fā)明所涉一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明所涉一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)中A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明所涉一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)中A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊的電路示意圖。圖4為本發(fā)明所涉一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)中通信模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明所涉一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)中人機(jī)接口模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明所涉一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)高壓電源事故串聯(lián)切換流程圖。
具體實施例方式實施例一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)(見圖1)，包括含有斷路器的外部電網(wǎng)，其特征在于它包括電源單元、A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)量輸出單元、母線單元、DSP 主控制單元、通訊模塊、上位機(jī)和人機(jī)接口模塊；其中，所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊的輸入端采集外部電網(wǎng)的電壓、電流信號以及斷路器開關(guān)信號，其輸出端與母線單元程雙向連接；所述電源單元、開關(guān)量輸出單元分別與母線單元呈雙向連接；所述母線單元、人機(jī)接口模塊、 通訊模塊分別于DSP主控制單元呈雙向連接；所述上位機(jī)與通訊模塊呈雙向連接；所述母線單元和人機(jī)接口模塊分別與通訊模塊呈雙向連接。所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊(見圖2、圖幻由AD轉(zhuǎn)換芯片、運算放大器、模擬量輸入單元和開關(guān)量輸入單元構(gòu)成；所述模擬量輸入單元的輸入端采集外部電網(wǎng)的電壓、電流信號，其輸出端與運算放大器的輸入端連接；所述AD轉(zhuǎn)換芯片的輸入端與運算放大器的輸出端連接，其輸出端與母線單元；所述開關(guān)量輸入單元的輸入端采集斷路器開關(guān)信號，其輸出端與母線單元呈雙向連接。所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊(見圖2、圖3)采用的是AD7656BSTZ的AD轉(zhuǎn)換芯片，它是一種逐次逼近型轉(zhuǎn)換器，具有6通道16位ADC同步采樣、雙極性模擬輸入，是支持高速串行QSPI方式傳輸?shù)男酒Ｋ鐾ㄓ嵞K是(見圖4)由2路RS-485串行通訊總線、2路以太網(wǎng)通訊總線以及 1路CAN現(xiàn)場總線組成；其中所述2路RS-485通信接口都是由DSP主控制單元對應(yīng)的并行輸入、串行輸出接口、3片光耦芯片和1片RS-485總線接口芯片MAX1487組成的；所述2路以太網(wǎng)通訊總線是采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議棧，應(yīng)用層支持IEC60870-5-103協(xié)議的總線；所述CAN現(xiàn)場總線采用DSP中的FlexCAN模塊作為CAN控制器；所述上位機(jī)與DSP主控單元通過以太網(wǎng)總線呈雙向連接；所述上位機(jī)分別依RS485總線和CAN總線與母線單元和人機(jī)接口模塊呈雙向連接。所述人機(jī)接口模塊(見圖幻主要是由主控芯片LPC2134、IXD顯示模塊、LED單元、鍵盤和ZLG7290驅(qū)動單元組成；所述IXD顯示模塊與ZLG7290驅(qū)動單元呈雙向連接；所述主控芯片LPC2134分別與ZLG7290驅(qū)動單元和DSP主控單元呈雙向連接；所述鍵盤的輸出端與ZLG7290驅(qū)動單元的輸入端連接；所述LED單元的輸入端與ZLG7290驅(qū)動單元的輸出端連接。一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)的控制方法(見圖6)，其特征在于它包括以下步驟(1)A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊通過電流或電壓互感器將外部電網(wǎng)輸入的電壓或電流信號轉(zhuǎn)換為15 24V電壓信號，而斷路器開關(guān)狀態(tài)信號通過A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊中的開關(guān)量輸入單元采集；(2)采集到的15 MV電壓信號經(jīng)過運算放大器和逐次逼近轉(zhuǎn)換芯片AD7656轉(zhuǎn)化為DSP可接收的電壓信號，并通過RS485總線經(jīng)母線單元輸入DSP ；由開關(guān)量輸入單元采集到的斷路器開關(guān)狀態(tài)信號也通過RS485總線經(jīng)母線單元輸入DSP ；(3)上述信號經(jīng)DSP處理后通過RS485總線輸出到開關(guān)量輸出單元控制相應(yīng)斷路器動作，并將結(jié)果通過CAN總線由人機(jī)接口顯示出來； (4)復(fù)位等信號可由鍵盤輸入，經(jīng)ZLG7290驅(qū)動和主控芯片LPC2i;34輸入DSP進(jìn)行處理后由DSP輸出至開關(guān)量輸出單元控制相應(yīng)的斷路器動作。
權(quán)利要求
1.一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)，包括含有斷路器的外部電網(wǎng)，其特征在于它包括電源單元、A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)量輸出單元、母線單元、DSP主控制單元、通訊模塊、上位機(jī)和人機(jī)接口模塊；其中，所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊的輸入端采集外部電網(wǎng)的電壓、電流信號以及斷路器開關(guān)信號，其輸出端與母線單元程雙向連接；所述電源單元、開關(guān)量輸出單元分別與母線單元呈雙向連接；所述母線單元、人機(jī)接口模塊、通訊模塊分別于 DSP主控制單元呈雙向連接；所述上位機(jī)與通訊模塊呈雙向連接；所述母線單元和人機(jī)接口模塊分別與通訊模塊呈雙向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)，其特征在于所述A/ D采樣及轉(zhuǎn)換模塊由AD轉(zhuǎn)換芯片、運算放大器、模擬量輸入單元和開關(guān)量輸入單元構(gòu)成；所述模擬量輸入單元的輸入端采集外部電網(wǎng)的電壓、電流信號，其輸出端與運算放大器的輸入端連接；所述AD轉(zhuǎn)換芯片的輸入端與運算放大器的輸出端連接，其輸出端與母線單元; 所述開關(guān)量輸入單元的輸入端采集斷路器開關(guān)信號，其輸出端與母線單元呈雙向連接。
3.所述A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊采用的是AD7656BSTZ的AD轉(zhuǎn)換芯片，它是一種逐次逼近型轉(zhuǎn)換器，具有6通道16位ADC同步采樣、雙極性模擬輸入，是支持高速串行QSPI方式傳輸?shù)男酒?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)，其特征在于所述通訊模塊是由2路RS-485串行通訊總線、2路以太網(wǎng)通訊總線以及1路CAN現(xiàn)場總線組成； 其中所述2路RS-485通信接口都是由DSP主控制單元對應(yīng)的并行輸入、串行輸出接口、3片光耦芯片和1片RS-485總線接口芯片MAX1487組成的；所述2路以太網(wǎng)通訊總線是采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議棧，應(yīng)用層支持IEC60870-5-103協(xié)議的總線；所述CAN現(xiàn)場總線采用DSP 中的FlexCAN模塊作為CAN控制器；所述上位機(jī)與DSP主控單元通過以太網(wǎng)總線呈雙向連接；所述上位機(jī)分別依RS485總線和CAN總線與母線單元和人機(jī)接口模塊呈雙向連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)，其特征在于所述人機(jī)接口模塊主要是由主控芯片LPC2134、IXD顯示模塊、LED單元、鍵盤和ZLG7290驅(qū)動單元組成；所述IXD顯示模塊與ZLG7290驅(qū)動單元呈雙向連接；所述主控芯片LPC2134分別與 ZLG7290驅(qū)動單元和DSP主控單元呈雙向連接；所述鍵盤的輸出端與ZLG7290驅(qū)動單元的輸入端連接；所述LED單元的輸入端與ZLG7290驅(qū)動單元的輸出端連接。
6.一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)的控制方法，其特征在于它包括以下步驟(1)A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊通過電流或電壓互感器將外部電網(wǎng)輸入的電壓或電流信號轉(zhuǎn)換為15 24V電壓信號，而斷路器開關(guān)狀態(tài)信號通過A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊中的開關(guān)量輸入單元采集；(2)采集到的15 MV電壓信號經(jīng)過運算放大器和逐次逼近轉(zhuǎn)換芯片AD7656轉(zhuǎn)化為 DSP可接收的電壓信號，并通過RS485總線經(jīng)母線單元輸入DSP ；由開關(guān)量輸入單元采集到的斷路器開關(guān)狀態(tài)信號也通過RS485總線經(jīng)母線單元輸入DSP ；(3)上述信號經(jīng)DSP處理后通過RS485總線輸出到開關(guān)量輸出單元控制相應(yīng)斷路器動作，并將結(jié)果通過CAN總線由人機(jī)接口顯示出來；(4)復(fù)位等信號可由鍵盤輸入，經(jīng)ZLG7290驅(qū)動和主控芯片LPC2134輸入DSP進(jìn)行處理后由DSP輸出至開關(guān)量輸出單元控制相應(yīng)的斷路器動作。
全文摘要
一種基于DSP的高壓電源快速投切系統(tǒng)，它包括電源單元、A/D采樣及轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)量輸出單元、母線單元、DSP主控制單元、通訊模塊、上位機(jī)和人機(jī)接口模塊；其控制方法為信號采集、信號處理、信號傳送、斷路器動作；其優(yōu)越性在于①硬件設(shè)計簡單，軟件編程易懂；②轉(zhuǎn)換速度快，快速投切精度更高，危害更?。虎厶岣吡嗽摽刂葡到y(tǒng)的可靠性；④提高了快速投切的成功率。
文檔編號H02J13/00GK102299564SQ20111026594
公開日2011年12月28日 申請日期2011年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月8日
發(fā)明者周金程, 周雪松, 崔立強(qiáng), 楊亞光, 馬幼捷 申請人:天津理工大學(xué)