CN102437641A - 基于3g电能质量远程监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于3G电能质量远程监测方法，该远程监测方法由基于3G的多核电能测试系统完成，包括数字信号处理器、数模转换器、逻辑控制器、3G通讯模块、输入输出模块和程序存储器；预先存放于数字信号处理器中的主程序控制数模转换器对电网电压、电流信号采集信号并存放于缓存中；数字信号处理器对采集的数据进行处理得到基波、谐波的幅值、频率、相位、三相不平衡、电压瞬变参数；程序存储器中的程序在接收到远程指令或键盘指令后，以多线程方式完成3G通信。本发明利用双处理器信号处理和3G网络传输，实现电能质量的基波及谐波的幅值、频率、相位，三相不平衡、电压瞬变参数无线远程在线监测，覆盖范围大，组网容易，监测速度高。

Description

基于3G电能质量远程监测方法

技术领域

本发明涉及电能质量远程自动检测领域，特别涉及一种基于3G网络的多处理器电能质量监测方法。

背景技术

电能质量远程监测是智能电网所需解决的关键问题之一，它不仅要能进行电能质量的监测，还要能便于将分散的监测数据远程传送到监控中心。目前，大部分电能质量监测设备能够进行电能质量的本地监测，也有一些具有RS232、RS485的本地通信端口，还有带有以太网的网络端口，这些端口能够解决测试终端与上位机通讯，或者接入到以太网实现数据的有线网络监测，但是对于大量分散的变配电设备要求架设监测网络并不现实，第三代移动通信3G网络是具有综合业务、覆盖范围广泛的数据平台，本发明借助3G网络进行远程数据通讯，能够很好地解决远程电能监测。

发明内容  

本发明的目的在于：针对现有电能质量监测难以实现3G远程监测问题，提供一种基于3G电能质量远程监测方法，该方法利用双处理器实现信号处理和3G网络传输，主要包括电能质量的基波及谐波的幅值、频率、相位、三相不平衡、电压瞬变等参数计算和无线远程监测功能。

本发明解决技术问题所采取的方案是：该远程监测方法是基于3G网络由多个处理器为核心的测试系统完成电能测试和信息分析及数据传送，所述基于3G的多核电能测试系统包括数字信号处理器DSP、数模转换器、逻辑控制器FPGA、3G通讯模块、输入输出模块和程序存储器NIOS，数字信号处理器DSP的芯片是TMS320C6713，数模转换器的芯片是AD7606，逻辑控制器FPGA的芯片是EP1C12 和Q204C8，3G通讯模块的芯片是LC6311，所述监测方法包括以下步骤：

步骤1、预先存放于数字信号处理器DSP中的主程序控制数模转换器对电网电压、电流信号采集，通过在FGPA设计的倍频电路，对电压信号整形后的电源同频率信号进行512倍频得到相对采样率，每周期采样512点波形数据存放于DSP二级缓存中，供信号处理程序访问；

步骤2、数字信号处理器DSP对采集的数据进行同步FFT数字信号处理得到各次基波各次谐波的幅值、频率、相位，再经计算得到三相不平衡、电压瞬变参数，因采用同步整周期FFT，故不存在谐波频谱泄漏问题，在时域范围内经由电压的凹陷和突变及过电压欠电压定义可求得电压瞬变参数；

步骤3、程序存储器NIOS中的程序在接收到远程指令或键盘指令后，NIOS以多线程方式完成3G通信进程管理、数据显示、键盘控制。

本发明的有益效果是：实现3G远程在线监测，覆盖范围大，在组网上较有线网络组网容易，实时无线监测数据速度高，同时采用电源频率信号512倍频得到相对采样率，进行整周期采集与信号处理减少了FFT算法因栅栏效应造成的计算误差。

附图说明

图1 为基于3G的多核电能测试系统结构图。

图2 为3G电能测试终端NIOS中通信、显示、控制程序主流程图。

图3 为3G通信流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术解决方案作进一步说明，不能理解为是对方案的限制。

如图1所示，该远程监测方法是基于3G网络由多个处理器为核心的测试系统完成电能测试和信息分析及数据传送，所述的基于3G的多核电能测试系统包括数字信号处理器DSP、数模转换器、逻辑控制器FPGA、3G通讯模块、输入输出模块和程序存储器NIOS，数字信号处理器DSP的芯片是TMS320C6713，数模转换器的芯片为AD7606，逻辑控制器FPGA芯片为EP1C12Q204C8，3G通讯模块的芯片是LC6311，该监测方法的具体流程如下：数字信号处理器的核心是TI 32位浮点数字信号处理器DSP，以EDMA（Enhanced DMA）方式将电压、电流信号从数据采集的模数转换器AD7606的8个模拟输入端V1-V8连续采集量化成每点16位的二进制的8个数据，同时产生EDMA同步信号将512×8点数据连续送到数据存储器SDRAM中，DSP以多线程方式对信号进行同步信号处理得到基波及各次谐波的幅值、频率、相位参数，同时将原始波形数据和计算得到的数据送到设计的逻辑控制器FPGA“双端口RAM”中，供输入输出模块来显示，经内核CPU的NIOS装帧处理，再经3G通讯模块送到远程主机。

为防止快速傅里变换FFT过程中的频率泄漏和栅栏效应对分析结果造成的误差，逻辑控制器FGPA设置了工频锁相环PLL电路跟踪电源频率，同时以512倍同步采样频率采集电源信号，这样对每个工频周期的时域信号分析就变为整周期的信号分析，能够保证分析结果的准确性。

为保证实时性采用DSP和NIOS两个CPU，DSP主要负责信号处理，而NIOS除完成3G通信的进程管理外，要完成320*240象素的液晶显示器的图形化显示和各类寄存器的控制、触摸屏的键值采集和图形交互，NIOS的操作系统为uCOS，上述各任务的管理都是通过多线程方式完成。

如图2所示，是实现上述原理的3G电能测试终端程序存储器NIOS主流程图。CPU NIOS和DSP构成主从控制模式，接受从3G远传过来的指令或键盘命令，上电后NIOS完成采集初始化过程，通过DSP进行采集，DSP的信号采集以EDMA方式进行，每当一个整周期的数据512点采集完成，就产生一次中断，DSP进入ZoomFFT信号处理得到电能质量的基波及谐波的幅值信号，并将其存入FPGA中构建的双端口RAM中，同时令DataFlash=1，标记数据已刷新；当通过3G网络的远程主站有请求时，就“启动3G远传进程”，将这些数据送往远程的主站；当没有远程请求时这些数据会在本地显示；如果系统设置了时域、显示波形显示、矢量图显示和生成功能，都是通过触摸屏与NIOS进行交互，当“触摸屏有中断请求”，程序按照菜单进行功能散转，进入数据、图形、域值设置等窗口调用相应数据完成显示功能。

如图3所示，是基于3G的多核电能测试系统的3G通信流程图。当远端的主站需要对监测终端进行数据监测时，首先由模块“建立3G信道”通过程序中预设的AT指令，呼叫基站请求建立APN、申请上下行带宽、激活TCP/IP业务、进入数据传输模式；模块“数据包封装”将采集、处理后的数据封装为TCP帧，以便于通过3G网络分组有序地传送到上位机，传送时采用流量控制，即每发一个包就等待对方的应答信号，如果是肯定应答说明数据正确收到，继续传送下一个包，如果是否定应答则说明错误，需要重传，直到一数据传完为止；为防止无限制重传死锁，采用了重传最多8次的限制；同时还设定超时定时以防止传输数据的中间断线，即在规定的10ms时间内收不到应答就认为线路故障，当出现异常时程序回到初始状态。

Claims (1)

1.基于3G电能质量远程监测方法，其特征在于：该远程监测方法是基于3G网络由多个处理器为核心的测试系统完成电能测试和信息分析及数据传送，所述基于3G的多核电能测试系统包括数字信号处理器DSP、数模转换器、逻辑控制器FPGA、3G通讯模块、输入输出模块和程序存储器NIOS，数字信号处理器DSP的芯片是TMS320C6713，数模转换器的芯片是AD7606，逻辑控制器FPGA的芯片是EP1C12 和Q204C8，3G通讯模块的芯片是LC6311，该监测方法包括以下步骤：

步骤1、预先存放于数字信号处理器DSP中的主程序控制数模转换器对电网电压、电流信号采集，通过在FGPA设计的倍频电路，对电压信号整形后的电源同频率信号进行512倍频得到相对采样率，每周期采样512点波形数据存放于DSP二级缓存中，供信号处理程序访问；

步骤2、数字信号处理器DSP对采集的数据进行同步FFT数字信号处理得到各次基波各次谐波的幅值、频率、相位，在时域范围内经由电压的凹陷和突变及过电压欠电压定义求得经计算得到三相不平衡、电压瞬变参数；

步骤3、程序存储器NIOS中的程序在接收到远程指令或键盘指令后，NIOS以多线程方式完成3G通信进程管理、数据显示、键盘控制。

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