混合光学直流测量系统就地变换器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了混合光学直流测量系统就地变换器，包括光电流换能器、电能量和通信控制信号分离电路、隔离电路、DC-DC转换电路、时钟提取模块、低电压判定模块、模拟采样模块、AD转换模块、CPLD模块及激光二极管；光电流换能器将激光转换为电能量并经电能量和通信控制信号分离电路分离后，一路输出电能经隔离电路后由DC-DC转换电路转换为本发明工作电压，一路输出通信控制信号经时钟信号提取电路处理输出时钟信号，一路输出低电压信号经低电压判定模块比较判定输出低电压标志；互感器低压侧的模拟量经模拟采样模块采样和AD转换模块转换输出数字量；CPLD模块同步AD转换和将数据经激光二极管发送。本发明功耗低、精度高、可靠性高、成本低、与现有系统无缝对接。
【专利说明】混合光学直流测量系统就地变换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种混合光学直流测量系统就地变换器。
【背景技术】
[0002]目前，很多电网公司混合光学直流测量系统的一次设备、转换装置、保护系统核心板均采用西门子的装置，其中用于进行光电转换的就地变换器0PT0DYN故障出现频率较高，导致测量偏差较大，甚至无法正常通信，影响了整个系统运行的稳定性和可靠性。随着西门子新平台及设备的推出，对于其设计生产的老旧设备原厂不再提供维护，只提供组件更换。由于该组件价格昂贵，造成了电力系统维修、维护成本激增。同时，由于缺乏后续的技术支持和设备维护，系统的安全检测和稳定运行也成为潜在的问题。针对这一现状，有必要探索并研制一种低功耗、高精度、高可靠性、低成本、与现有系统无缝对接的混合光学直流测量系统就地变换器。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种低功耗、高精度、高可靠性、低成本、与现有系统无缝对接的混合光学直流测量系统就地变换器。
[0004]本发明采用如下技术方案解决上述技术问题:
[0005]混合光学直流测量系统就地变换器，其连接互感器低压侧与地面保护装置之间，其特征在于，包括光电流换能器、电能量和通信控制信号分离电路、隔离电路、DC-DC转换电路、时钟提取模块、低电压判定模块、模拟采样模块、AD转换模块、CPLD模块及激光二极管；
[0006]光电流换能器接收地面保护装置的激光供能平台发送的激光信号及加于激光信号之上的通信控制信号并转换为电能量及加之于电能量之上的通信控制信号后输出到电能量和通信控制信号分离电路；
[0007]电能量和通信控制信号分离电路接收输入的电能量及加之于电能量之上的通信控制信号进行分离处理后分三路输出，一路输出电能到隔离电路，一路输出通信控制信号到时钟信号提取模块，一路输出低电压信号到低电压判定模块；
[0008]隔离电路，接收电能量和通信控制信号分离电路输出的电能量，将DC-DC转换电路与光电流换能器隔离，保证DC-DC转换电路输出电压不受干扰，该隔离电路输出电能量到DC-DC转换电路；
[0009]DC-DC转换电路，接收隔离电路输出的电能量，并转换为稳定的电压后分别输出到低电压判定模块、模拟采样模块、AD转换模块、CPLD模块及激光二极管，该电压作为低电压判定模块、模拟采样模块、AD转换模块、CPLD模块及激光二极管的工作电源；
[0010]时钟提取模块，接收电能量和通信控制信号分离电路输出的通信控制信号并整形处理，输出时钟信号到CPLD模块，作为CPLD模块控制AD转换数据和发送数据的同步时钟源；
[0011 ] 低电压判定模块，接收电能量和通信控制信号分离电路输出的低电压信号，并与该模块预设的低电压门槛值进行比较判定，产生低电压标志输出到CPLD模块，通过CPLD模块发送到激光二极管，由激光二极管通过光纤传送到地面保护装置，实时调整激光供能平台中的激光发射器输出的激光信号的强弱；
[0012]模拟米样模块放大、米样、处理互感器低压侧的模拟量并输出米样值到AD转换模块；
[0013]AD转换模块接收模拟采样模块输出的采样值，并转换为数字量，输出到CPLD模块；
[0014]CPLD模块接收时钟提取模块输出的时钟信号、低电压判定模块输出的低电压标志、AD转换模块输出的数字量，该时钟信号作为CPLD模块控制AD转换数据和发送数据的同步时钟，在该同步时钟驱动下，CPLD模块同步AD转换数据及将获取的数字量和低电压标志进行编码，并通过激光二极管转换为光信号后发送到地面保护装置；
[0015]激光二极管接收CPLD模块输出的编码信号并转变为光信号，通过光纤传输到地面保护装置，向地面保护装置提供互感器低压侧的运行信息，同时激光供能平台根据激光二极管反馈的低电压标志实时调整该平台中激光发射器输出的激光信号的强弱。
[0016]所述的电能量和通信控制信号分离电路由磁珠LB1、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容Cl、电容C2、二极管Dl构成，电阻Rl —端与磁珠LBl —端连接后连接光电流换能器的输出端，电阻Rl另一端与电阻R2 —端连接，电阻R2另一端接地，通信控制信号从电阻Rl与电阻R2连接处输出；磁珠LBl另一端与二极管Dl的正极连接，电能从二极管Dl的负极输出；电容Cl和电容C2并联后，一端连接二极管Dl的负极，另一端接地；电阻R3—端连接二极管Dl负极，另一端与电阻R4连接，电阻R4另一端接地，低电压信号从电阻R3和电阻R4连接处输出。
[0017]所述的DC-DC转换电路采用LTC3405A芯片。
[0018]所述的低电压判定模块预设的低电压门槛值为3.3V。
[0019]所述的模拟采样模块，包括运算放大器A、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻Rf，运算放大器A同相输入端连接参考电压，互感器低压侧输出模拟量一端与电阻Rl —端连接，电阻Rl另一端与运算放大器A的反相输入端连接；电阻R2、电阻R3、电阻Rf三者并联后，一端与运算放大器A反相输入端连接，另一端与运算放大器A输出端连接；运算放大器A输出端输出采样值。
[0020]所述的AD转换模块采用低功耗的十六位精度的ADC芯片。
[0021]所述的CPLD模块采用可编程逻辑器件XC2C128-7VQG1001。
[0022]本发明的有益效果在于:
[0023]1、该就地转换器位于混合光学直流测量系统高电位侧，它能及时、有效、精准的监控光电流换能器的输出状况并反馈给地面保护系统的激光供能平台，实时调整激光供能平台的激光发射器件输出激光的功率，使激光发射器在系统有效工作下控制于较低的输出功率状态，延长了就地变换器的光电流换能器和激光供能平台的激光发射器的使用寿命。
[0024]2、该就地转换器位于混合光学直流测量系统高电位侧，它将光电流换能器件接收到的激光能量转换为电能，为该就地转换器本身提供稳定的工作电源，实现无电源输入、无电池供能，功耗低、能量转换效率高。
[0025]3、本发明选用的AD转换器件精度可达到0.2%，满足混合光学直流测量系统的精度要求，实现与现有混合光学直流测量系统的无缝对接。
[0026]4、该就地转换器采用功耗较低的电子元器件，同时电路设计时均考虑低阻抗设计，具有低功耗的特点。
[0027]5、该就地转换器从元器件采购到生产均可控，成本较低，使系统具备可维护性，同时也压缩了维护成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明混合光学直流测量系统就地变换器的结构示意图。
[0029]图2是本发明混合光学直流测量系统就地变换器的电能量和通信控制信号分离电路电路原理图。
[0030]图3是本发明混合光学直流测量系统就地变换器的模拟采样模块电路原理图。【具体实施方式】
[0031]以下结合图1、图2、图3对本发明进行详细说明。
[0032]如图1所示，混合光学直流测量系统就地变换器，其连接互感器低压侧与地面保护装置之间，其特征在于，包括光电流换能器、电能量和通信控制信号分离电路、隔离电路、DC-DC转换电路、时钟提取模块、低电压判定模块、模拟采样模块、AD转换模块、CPLD模块及激光二极管；
[0033]光电流换能器接收地面保护装置的激光供能平台发送的激光信号及加于激光信号之上的通信控制信号并转换为电能量及加之于电能量之上的通信控制信号后输出到电能量和通信控制信号分离电路；
[0034]电能量和通信控制信号分离电路接收输入的电能量及加之于电能量之上的通信控制信号进行分离处理后分三路输出，一路输出电能到隔离电路，一路输出通信控制信号到时钟信号提取模块，一路输出低电压信号到低电压判定模块；
[0035]隔离电路，接收电能量和通信控制信号分离电路输出的电能量，将DC-DC转换电路与光电流换能器隔离，保证DC-DC转换电路输出电压不受干扰，该隔离电路输出电能量到DC-DC转换电路；
[0036]DC-DC转换电路，接收隔离电路输出的电能量，并转换为稳定的电压后分别输出到低电压判定模块、模拟采样模块、AD转换模块、CPLD模块及激光二极管，该电压作为低电压判定模块、模拟采样模块、AD转换模块、CPLD模块及激光二极管的工作电源；
[0037]时钟提取模块，接收电能量和通信控制信号分离电路输出的通信控制信号并整形处理，输出时钟信号到CPLD模块，作为CPLD模块控制AD转换数据和发送数据的同步时钟源；
[0038]低电压判定模块，接收电能量和通信控制信号分离电路输出的低电压信号，并与该模块预设的低电压门槛值进行比较判定，产生低电压标志输出到CPLD模块，通过CPLD模块发送到激光二极管，由激光二极管通过光纤传送到地面保护装置，实时调整激光供能平台中的激光发射器输出的激光信号的强弱；
[0039]模拟米样模块放大、米样、处理互感器低压侧的模拟量并输出米样值到AD转换模块；[0040]AD转换模块接收模拟采样模块输出的采样值，并转换为数字量，输出到CPLD模块；
[0041 ] CPLD模块接收时钟提取模块输出的时钟信号、低电压判定模块输出的低电压标志、AD转换模块输出的数字量，该时钟信号作为CPLD模块控制AD转换数据和发送数据的同步时钟，在该同步时钟驱动下，CPLD模块同步AD转换数据及将获取的数字量和低电压标志进行编码，并通过激光二极管转换为光信号后发送到地面保护装置；
[0042]激光二极管接收CPLD模块输出的编码信号并转变为光信号，通过光纤传输到地面保护装置，向地面保护装置提供互感器低压侧的运行信息，同时激光供能平台根据激光二极管反馈的低电压标志实时调整该平台中激光发射器输出的激光信号的强弱。
[0043]如图2所示，所述的电能量和通信控制信号分离电路由磁珠LBl、电阻Rl、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容Cl、电容C2、二极管Dl构成，电阻Rl —端与磁珠LBl —端连接后连接光电流换能器的输出端，电阻Rl另一端与电阻R2 —端连接，电阻R2另一端接地，通信控制信号从电阻Rl与电阻R2连接处输出；磁珠LBl另一端与二极管Dl的正极连接，电能从二极管Dl的负极输出；电容Cl和电容C2并联后，一端连接二极管Dl的负极，另一端接地；电阻R3 —端连接二极管Dl负极，另一端与电阻R4连接，电阻R4另一端接地，低电压信号从电阻R3和电阻R4连接处输出。
[0044]所述的DC-DC转换电路采用LTC3405A芯片。
[0045]所述的低电压判定模块预设的低电压门槛值为3.3V。
[0046]如图3所示，所述的模拟采样模块，包括运算放大器A、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻Rf，运算放大器A同相输入端连接参考电压，互感器低压侧输出模拟量一端与电阻Rl一端连接，电阻Rl另一端与运算放大器A的反相输入端连接；电阻R2、电阻R3、电阻Rf三者并联后，一端与运算放大器A反相输入端连接，另一端与运算放大器A输出端连接；运算放大器A输出端输出米样值。
[0047]所述的AD转换模块采用低功耗的十六位精度的ADC芯片。
[0048]所述的CPLD模块采用可编程逻辑器件XC2C128-7VQG1001。
[0049]CPLD模块的工作流程如下所述:
[0050]1.通过时钟提取模块提供的同步时钟源，确定一个AD转换周期的开始，控制AD转换数据，从AD转换模块数据输出端得到模数转换后的数据。
[0051]2.在同步时钟的驱动下，依据串行编码方式将AD转换模块输出的数据及低电压判定模块输出的低电压标志发送给地面保护装置。
[0052]3.周而复始顺序重复I和2。
[0053]从图1可知，本发明的能量供给来自于DC-DC，DC-DC输出电压依赖于光电流换能器的连续光能供应，而光电流换能器的连续光能供应取决于本装置与地面保护装置的激光供能平台正常通信，通信正常光能持续提供给光电流换能器，光电流换能器就能持续提供电能，反之光能消失，光电流换能器提供的光能消失，供本发明就地转换器运行的电能也就消失。
[0054]本发明的采样精确度由模拟采样模块(包括:运算放大器及电阻电路)精良的性能和参数设计来确保。从图2可知，此电路为一比例放大电路，通过电阻Rl与电阻Rf的比值确定输出采样值电压的大小。本发明通过增加与电阻Rf并联的电阻R2、电阻R3电阻精确调整输出电压，以达到要求的精度。经现场测试，本发明A/D转换精度可达到0.2%，满足混合光学直流测量系统的精度要求。
[0055]通过低电压判定模块能及时、有效、精准的判断出光电流转换器输出电压是否低于预设的3.3V门槛电压，并把判断的结果一-低电压标志反馈给激光供能平台，激光供能平台实时调整平台中的激光发射器输出的激光信号的强弱，输出给本发明的激光信号输入端——光电流转换器。及时、有效、精准的低电压信号使外部激光供能平台的激光发射器处于较低的输出功率状态，实测其实际稳定输出时电流值为230mA左右，同时延长了就地变换器的光电流换能器和激光供能平台的激光发射器的使用寿命。
[0056]使用该就地转换器的混合光学直流测量系统典型工作电流低于100mA，满足低功耗要求。
【权利要求】
1.混合光学直流测量系统就地变换器，其连接互感器低压侧与地面保护装置之间，其特征在于，包括光电流换能器、电能量和通信控制信号分离电路、隔离电路、DC-DC转换电路、时钟提取模块、低电压判定模块、模拟采样模块、AD转换模块、CPLD模块及激光二极管； 光电流换能器接收地面保护装置的激光供能平台发送的激光信号及加于激光信号之上的通信控制信号并转换为电能量及加之于电能量之上的通信控制信号后输出到电能量和通信控制信号分离电路； 电能量和通信控制信号分离电路接收输入的电能量及加之于电能量之上的通信控制信号进行分离处理后分三路输出，一路输出电能到隔离电路，一路输出通信控制信号到时钟信号提取模块，一路输出低电压信号到低电压判定模块； 隔离电路，接收电能量和通信控制信号分离电路输出的电能量，将DC-DC转换电路与光电流换能器隔离，保证DC-DC转换电路输出电压不受干扰，该隔离电路输出电能量到DC-DC转换电路； DC-DC转换电路，接收隔离电路输出的电能量，并转换为稳定的电压后分别输出到低电压判定模块、模拟采样模块、AD转换模块、CPLD模块及激光二极管，该电压作为低电压判定模块、模拟采样模块、AD转换模块、CPLD模块及激光二极管的工作电源； 时钟提取模块，接收电能量和通信控制信号分离电路输出的通信控制信号并整形处理，输出时钟信号到CPLD模块，作为CPLD模块控制AD转换数据和发送数据的同步时钟源；低电压判定模块，接收电能量和通信控制信号分离电路输出的低电压信号，并与该模块预设的低电压门槛值进行比较判定，产生低电压标志输出到CPLD模块，通过CPLD模块发送到激光二极管，由激光二极管通过光纤传送到地面保护装置，实时调整激光供能平台中的激光发射器输出的激光信号的强弱； 模拟采样模块放大、采样、处理互感器低压侧的模拟量并输出采样值到AD转换模块；AD转换模块接收模拟采样模块输出的采样值，并转换为数字量，输出到CPLD模块；CPLD模块接收时钟提取模块输出的时钟信号、低电压判定模块输出的低电压标志、AD转换模块输出的数字量，该时钟信号作为CPLD模块控制AD转换数据和发送数据的同步时钟，在该同步时钟驱动下，CPLD模块同步AD转换数据及将获取的数字量和低电压标志进行编码，并通过激光二极管转换为光信号后发送到地面保护装置； 激光二极管接收CPLD模块输出的编码信号并转变为光信号，通过光纤传输到地面保护装置，向地面保护装置提供互感器低压侧的运行信息，同时激光供能平台根据激光二极管反馈的低电压标志实时调整该平台中激光发射器输出的激光信号的强弱。
2.根据权利要求1所述的混合光学直流测量系统就地变换器，其特征在于，所述的电能量和通信控制信号分离电路由磁珠LBl、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电容Cl、电容C2、二极管Dl构成，电阻Rl —端与磁珠LBl —端连接后连接光电流换能器的输出端，电阻Rl另一端与电阻R2 —端连接，电阻R2另一端接地，通信控制信号从电阻Rl与电阻R2连接处输出；磁珠LBl另一端与二极管Dl的正极连接，电能从二极管Dl的负极输出；电容Cl和电容C2并联后，一端连接二极管Dl的负极，另一端接地；电阻R3 —端连接二极管Dl负极，另一端与电阻R4连接，电阻R4另一端接地，低电压信号从电阻R3和电阻R4连接处输出。
3.根据权利要求1所述的混合光学直流测量系统就地变换器，其特征在于，所述的DC-DC转换电路采用LTC3405A芯片。
4.根据权利要求1所述的混合光学直流测量系统就地变换器，其特征在于，所述的低电压判定模块预设的低电压门槛值为3.3V。
5.根据权利要求1所述的混合光学直流测量系统就地转换器，其特征在于，所述的模拟采样模块，包括运算放大器A、电阻Rl、电阻R2、电阻R3、电阻Rf，运算放大器A同相输入端连接参考电压，互感器低压侧输出模拟量一端与电阻Rl —端连接，电阻Rl另一端与运算放大器A的反相输入端连接；电阻R2、电阻R3、电阻Rf三者并联后，一端与运算放大器A反相输入端连接，另一端与运算放大器A输出端连接；运算放大器A输出端输出采样值。
6.根据权利要求1所述的混合光学直流测量系统就地变换器，其特征在于，所述的AD转换模块采用低功耗的十六位精度的ADC芯片。
7.根据权利要求1所述的混合光学直流测量系统就地变换器，其特征在于，所述的CPLD模块采用可编程逻辑器件XC2C128-7VQG1001。
【文档编号】H03K19/0175GK103812496SQ201410039622
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年1月27日 优先权日:2014年1月27日
【发明者】梁阳, 向前, 张 杰, 周文闻, 彭定平, 李俊, 蔡贵生, 黄康驾, 尤静, 魏志川 申请人:中国南方电网有限责任公司超高压输电公司百色局, 北京博电新力电气股份有限公司