针对传统的继电保护装置成本高、采集精度不高、测量数据不全，测量电能精度低的问题，本发明专利技术提供一种基于SOC芯片内部12位AD的继电保护装置，其技术方案是：将电网频率存储至CPU模块内，CPU模块读取频率值，并控制AD模块本周期采集数据的采集频率与电网上一个周期的频率一致，AD模块中的ADC端口工作在多回路采集方式下。采用脉冲计数法累计电能，以时间10ms为统计周期，累计结果分成两个整数存储至RAM内，一个整数存储脉冲数值，一个整数存储整数电度。本发明专利技术简化硬件电路，在有测量CT情况下，可提供有功功率、无功功率、视在功率、功率因素、四象限电能的测量值，且电能精度可达到0.5S级。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及继电保护装置，尤其是一种基于SOC芯片内部12位AD的继电保护装置。
技术介绍
目前继电器保护行业常用设计：采用DSP+MCU结构模式， DSP芯片负责控制6通道同步AD采样，如有更多回路，采用2片或者3片同步AD级联，实现多通道（12、18）的交流信号采集；MCU负责显示、控制、通讯、逻辑控制等。此技术成本高，硬件电路复杂，不能高速采样。配套的DSP芯片性能要求高，因为DSP采集一组数据芯片要中断一次，这种限制不能采用高速度数据采样，行业内每周波一般是16点、32点、48点、最高也是达到每周波64点采样。或者采用MCU+FPGA（现场可编程门阵列）结构，FPGA控制AD采样数据处理，以及外部数量采集，MCU负责显示、控制、通讯、逻辑控制等。继电保护装置普遍算法，采用FFT数字信号处理技术，信号处理能很好滤除干扰，提供动作可靠性，但是此算法对AD数据采集有苛刻要求，AD采集要根据电网频率，及时更改采样数据，达到同步采样技术。因为不同步采集，此FFT算法会影响测量精度。硬件同步方案采用跟频电路，采用此技术保证电网信号同步，此方案成本高，硬件电路复杂。目前继电器保护行业的测量计量功能：（1）、只配置保护CT，不配测量CT的情况下，计算方法只兼顾保护电压、电流参数，无有功功率、无功功率、视在功率、功率因素、四象限电能的测量等功能。（2）、保护配置测量CT的情况下，好多保护厂家，只计算出测量功率，以及功率因数，很少厂家计算出电能，就是有厂家计算出电能，由于计算方法算法偏差，电能累计过程中，电能误差远达不到精度要求。所以大部分厂家做法，就是在硬件电路上加一电能芯片，用于电能计量。此方案电能精度根据各厂家算法与电能芯片的性能可达到的精度等级也不一致，均可达到0.5级。目前继电器保护在无测量CT情况下，采用以上的做法的原因：由于保护CT要求电流互感器在一次电流很大时，铁芯也能饱合，能较好的按比例反应一次电流值，保证保护装置动作可靠，因此继电器保护测量范围也应该具备宽范围测量，测量范围比较宽，因此测量精度不是很高。保护CT在正常电流下，测量范围二次值为1~100A，范围宽。不要求很高的准确度，准确度一般为P级；如：5P、10P等。想获得比较高测量精度都会配单独测量CT，在正常电流下保证较高的准确度，使测量准确，尤其是计量的电流互感器，要求精度更高，因为它关系到电能计费的问题，很小一点的误差反馈到一次侧将导致很大的计量偏差，所以测量一般用0.5、1.0级(0.5级一般是测量用，测量精度是0.5%)，计量用0.2级的电流互感器。当需全电量参数，需要在柜子上加3个测量CT互感器，成本增加，但不一定能取得电能测量值，除非选择带内部电能芯片的继电保护装置。传统的继电保护装置大部分仅做保护功能，随着电力技术与产品功能集成的趋势下，测量功能无法满足客户需求。当需要电能数据时，在计算过程中，计算结果一般都是以浮点数据表示，一般采用IEEE754 单精度浮点规范。这种浮点规范有天然不足，由于舍入、截断等操作，会造成计算误差，尤其在计算累加计算，在计算过程中堆积和扩散。电能累计就是累加过程中，如果采用粗暴浮点累加计算，计算出电能会出现不确定误差，因为电能可以从0开始累加，也有可能从几万度开始累加，这两种累加结果误差也不一样，造成电能计算的误差很大，精度很低。总之，一种既能低成本采集到多组数据，同时又能够精确计算电能的继电保护装置亟待研发。
技术实现思路
针对传统的继电保护装置成本高、采集精度不高、测量数据不全，同时，无法测量电能或测量电能精度低的问题，本专利技术提供一种基于SOC芯片内部12位AD的继电保护装置，其具有硬件简单，计算速度快，计算电能精度高等优点。所述的一种基于SOC芯片内部12位AD的继电保护装置，其技术方案是：所述的频率采样模块内部设置一个多路负反馈有源二阶带通滤波器滤除谐波，再连接比较器电路转换成数字信号后连接至CPU模块内部的定时器捕获接口，根据计时器时间，以计算电网频率；所述的CPU模块包括：定时器捕获接口、计时器、AD模块、DMA、RAM、计算模块。所述的频率采样模块采集电网频率，并将电网频率存储至CPU模块内；CPU模块读取频率值，且CPU模块控制AD模块本周期采集数据的采集频率与电网上一个周期的频率一致，实现同步采样。所述的信号采集模块的输出经模拟信号处理模块接至CPU模块，CPU模块中的AD模块中的ADC端口工作在多回路采集方式下，用以实现过量采样。所述的模拟信号处理模块中设有放大器模块，信号采集模块的输出电压端经分压电阻分压后串联二阶RC滤波电路后输入放大器模块后输出稳定数据，并连接至CPU模块中的AD模块；直流源串联限流电阻后并联于分压电阻后端；所述的放大器模块中包括运算放大器，二阶RC滤波电路的后端连接运算放大器的同相输入端，其反向输入端连接输出端；该运算放大器的输出端并联一阶RC滤波电路后输出稳定数据。所述的CPU模块读取采集数据，并在计算模块中对电能进行计算，采用脉冲计数法累计电能，以时间10ms为统计周期，累计结果分成两个整数存储至CPU模块中的RAM内，一个整数存储脉冲数值，一个整数存储整数电度，用以提高精度。本专利技术的有益效果是： 简化硬件电路，降低产品开发难度，降低材料和生产成本，提高硬件可靠性。在仅有保护CT的情况下，除电压、电流值外，可提供有功功率、无功功率、视在功率、功率因素、四象限电能的测量值，除电能精度不能达到0.5级外，其他测量值均可保证精度。在有测量CT情况下，不需要专门的电能芯片，可提供有功功率、无功功率、视在功率、功率因素、四象限电能的测量值，且电能精度可达到0.5S级，基本满足客户内部考核使用。附图说明图1为本专利技术电路框图。图2为信号采集模块数据示意图。图3为计算模块中计算过程示意图。图4为信号采集模块具体电路。图5为模拟信号处理模块电路。图6为CPU模块部分接线端子示意图。图7为频率采样模块电路。图8为AD模块中AD转换后输出数字信号控制示意图。图9为AD模块中三重ADC模式示意图。其中，1. 多路负反馈有源二阶带通滤波器；2. 比较器电路；3. 放大器模块；4. 二阶RC滤波电路；401.电压端二阶RC滤波电路；402. 电流端二阶RC滤波电路。具体实施方式如图1、2所示，对于硬件电路部分，涉及硬件电路结构简单，成本低。所述的一种基于SOC芯片内部12位AD的继电保护装置，其技术方案是：所述的频率采样模块内部设置一个多路负反馈有源二阶带通滤波器1滤除谐波后再连接比较器电路2，最后连接至CPU模块内部的计时器捕获接口，通过CPU模块内部的计时器得出时间，以计算电网频率；多路负反馈有源二阶带通滤波器1是一个以中心频率为50.3Hz的带通滤波器，带宽31Hz。所述的频率采样模块采集电网频率，并将电网频率存储至CPU模块内；CPU模块控制AD模块本周期采集数据的采集频率与电网上一个周期的频率一致，实现同步采样。所述的CPU模块包括：定时器捕获接口、计时器、AD模块、DMA、RAM、计算模块。所述的AD模块中的ADC端口工作在多回路方式采集方式下，用以实现过量采样。所述的频率采样模块输入端连接模拟信号处理模块的输出端，其内部设置一个多路负反馈的有源二阶带通滤本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于SOC芯片内部12位AD的继电保护装置，包括CPU模块、频率采样模块、信号采集模块，和模拟信号处理模块，所述的CPU模块包括：定时器捕获接口、计时器、AD模块和RAM，其特征是：所述的频率采样模块内部设置一个多路负反馈有源二阶带通滤波器（1）滤除谐波，再连接比较器电路（2）转换成数字信号后连接至定时器捕获接口，并根据计时器时间，得到电网频率；所述的频率采样模块采集电网频率，并将电网频率存储至CPU模块内；CPU模块控制AD模块本周期采集数据的采集频率与电网上一个周期的频率一致，实现同步采样；所述的信号采集模块的输出经模拟信号处理模块连接至AD模块，AD模块中的ADC端口工作在多回路采集方式下，用以实现过量采样；所述的CPU模块读取采集数据，采用脉冲计数法累计电能，以时间10ms为统计周期，统计结果分成两个整数存储至RAM内，一个整数存储脉冲数值，一个整数存储整数电度，用以提高精度。
【技术特征摘要】
1.一种基于SOC芯片内部12位AD的继电保护装置，包括CPU模块、频率采样模块、信号采集模块，和模拟信号处理模块，所述的CPU模块包括：定时器捕获接口、计时器、AD模块和RAM，其特征是：所述的频率采样模块内部设置一个多路负反馈有源二阶带通滤波器（1）滤除谐波，再连接比较器电路（2）转换成数字信号后连接至定时器捕获接口，并根据计时器时间，得到电网频率；所述的频率采样模块采集电网频率，并将电网频率存储至CPU模块内；CPU模块控制AD模块本周期采集数据的采集频率与电网上一个周期的频率一致，实现同步采样；所述的信号采集模块的输出经模拟信号处理模块连接至AD模块，AD模块中的ADC端口工作在多回路采集方式下，用以实现过量采样；所述的CPU模块读取采集数据，采用脉冲计数法累计电能，以时间10ms为统计周期，统计结果分成两个整数存储至RAM内，一个整数存储脉冲数值，一个整数存储整数电度，用以提高精度。2.根据权利要求1所述的一种基于SOC芯片内部12位AD的继电保护装置，其特征是：所述的多路负反馈的有源二阶带通滤波器（1）包括放大器I，其中，频率采集输入端串联第五十一电阻（R51）、第三十七电容（C37）后连接在放大器I的反相端；放大器I的同相端连接直流源；直流源串联第五十二电阻（R52）后并联至第五十一电阻（R51）与第三十七电容（C37）之间；放大器I输出端并联两路负反馈电路，分别为：输出端串联第五十三电阻（R53）连接至反相端、输出端串联第三十六电容（C36）、第三十七电容（C37）连接至反相端；所述的比较器电路（2）包括比较器，其中，放大器I的输出端串联第六十一电阻（R61）后连接比较器的反相端，比较器的同相端连接直流源；比较器的输出端连接第五十四电阻（R54）连接至反相端；比较器的输出端再并联限流电阻第六十电阻（R60）和滤波电容第四十一电容（C41）后输出采集频率。3.根据权利要求2所述的一种基...
【专利技术属性】
技术研发人员：王志伟，李辉，张文萍，袁彩蝶，刘家涛，郑文顶，岳怀峰，刘增辉，
申请(专利权)人：河南森尼瑞电气有限公司，
类型：发明
国别省市：河南;41
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