CN101782607A - 电力系统变频谐波测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种电力系统变频谐波测量装置，包括DSP单元、交流单元、电源单元、开入开出单元、显示单元；电源单元直接与其它模块的直接通讯；交流单元对输入交流信号进行变换，DSP单元与交流单元、显示单元和开入开出单元连接，由此来实现电力系统谐波的测量，实现的电力系统变频谐波测量装置具有测量范围广、准确度高、实时性好、适用范围广、成本低、操作维护方便的特点。

Description

电力系统变频谐波测量装置

一、技术领域

本发明涉及DSP技术与快速傅氏算法相结合的变频谐波测量装置。属于电力系统谐波测量技术领域。

二、背景技术

现有的谐波测量技术及分析仪器，部分采用普通单片机作为CPU，外接模数转换器，及存储器和软件构成微机电力谐波分析仪器，这种类型的谐波分析装置精度低，实时性较差，已经不能满足电力行业快速发展的要求。也有部分谐波测量仪器采用POWERPC芯片作为处理核心，采用了定频采样的方法，这种方案成本高，软件处理复杂。

三、发明内容

本发明为了克服现有的谐波测量装置测量精度低、实时性差、成本高的不足，提供一种可以对电力系统谐波进行快速准确测量的低成本的电力系统变频谐波测量装置。其技术是这样实现的：包括DSP单元、交流单元、电源单元、开入开出单元以及显示单元在内的结构，其特征在于：其连接采用DSP单元和电源单元都分别与交流单元、显示单元、开入开出单元连接；DSP单元的内部连接是采用DSP和16bitBUS连接，DSP通过HPI连接和显示单元，DSP通过RS485与PC机连接，DSP通过外部中断与频率测量电路连接；16bit BUS和FLASH、SDRAM和AD连接；AD则和二阶RC滤波连接；其数据处理过程是：

(1)通过信号调理电路将输入电压信号转换为与基波对应的标准方波信号，再通过DSP的外部中断来精确测量频率。根据测得的频率来动态设置定时器，调节对各路待测的输入模拟信号的采样间隔，DSP根据此间隔进行采样，结果存储于循环缓冲区中；对采样结果进行处理，然后进行离散傅立叶变换；计算出谐波数据，通过显示单元显示，

(2)DSP单元采用DSP芯片作为处理器，显示单元则采用独立的8051单片机，

(3)DSP单元完成模数转换、测量算法计算、计算结果存储、通讯等功能；DSP单元是整个装置的核心部分，基于TMS320VC55X系列数字信号处理器，外接16位AD转换器以及大容量的FLASH、SDRAM存储器，实时对电力信号进行检测，同时对测量结果做进一步的处理，同时保留了通用的485端口，采用MODBUS通讯协议，支持设备间的通讯，实现远程控制；

交流单元将输入强电信号转换成幅值为±5V范围内的电压信号，同时将输入与输出做光电隔离，把输出信号送二阶有源低通滤波电路，然后送至DSP单元AD输入端。

DSP单元软件部分包括频率测量、采集频率设置、AD中断采集、采集数据管理、数字信号处理滤波、计算数据存储、事件报告及显示单元的通讯，DSP单元保留485端口，实现与远程平台的通讯需要，支持MODBUS通讯协议，

(4)电源单元输入交直流85V--265V，输出可供其他各单元工作的工作电源，

(5)显示单元提供了人机接口，显示单元与DSP单元按照一定的协议通过HPI端口进行通讯，实时显示测量结果，同时可以通过按键的选择设定测量参数达到不同的保护功能，并将参数保存在铁电存储器中。实施该技术后的优点和效果在于：测量范围广：基于离散傅立叶变换实现谐波测量，包括各次谐波的幅值、电流、电压、频率、功率、电度、功率因数、需量等，同时适用于输入信号基波频率范围可在10Hz-100Hz：准确度高：采用16位高速AD，每周期内采样256点，采样频率以信号频率为基准，当采样频率与信号频率非同步的情况下，能及时校正采样频率，对信号谐波进行准确跟踪测量，同时显示部分采用独立单片机，HPI通讯基本不占用DSP时间，不影响DSP运算：实时性好：DSP主频300MHZ，带有双乘法器，能对31次谐波进行实时测量，同时提供多种附加功能：适用范围广：采用开关电源，适用于宽范围交直流电源输入：成本低：TMS320VC55X是一款性价比极高的数字处理芯片，其余芯片比如SDRAM等均成本低：操作维护方便：显示单元中的单片机作为辅助处理器，根据一定的协议与DSP单元进行通讯，带有键盘和LCD，为本装置提供了完善的人机接口功能。

四、附图说明

图1为谐波测量装置总体结构示意图；

图2为DSP单元结构示意图；

其中，1-DSP单元、2-交流单元、3-电源单元、4-开入开出单元、5-显示单元、6-DSP、7-二阶RC滤波、8-AD、9-频率测量电路、10-FLASH、11-SDRAM、12-16bit BUS、13-PC机；

五、具体实施方式：

以下结合附图对本发明进一步说明：

见附图1、2，谐波测量装置的连接是采用DSP单元(1)和电源单元(3)都分别与交流单元(2)、显示单元(5)、开入开出单元(4)连接。DSP单元的内部连接是采用DSP(6)和16bit BUS(12)连接，DSP(6)通过HPI连接显示单元(5)，DSP(6)通过RS485与PC机(13)连接，DSP(6)通过外部中断与频率测量电路(9)连接；16bit BUS(12)和FLASH(10)、SDRAM(11)和AD(8)连接；AD(8)则和二阶RC滤波(7)连接。

见附图1、2，在电力系统中，需要保护及测控的场合下，三相电压及电流接入交流单元(2)，转换为AD采样范围内的电压信号后，进入DSP单元(1)的二阶RC滤波和AD通道，完成采样；而显示单元(5)通过面板选择谐波次数及其他各种测量数据，从HPI接口读取DSP单元(1)的计算结果，并显示在液晶屏上。

模拟信号通过二阶RC滤波(7)送至AD(8)，同时送至频率测量电路(9)，DSP(6)根据外部中断测得输入信号的基波频率，根据这个频率值动态调整采样频率，通过16bit BUS(12)控制AD(8)并读取采样结果，采样结果和运算结果保存在SDRAM(11)中；DSP(6)通过HPI和显示单元(5)通讯，将实时数据通过显示单元(5)显示，而显示单元(5)通过按键设置，可以将设置定值送给DSP(6)；PC机(13)通过通讯可以读取实时数据，也可将定值设置送给DSP(6)；DSP(6)检查定值无误后，将其保存在FLASH(10)中，FLASH(10)中同时也保存系统程序。

Claims (6)

1.电力系统变频谐波测量装置，包括DSP单元(1)、交流单元(2)、电源单元(3)、开入开出单元(4)以及显示单元(5)在内的结构，其特征在于：其连接采用DSP单元(1)和电源单元(3)都分别与交流单元(2)、显示单元(5)、开入开出单元(4)连接；DSP单元的内部连接是采用DSP(6)和16bit BUS(12)连接，DSP(6)通过HPI连接显示单元(5)，DSP(6)通过RS485与PC机(13)连接，DSP(6)通过外部中断与频率测量电路(9)连接；16bit BUS(12)和FLASH(10)、SDRAM(11)和AD(8)连接；AD(8)则和二阶RC滤波(7)连接。

2.根据权利要求1所述的谐波测量装置，其特征在于：对输入模拟信号的采样间隔根据精确测得的频率动态调整，即变频采样。

3.根据权利要求1所述的谐波测量装置，其特征在于：DSP单元(1)、显示单元(5)都采用了CPU智能控制器。

4.根据权利要求1所述的谐波测量装置，其特征在于：DSP单元(1)的CPU是低成本低功耗高性能嵌入式DSP处理器。

5.根据权利要求1所述的谐波测量装置，其特征在于：DSP单元(1)、显示单元(5)之间通过HPI接口进行通讯。

6.根据权利要求1所述的谐波测量装置，其特征在于：电源单元(3)采用了开关电源。

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