高速磁浮牵引供电分布式保护装置的制作方法

1.本实用新型涉及磁悬浮技术领域，尤其涉及一种高速磁浮牵引供电分布式保护装置。


背景技术：

2.由于运行速度高、控制周期短，对于轨道沿线的牵引供电系统安全可靠性要求极高，需要通过对牵引供电系统的在线诊断保护和数据分析，保障牵引供电系统的可靠性，实现列车的故障—安全导向。高速磁浮牵引供电分布式保护装置，可实现对高速磁浮的牵引供电系统实时故障检测，更快速的实现故障诊断保护和预测。
3.目前常采用电网微机保护装置，即利用微型计算机构成的几点保护装置、以单片机为处理核心、配以输入、输出通道，人机接口和通信接口等，使输入的电流和电压信号直接在模拟量之间进行比较和运算处理，使模拟量与装置中给定的物理量进行比较和运算，决定是否跳闸。
4.但电网微机保护装置只适用于50hz工频电网，无法对实现在电压和电流的频率、幅值大范围变化下的保护，无法填补国内高速磁浮领域保护装置的空白。同时，电网微机保护装置由于采用单片机方式，计算能力差，无法进行本地高性能运算及稳态录波。


技术实现要素：

5.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
6.本实用新型提供了一种高速磁浮牵引供电分布式保护装置，该高速磁浮牵引供电分布式保护装置包括：调理机箱，调理机箱分别与多个传感器连接，调理机箱用于采集传感器信号并将传感器信号调理成标准模拟量信号；控制器，控制器包括：ai采集板卡、主控板卡、授时板卡、io板卡和通信板卡，ai采集板卡分别与调理机箱和主控板卡连接，ai采集板卡用于采集调理机箱的标准模拟量信号并传输至主控板卡；主控板卡用于根据标准模拟量信号进行数据处理；授时板卡与主控板卡连接以为主控板卡提供绝对时钟信息；io板卡与主控板卡连接以用于从主控板卡输出故障保护信号和向主控板卡输入状态信号；通信板卡与主控板卡连接以实现主控板卡与外界数据的交互。
7.进一步地，调理机箱将采集的传感器信号调理转换成
±
10v的标准模拟量信号。
8.进一步地，传感器信号包括电压传感器信号和电流传感器信号。
9.进一步地，主控板卡包括供电保护模块和数据录波模块，供电保护模块用于实现供电保护，数据录波模块用于实现数据录波。
10.进一步地，主控板卡可采用arm dsp fpga架构设置，arm用于站点业务逻辑以及边缘计算，dsp用于实时位运算，fpga用于高速通信及并行计算输出。
11.进一步地，主控板卡通过预设函数将ai采集板卡采集输出的标准模拟量信号转换为工程量。
12.进一步地，通信板卡包括保护控制网络，保护控制网络采用aurora协议。
13.进一步地，保护控制网络报文内容包括：报文起始、时戳、数据长度、电流数据、电压数据、故障信息和校验。
14.进一步地，通信板卡还包括录波数据网络，录波数据网络采用千兆以太网协议。
15.进一步地，录波数据网络报文内容包括：报文起始、时戳、数据长度、多个电流数据、多个电压数据和校验。
16.应用本实用新型的技术方案，提供了一种高速磁浮牵引供电分布式保护装置，该高速磁浮牵引供电分布式保护装置通过配置调理机箱和控制器，融合了信号调理、采集、控制和通信功能，实现了在电压和电流的频率、幅值大范围变化下的供电保护，实现供电保护装置的通用化，填补了国内高速磁浮领域保护装置的空白。与现有技术相比，本实用新型的技术方案能够解决现有技术中电网微机保护装置无法适用于高速磁浮装置保护的技术问题。
附图说明
17.所包括的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本实用新型的实施例，并与文字描述一起来阐释本实用新型的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1示出了根据本实用新型的具体实施例提供的高速磁浮牵引供电分布式保护装置的结构示意图；
19.图2示出了根据本实用新型的具体实施例提供的主控板卡原理示意图。
具体实施方式
20.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
21.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
22.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的
附图中不需要对其进行进一步讨论。
23.如图1所示，根据本实用新型的具体实施例提供了一种高速磁浮牵引供电分布式保护装置，该高速磁浮牵引供电分布式保护装置包括调理机箱和控制器，调理机箱分别与传感器和控制器连接，调理机箱用于采集传感器信号并将传感器信号调理成标准模拟量信号传输至控制器；控制器包括：ai采集板卡、主控板卡、授时板卡、io板卡和通信板卡，ai采集板卡分别与调理机箱和主控板卡连接，ai采集板卡用于采集调理机箱的标准模拟量信号并传输至主控板卡；主控板卡用于根据标准模拟量信号进行数据处理；授时板卡与主控板卡连接以为主控板卡提供绝对时钟信息；io板卡与主控板卡连接以用于从主控板卡输出故障保护信号和向主控板卡输入状态信号；通信板卡与主控板卡连接以实现主控板卡与外界数据的交互。
24.应用此种配置方式，提供了一种高速磁浮牵引供电分布式保护装置，该高速磁浮牵引供电分布式保护装置通过配置调理机箱和控制器，融合了信号调理、采集、控制和通信功能，实现了在电压和电流的频率、幅值大范围变化下的供电保护，实现供电保护装置的通用化，填补了国内高速磁浮领域保护装置的空白。与现有技术相比，本实用新型的技术方案能够解决现有技术中电网微机保护装置无法适用于高速磁浮装置保护的技术问题。
25.进一步地，在本实用新型中，可配置调理机箱将采集的传感器信号调理转换成
±
10v的标准模拟量信号。作为本实用新型的一个具体实施例，调理机箱可采集多路传感器信号，例如采集32路传感器信号。多路传感器信号包括电压传感器信号和电流传感器信号。在本实用新型中，通过调整调理机箱的输入参数可满足不同类型传感器接入的需求，实现不同频率和带宽下不同传感器的需求，
±
10v的标准模拟量信号适用于大部分市场通用板卡。
26.此外，在本实用新型中，ai采集板卡以预设采集频率采集调理机箱输出的标准模拟量信号。作为本实用新型的一个具体实施例，ai采集板卡可以20khz的采集频率采集调理机箱输出的标准模拟量信号。
27.进一步地，在本实用新型中，主控板卡包括供电保护模块和数据录波模块，供电保护模块用于实现供电保护，数据录波模块用于实现数据录波。主控板卡的原理设计如图2所示。
28.此外，在本实用新型中，主控板卡可采用arm(advanced risc machine) dsp(digital signal processor) fpga(field programmable gate array)架构设置，arm用于站点业务逻辑以及边缘计算，dsp用于实时位运算，fpga用于高速通信及并行计算输出。在本实用新型中，arm可满足实时性不强且计算力要求大的需求，dsp可满足实行性强并实现保护算法的需求。
29.进一步地，在本实用新型中，主控板卡可通过预设函数将ai采集板卡采集输出的标准模拟量信号转换为工程量，以提供有效的传感器信号。作为本实用新型的一个具体实施例，主控板卡数据读取周期可根据实际数据处理需求设置，例如可设置为100us。
30.本实用新型中的授时板卡为主控板卡提供绝对时钟信息，用于系统控制周期的校正以及录波数据添加时戳。
31.此外，在本实用新型中，通信板卡包括保护控制网络，保护控制网络采用aurora协议。保护控制网络用于与外界控制系统交互控制数据，作为本实用新型的一个具体实施例，保护控制网络的通信周期可设置为100us。
32.保护控制网络报文内容包括：报文起始、时戳、数据长度、电流数据、电压数据、故障信息和校验。作为本实用新型的一个具体实施例，具体保护控制网络报文可采用如表1所示格式。保护控制网络可通过高速数据通信通道实现分布式保护装置之间的差动等联锁保护。
33.表1保护控制网络报文格式(m为正整数)
[0034][0035][0036]
进一步地，在本实用新型中，通信板卡还包括录波数据网络，录波数据网络采用千兆以太网协议。录波数据网络用于与外界数据分析系统交互录波数据。
[0037]
录波数据网络报文内容包括：报文起始、时戳、数据长度、多个电流数据、多个电压数据和校验。作为本实用新型的一个具体实施例，具体录波数据网络报文可采用如表2所示格式。录波数据在本地缓存后，再打包发送至外界数据分析系统。
[0038]
表2录波数据网络报文格式(m为正整数)
[0039][0040]
本实用新型的高速磁浮牵引供电分布式保护装置填补了国内高速磁浮领域保护装置的空白，实现了在电压和电流的频率、幅值大范围变化下的供电保护；本实用新型的调理机箱，满足了不同频率和带宽下不同传感器接入需求；分布式保护装置可采用市场通用板卡，降低了牵引供电保护装置的成本；通过通信板卡进行高速数据通信实现了分布式实时差动保护；通过主控制板卡能够实现数据录波、实时保护和边缘计算。
[0041]
综上所述，本实用新型提供了一种高速磁浮牵引供电分布式保护装置，该高速磁浮牵引供电分布式保护装置通过配置调理机箱和控制器，融合了信号调理、采集、控制和通信功能，实现了在电压和电流的频率、幅值大范围变化下的供电保护，实现供电保护装置的通用化，填补了国内高速磁浮领域保护装置的空白。与现有技术相比，本实用新型的技术方案能够解决现有技术中电网微机保护装置无法适用于高速磁浮装置保护的技术问题。
[0042]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0043]
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
[0044]
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。