[發明專利]電量變送器

有效

• 申請號: 201410043471.0
• 申請日: 2014-01-29
• 公開（公告）號: CN103837738A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 李志軍;周苗苗;馬軍
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01R22/10
• 分類號: G01R22/10
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 胡安朋

技術領域

本發明的技術方案涉及特別適用于特定功能的數據處理設備，具體地說是電量變送器。

背景技術

電量變送器在工業領域的電氣測量、巡回檢測、自動控制及調度等過程中具有廣泛的應用。隨著工業自動控制系統復雜程度不斷增大以及智能電網的產生和不斷完善，電力系統可靠性問題開始受到世界各國的高度重視。其中，保障電力系統可靠性的一個重要環節即是檢測變送裝置的高可靠性。

現有的電量變送器不具備冗余容錯功能，任意單相變送出錯時將直接導致最終變送結果錯誤，而在工業閉環控制系統中，若因電量變送器故障導致反饋信息出錯，極易引發系統開環或設備誤動作，導致整個系統癱瘓。此外，現有的電量變送器仍然存在測量時效性不強、精度不高以及無遠程網絡接口的缺點。因此，在電力系統中需要一種高精度、高時效性且具備冗余容錯功能和網絡接口的電量變送器問世。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供電量變送器，是一種基于FPGA現場可編程門陣列結合三模冗余技術的具備容錯功能的電量變送器，克服了現有電量變送器在任意單相變送出錯時將直接導致最終變送結果錯誤，以至引發系統開環或設備誤動作，導致整個系統癱瘓的缺陷。

本發明解決該技術問題所采用的技術方案是：電量變送器，是一種基于FPGA現場可編程門陣列結合三模冗余技術的具備容錯功能的電量變送器，包括三相信號采集模塊、信號調理模塊、A/D采樣模塊、頻率測量模塊、FPGA控制器模塊、CAN總線通信模塊和電源模塊；其中，三相信號采集模塊包括三相電壓傳感器和三相電流傳感器，A/D采樣模塊包括采樣通道、ADC芯片和外圍電路，三相信號采集模塊中的三相電壓傳感器和三相電流傳感器的輸出端與信號調理模塊的輸入端相連接，信號調理模塊輸出端與A/D采樣模塊的輸入端及頻率測量模塊的輸入端相連接，A/D采樣模塊中的ADC芯片由FPGA控制器模塊中的A/D采樣控制模塊給予同步控制，指使A/D采樣模塊的采樣通道分別對三相電壓傳感器的電壓信號和三相電流傳感器的電流信號進行同時采樣，所得的采樣數據以并行方式送入FPGA控制模塊，頻率測量模塊的數據也輸入FPGA控制器模塊，FPGA控制器模塊中的CAN總線通信控制模塊對CAN總線通信模塊進行控制，電源模塊對信號調理模塊、A/D采樣模塊、FPGA控制器模塊和CAN總線通信模塊提供電力。

上述電量變送器，所述FPGA控制器模塊為FPGA現場可編程門陣列，包括鎖相環模塊、A/D采樣控制模塊、雙口RAM模塊、DFT變換模塊、數據存儲模塊、參數計算模塊、冗余容錯模塊和CAN總線輸出控制模塊。

上述電量變送器，所述三模冗余技術即三模冗余方法，是將三相電中每一相電視為一個冗余通道，在FPGA控制器模塊內部分別對每相電的電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、視在功率和功率因數參量進行并行運算，運算結果以“三取二”投票表決方式對三相參數計算結果進行相互對比，以判斷正誤，具體方法是：

（1）電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率和功率因數容錯設計

A、B、C三相電壓和電流有效值變送結果均以16位二進制數字量存儲，該電壓和電流允許測量最大值分別為U_max=120V、I_max=6A，標準值為U_s=100V、I_s=5A，三相允許互差值為10%U_s、10%I_s，則電壓有效值變送結果的低11位為允許互差位,因此，“三取二”容錯方法采取對三相電壓、電流計算結果截取高5位進行從高至低逐位三相互比，根據三取二表決方式完成對單相或兩相變送出錯的錯誤屏蔽，并對出錯相以輸出錯誤代碼形式給出提示，以U'_X、I'_X表示x相電壓、電流的高5位值，U_X、I_X表示x相電壓、電流有效值，P_X表示x相有功功率值，具體容錯判斷方法如下：

(1.1)三相變送均無錯，即：

U'_A＝U'_B＝U'_C，I'_A＝I'_B＝I'_C，則