外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器及外電網(wǎng)相位監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)方案

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開了外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器，包括獲取鐵路供電網(wǎng)中外電網(wǎng)的正弦電壓信號的采集部件，將采集部件獲得的正弦電壓信號轉(zhuǎn)換為方波電壓信號的方波轉(zhuǎn)換電路；用于輸出方波電壓信號給其它外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器的輸出接口電路；用于輸入其它外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器給予的方波電壓信號的輸入接口電路；還包括相位差比較電路：用于獲取方波轉(zhuǎn)換電路送入的方波電壓信號和輸入接口電路送入的方波電壓信號，獲取本側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號與對側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號的上升沿占空比，并依據(jù)上升沿占空比獲取本側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號與對側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號的相位差。

Phase Difference Monitoring Sensor and Phase Monitoring System of External Power Grid

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器及外電網(wǎng)相位監(jiān)測系統(tǒng)
本技術(shù)涉及鐵路供電控制，主要涉及外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器及外電網(wǎng)相位監(jiān)測系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
目前鐵路集中信號監(jiān)測系統(tǒng)在每一個鐵路集中站點(diǎn)都安裝有一套或幾套供電設(shè)備，該設(shè)備是對整個站點(diǎn)中所有用電設(shè)備提供電力來源。外電網(wǎng)的監(jiān)測傳感器可以對站點(diǎn)供電電網(wǎng)中三相電壓、電流、功率、頻率、相位、電能等模擬量數(shù)據(jù)，經(jīng)過各種復(fù)雜算法數(shù)據(jù)處理后，將采集數(shù)據(jù)通過通訊信號傳遞給終端，顯示當(dāng)前供電電網(wǎng)的質(zhì)量處于什么狀態(tài)，可以判斷并記錄下電網(wǎng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的電壓錯序、斷相和瞬間斷電等故障。現(xiàn)階段在鐵路每一個集中站點(diǎn)都配備兩臺這樣的監(jiān)測傳感器，主要是對主電和備電分別進(jìn)行監(jiān)測，備電的作用是為了保障不間斷供電而獨(dú)立設(shè)計，它和主電的功能是一模一樣，只是冗余一套而已。也就是說，雖然，在現(xiàn)有鐵路監(jiān)測系統(tǒng)中，雖然有獲得外電網(wǎng)主電網(wǎng)和備電網(wǎng)電壓、相位等參數(shù)的設(shè)計，但，該參數(shù)的作用僅僅是記錄，并沒有用于作為調(diào)相功能設(shè)計，因此當(dāng)主電出現(xiàn)故障或者停電狀態(tài)時，供電系統(tǒng)會立刻切換到備電系統(tǒng)中，保障整個集中站點(diǎn)24小時持續(xù)供電。但是一旦出現(xiàn)主備電切換過程時，系統(tǒng)是不能夠確保主電電壓相位和備電電壓相位相同，電壓相位的不同會帶來監(jiān)測數(shù)據(jù)的改變，嚴(yán)重的還會影響軌道電路，涉及行車安全。因此，如何解決備電網(wǎng)和主電網(wǎng)的相位不同，利用何種手段，和如何獲取良好的參數(shù)，是本技術(shù)所要解決的技術(shù)難題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)目的提供外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器，以先解決反饋相位差的問題，再以相位差信息為基礎(chǔ)，將相位差信息送入到控制系統(tǒng)中，再由控制系統(tǒng)對電網(wǎng)相位修正。本技術(shù)通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器，包括以下部件：獲取鐵路供電網(wǎng)中外電網(wǎng)的正弦電壓信號的采集部件，將采集部件獲得的正弦電壓信號轉(zhuǎn)換為方波電壓信號的方波轉(zhuǎn)換電路；用于輸出方波電壓信號給其它外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器的輸出接口電路；用于輸入其它外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器給予的方波電壓信號的輸入接口電路；還包括相位差比較電路：用于獲取方波轉(zhuǎn)換電路送入的方波電壓信號和輸入接口電路送入的方波電壓信號，方波轉(zhuǎn)換電路送入的方波電壓信號稱為本側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號，輸入接口電路送入的方波電壓信號稱為對側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號，獲取本側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號與對側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號的上升沿占空比，并依據(jù)上升沿占空比獲取本側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號與對側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號的相位差。本技術(shù)的設(shè)計原理為：下面對外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器簡稱：外電網(wǎng)監(jiān)測傳感器；現(xiàn)階段在鐵路所用的外電網(wǎng)質(zhì)量綜合監(jiān)測傳感器是沒有對主備電網(wǎng)電壓相角進(jìn)行監(jiān)測，在應(yīng)用過程中完全忽略掉主備電切換過程中的相角問題。只從產(chǎn)品在功能上滿足應(yīng)用的角度出發(fā)，沒有考慮到實(shí)際過程中電壓相角的細(xì)節(jié)問題。雖然備電在鐵路集中站點(diǎn)使用率非常低，只是作為一種備用，但是一旦使用上后會直接參與到站點(diǎn)種所有用電設(shè)備的供電質(zhì)量狀態(tài)，兩套供電電壓肯定會存在相位差的情況，這時候監(jiān)測傳感器所監(jiān)測到的相位值會瞬間產(chǎn)生一種階躍變動，使得監(jiān)測系統(tǒng)可能會判斷為異常狀態(tài)。其次，在鐵路集中站點(diǎn)中還存在有些供電設(shè)備是設(shè)計到一類安全軌道電路供電，在主備電切換時候所帶來的相位差躍變會對軌道電路造成影響，嚴(yán)重的情況下造成行車安全。在外電網(wǎng)質(zhì)量綜合監(jiān)測系統(tǒng)中，只了解到主電或備電自身的電網(wǎng)質(zhì)量，它們之間的質(zhì)量差異，特別是相位的差異就不得而知。本技術(shù)在通過鐵路集中監(jiān)測系統(tǒng)中加入外電網(wǎng)監(jiān)測傳感器監(jiān)測主備電壓相角監(jiān)測的方法后，可以解決監(jiān)測傳感器只知道被監(jiān)測電網(wǎng)中質(zhì)量情況，而對另一組備電的質(zhì)量情況不清楚狀態(tài)。主備電只是在叫法上區(qū)分，應(yīng)用上完全獨(dú)立，可以交換，不分主備。現(xiàn)階段在國內(nèi)外相關(guān)的檢測方法有很多，也有比較類似的方法應(yīng)用在許多工業(yè)控制現(xiàn)場，比如心跳信號、同步信號、開關(guān)信號等等。通過這些信號來觸發(fā)某一種條件，獲得反饋信號或者控制信號。但是基本這些信號都是屬于數(shù)字信號，不連續(xù)。在鐵路集中監(jiān)測領(lǐng)域中，在鐵路集中站點(diǎn)對外電網(wǎng)的主備電壓的相角進(jìn)行測量的方法屬于缺失狀態(tài)，所以在監(jiān)測過程中主備電切換時的電壓相角肯定就不得而知了。本技術(shù)實(shí)現(xiàn)了兩只外電網(wǎng)監(jiān)測傳感器分別對主備電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測，同時還能夠?qū)χ鱾潆妷合嘟沁M(jìn)行監(jiān)測補(bǔ)償糾正。同樣的外電網(wǎng)監(jiān)測傳感器分別對主電電網(wǎng)和備電電網(wǎng)進(jìn)行電壓監(jiān)測，主電監(jiān)測的電壓相角通過硬件開關(guān)電路實(shí)時傳遞給監(jiān)測備電電網(wǎng)的外電網(wǎng)監(jiān)測傳感器，同時監(jiān)測備電的外電網(wǎng)監(jiān)測傳感器也在實(shí)時的采集備電電網(wǎng)電壓，備電電網(wǎng)的外電網(wǎng)監(jiān)測傳感器把自身采集的電壓和主電電網(wǎng)的外電網(wǎng)監(jiān)測傳感器傳遞過來的電壓進(jìn)行相位比較，計算出兩個系統(tǒng)中主備電網(wǎng)電壓相位差，上報給終端，并且通過補(bǔ)償可以糾正其測得相位，當(dāng)出現(xiàn)主備電切換的時候由終端控制系統(tǒng)來決定是否補(bǔ)償。這種方法可以完全避免因?yàn)橹鱾潆娫谇袚Q過程中帶來的隱患，既保證了對外電網(wǎng)持續(xù)不間斷供電質(zhì)量監(jiān)測的功能，又保障了切換電網(wǎng)時帶來的電壓相位差而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確以及供電設(shè)備損壞等問題。基于上述原理，本技術(shù)首要解決的技術(shù)問題是：解決如何獲得相位差，以相位差作為反饋數(shù)據(jù)，本技術(shù)設(shè)計的外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器通過獲得表征電壓的正弦電壓信號，再通過將正弦電壓信號轉(zhuǎn)為方波電壓信號，然后將方波電壓信號分為2路，一路輸出到對側(cè)的外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器，作為另外一個電網(wǎng)中的輸入信號，一路作為自身外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器的相位差計算輸入信號。而自身外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器中的相位差比較電路則以上升沿占空比的方法去獲得相位差信號。在本技術(shù)中，實(shí)際上是對原有監(jiān)測傳感器進(jìn)行改造，讓原有各自在主備系統(tǒng)中的監(jiān)測傳感器各自獨(dú)立用于測定相位差的功能，而原有的監(jiān)測傳感器僅僅是將各自的相位信息輸入到后臺的控制系統(tǒng)中，根據(jù)本技術(shù)的設(shè)計，設(shè)計上，不需要進(jìn)行線路的重新調(diào)整，只需在監(jiān)測傳感器中增加方波轉(zhuǎn)換電路和相位差比較電路即可，額外增加一個方波電壓信號的輸出接口和一個方波電壓信號輸入接口即可。從外部改造來看，只需將原本獨(dú)立的互不關(guān)聯(lián)各自獨(dú)立在主備系統(tǒng)的中監(jiān)測傳感器通過方波電壓信號的方式連接在一起，可以讓兩個監(jiān)測傳感器把兩個不同的電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓相位進(jìn)行實(shí)時交互，以達(dá)到對2個電網(wǎng)系統(tǒng)的相位補(bǔ)償修正的目的，從而可以控制2個電網(wǎng)系統(tǒng)的相位能實(shí)時處于相同的狀態(tài)下。首先將對側(cè)外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器轉(zhuǎn)化的方波傳遞給本側(cè)外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器后，通過本側(cè)外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器中的相位差比較電路把兩個網(wǎng)絡(luò)采集到的方波信號進(jìn)入到同一個控制器中，目的是通過同步信號來完成相位差的監(jiān)測。具體方法是本側(cè)外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器的控制器先對采集到的兩個方波進(jìn)行上升沿和下降沿進(jìn)行判斷，首先是完整的采集到一個周期T，確保完整采集周期T的條件為從上升沿-下降沿-上升沿為完整周期，記錄周期時間T。再取兩個方波的上升沿的時間差占空比來計算相位，公式為ΔT/T(ΔT為兩個方波的上升沿的時間差)，再看這個相位差占比整個相位角，(ΔT/T)×360°即可換算出你當(dāng)前兩個方波的相位角是多少度。優(yōu)選的，傳統(tǒng)技術(shù)中一般方波轉(zhuǎn)換電路采用過零比較器完成，由于過零比較器是將過零點(diǎn)轉(zhuǎn)為閾值進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，如果采用過零比較器將交流的正弦電壓信號轉(zhuǎn)為方波電壓信號，對于正弦電壓信號而言，則零點(diǎn)以上的信號是有效信號。零點(diǎn)以下的信號則直接丟棄。而對于轉(zhuǎn)換后的方波電壓信號，則實(shí)際本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器，其特征在于：包括以下部件：獲取鐵路供電網(wǎng)中外電網(wǎng)的正弦電壓信號的采集部件，將采集部件獲得的正弦電壓信號轉(zhuǎn)換為方波電壓信號的方波轉(zhuǎn)換電路；用于輸出方波電壓信號給其它外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器的輸出接口電路；用于輸入其它外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器給予的方波電壓信號的輸入接口電路；還包括相位差比較電路：用于獲取方波轉(zhuǎn)換電路送入的方波電壓信號和輸入接口電路送入的方波電壓信號，方波轉(zhuǎn)換電路送入的方波電壓信號稱為本側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號，輸入接口電路送入的方波電壓信號稱為對側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號，獲取本側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號與對側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號的上升沿占空比，并依據(jù)上升沿占空比獲取本側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號與對側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號的相位差。

【技術(shù)特征摘要】
1.外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器，其特征在于：包括以下部件：獲取鐵路供電網(wǎng)中外電網(wǎng)的正弦電壓信號的采集部件，將采集部件獲得的正弦電壓信號轉(zhuǎn)換為方波電壓信號的方波轉(zhuǎn)換電路；用于輸出方波電壓信號給其它外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器的輸出接口電路；用于輸入其它外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器給予的方波電壓信號的輸入接口電路；還包括相位差比較電路：用于獲取方波轉(zhuǎn)換電路送入的方波電壓信號和輸入接口電路送入的方波電壓信號，方波轉(zhuǎn)換電路送入的方波電壓信號稱為本側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號，輸入接口電路送入的方波電壓信號稱為對側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號，獲取本側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號與對側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號的上升沿占空比，并依據(jù)上升沿占空比獲取本側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號與對側(cè)電網(wǎng)方波電壓信號的相位差。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外電網(wǎng)相位差監(jiān)測傳感器，其特征在于：所述方波轉(zhuǎn)換電路包括以下部件：比較器U1A：比較器U1A的電源端接電源V4，比較器U1A的正信號輸入端串接基準(zhǔn)電源V2后與采集部件的正弦電壓信號輸出端串接；比較器U1A的負(fù)信號輸入端串接基準(zhǔn)電壓V3；匹配電阻：匹配電阻包括串聯(lián)的電阻R2和電阻R1，電阻R2與電源V4串聯(lián)，比較器U1A的輸出端與電阻R2和電阻R1的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)連接；其中，基準(zhǔn)電源V2和基準(zhǔn)電壓V3的電壓值為U基準(zhǔn)，正弦電壓信號的有效值為U有效，電源V4的電壓值為U電源，則：U電源＝2*U基準(zhǔn)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外電網(wǎng)相位差...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：倪偉，袁霞，戚繼飛，羅志豪，
申請(專利權(quán))人：綿陽市維博電子有限責(zé)任公司，
類型：新型
國別省市：四川,51