CN104502735A - 一种适用于低压配电柜的三相不平衡监测系统 - Google Patents

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郭贺宏
赵庆生
刘玲
高瑞斌
孙凯
王振起
张宗兴
王志伟
韩肖清
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Abstract

本发明提供一种适用于低压配电柜的三相不平衡监测系统,包括数字信号处理器DSP、A/D转换模块、GPRS无线通信模块、三相电压信号调理电路、三相电流信号调理电路和中性线电流信号调理电路。配电柜中的三相电压、三相电流以及中性线电流经过信号调理电路输入至监测系统中,通过混合基FFT和对称分量法,得到三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、三相电压基波幅值、三相电流基波幅值、中性线电流有效值等电气量。监测系统通过GPRS将计算所得结果发送至数据中心,数据中心的检测软件负责对该数据进行接收、分析和管理。通过本发明,供电单位可及时准确掌握各个负荷点的三相不平衡情况,针对人工换相的解决办法,可有效降低成本,减轻工作人员负担。

Description

一种适用于低压配电柜的三相不平衡监测系统
技术领域
本发明属于电力系统自动化领域,尤其涉及一种电力系统监测系统,特别涉及一种可用于低压配电柜的三相不平衡监测系统。
背景技术
三相电压不平衡是电能质量的一个重要指标,三相电压幅值不同或相位差不是120°,或兼而有之即为三相电压不平衡。不平衡度指三相电力系统中三相不平衡的程度,用电压负序基波分量与正序基波分量的方均根值百分比表示。目前针对三相不平衡度较大并长期处于不平衡状态的用电地区多采用人工换相调整的方式,利用钳形电流表人工测量某一时刻的三相电流值,经过分析计算来确定该用电地区是否三相不平衡,人力成本较大,且电流值代表性较差,并不能真实反映全过程的负荷情况,若采用补偿装置则会增加系统谐波,三次谐波会增加零序电流,如果谐波过大的话就没有起到补偿效果,造成浪费。
发明内容
本发明为了解决用电地区的不平衡度不能被简单有效监测的问题,提供了一种适用于低压配电柜的三相不平衡监测系统,可及时准确监测各个用电地区的三相不平衡情况,成本低,易操作,效率高。
本发明是采用如下的技术方案实现的:一种适用于低压配电柜的三相不平衡监测系统,包括数字信号处理器DSP、A/D转换模块、GPRS无线通信模块、三相电压信号调理电路、三相电流信号调理电路和中性线电流信号调理电路,其中三相电压信号调理电路包括电压互感器、第一滤波电路和第一交直流转换电路,电压互感器的输出端和第一滤波电路的输入端连接,第一滤波电路的输出端和第一交直流转换电路的输入端连接,第一交直流转换电路的输出端和A/D转换模块的输入端连接;三相电流信号调理电路包括第一电流互感器、第二滤波电路和第二交直流转换电路,第一电流互感器的输出端和第二滤波电路的输入端连接,第二滤波电路的输出端和第二交直流转换电路的输入端连接,第二交直流转换电路的输出端和A/D转换模块的输入端连接;中性线电流信号调理电路包括第二电流互感器、第三滤波电路和第三交直流转换电路,第二电流互感器的输出端和第三滤波电路的输入端连接,第三滤波电路的输出端和第三交直流转换电路的输入端连接,第三交直流转换电路的输出端和数字信号处理器DSP的AD转换接口连接,A/D转换模块的输出端和数字信号处理器DSP的输入端连接,数字信号处理器DSP的输出端和GPRS无线通信模块连接。
工作时,三相电压信号调理电路中的电压互感器测量配电柜中的三相电压,三相电流信号调理电路中的第一电流互感器测量配电柜中的三相电流,中性线电流信号调理电路中的第二电流互感器测量配电柜中的中性线电流,三相电压、三相电流和中性线电流经过对应的信号调理电路转换为AD可接收的小电压信号,A/D转换模块对三相电压和三相电流信号进行模数转换,而数字信号处理器DSP内部AD对中性线电流进行模数转换,数字信号处理器DSP读取AD的转换结果,并计算得出三相电压电流基波相量、中性线电流有效值、电压电流三相不平衡度。数字信号处理器DSP调用GPRS无线通信模块将计算结果发送至数据中心,数据中心将数据存储、分析和发布。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)及时准确监测各个用电地区三相不平衡度,并将监测结果发送至数据中心,工作人员无需人工测量计算,大大提高工作效率,降低人力成本,减轻工作负担;
(2)对采集的电压信号进行混合基FFT变换,得到信号的基波相量,再利用对称分量法计算得到三相不平衡度,计算结果精度高;
(3)采用GPRS无线通信技术,非常适用于范围广,数据量小的场合,我国低压配电网范围极广,且存在不少山村地区,单独铺设通信线路需大量资金,GPRS无线通信具有得天独厚的优势。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为三相电压信号调理电路的结构示意图。
图3为三相电流信号调理电路的结构示意图。
图4为中性线电流信号调理电路的结构示意图。
图5为A/D芯片与DSP连接示意图。
图6为GPRS模块与DSP连接示意图。
图7为DSP工作流程图。
具体实施方式
如图1~图4所示,一种适用于低压配电柜的三相不平衡监测系统,包括数字信号处理器DSP、A/D转换模块、GPRS无线通信模块、三相电压信号调理电路、三相电流信号调理电路和中性线电流信号调理电路,其中三相电压信号调理电路包括电压互感器、第一滤波电路和第一交直流转换电路,电压互感器的输出端和第一滤波电路的输入端连接,第一滤波电路的输出端和第一交直流转换电路的输入端连接,第一交直流转换电路的输出端和A/D转换模块的输入端连接;三相电流信号调理电路包括第一电流互感器、第二滤波电路和第二交直流转换电路,第一电流互感器的输出端和第二滤波电路的输入端连接,第二滤波电路的输出端和第二交直流转换电路的输入端连接,第二交直流转换电路的输出端和A/D转换模块的输入端连接;中性线电流信号调理电路包括第二电流互感器、第三滤波电路和第三交直流转换电路,第二电流互感器的输出端和第三滤波电路的输入端连接,第三滤波电路的输出端和第三交直流转换电路的输入端连接,第三交直流转换电路的输出端和数字信号处理器DSP的AD转换接口连接。A/D转换模块的输出端和数字信号处理器DSP的输入端连接,数字信号处理器DSP的输出端和GPRS无线通信模块连接。
具体实施时,数字信号处理器DSP采用型号为TMS320F2812型的数字信号处理器,第一电流互感器和第二电流互感器的型号为BH-0.66 50 I,A/D转换模块中A/D芯片的型号为ADS8364,GPRS无线通信模块的型号为EM310。
第一电流互感器和第二电流互感器都包括第一级电流互感器和第二级电流互感器,其中第一级电流互感器将配电柜中大电流转换为0-5A的小电流信号,再经过第二级电流互感器、滤波电路和交直流转换电路最终转换为0-3V的小电压模拟信号,数字信号处理器DSP还可通过CANET100模块将数据以有线的形式传输。
如图5所示,A/D转换模块中A/D芯片ADS8364的管脚CHA0+~CHC1+为模拟信号的输入通道,与三相电压信号调理电路、三相电流信号调理电路输出端相连接;数字信号处理器DSP的管脚GPIO7输出一个持续20ms的低电平至,保证A/D芯片ADS8364复位成功;数字信号处理器DSP通过PWM1输出4.8MHz的时钟脉冲至 CLK,使A/D芯片ADS8364可正常工作;在转换结束后变为低电平从而触发数字信号处理器DSP的外部中断,数字信号处理器DSP进入中断处理;A0~A2的连接方式确定了数据的读取方式为循环读取;A/D芯片ADS8364为16位高精度AD,输出的16位采样结果经DATA[0:15]传输至D0~D15,数字信号处理器DSP在中断处理中读取采样数据;数字信号处理器DSP利用定时中断产生采样脉冲,由GPIOA1~GPIOA3分别连接~,触发CHA~CHC三组通道进行采样,中性线电流I0经信号调理后与数字信号处理器DSP内部ADCINA0连接。
如图6所示,EM310与数字信号处理器DSP是通过串口进行通信的,即通过RXD、TXD和SCIARX、SCIATX连接,数字信号处理器DSP由SCIATX引脚发送AT指令来控制EM310,将数据通过GPRS发送至数据中心;EM310返回的校验信息等由RXD引脚发送至数字信号处理器DSP,数字信号处理器DSP的GPIOA4引脚发出50ms的低电平至实现EM310启动,再将拉低50ms即可使EM310关机。
图7所示,为监测系统的工作流程图,具体如下:
(1)系统初始化,复位TMS320F2812;
(2)DSP发出复位信号,复位ADS8364以及EM310;
(3)DSP使用内部事件管理器发出一定频率的采样脉冲,启动ADS8364采样三相电压电流信号,同时启动内部AD对中性线电流进行采样;
(4)采样完成后,触发中断,按照默认的中断优先级,分别进入外部中断和ADC中断读取采样数据;
(5)采样点数满足一个周波后,对采样数据进行混合基FFT变换,计算出三相电压、电流的基波幅值和相位;再应用对称分量法计算出电压、电流的三相不平衡度;
(6)应用均方根算法,计算得到中性线电流有效值;
(7)DSP通过串口发送相应的AT指令,调用EM310将计算所得结果以无线的方式发送至数据中心;通过内部邮箱,将计算结果使用CAN通信发送至CANET100模块,CANET100将数据以网络通信的方式发送至数据中心;
(8)等待两次发送时间间隔为1分钟后,打开中断使能,重新读取采样数据,转至步骤(3)继续执行。

Claims (1)

1.一种适用于低压配电柜的三相不平衡监测系统,其特征在于包括数字信号处理器DSP、A/D转换模块、GPRS无线通信模块、三相电压信号调理电路、三相电流信号调理电路和中性线电流信号调理电路,其中三相电压信号调理电路包括电压互感器、第一滤波电路和第一交直流转换电路,电压互感器的输出端和第一滤波电路的输入端连接,第一滤波电路的输出端和第一交直流转换电路的输入端连接,第一交直流转换电路的输出端和A/D转换模块的输入端连接;三相电流信号调理电路包括第一电流互感器、第二滤波电路和第二交直流转换电路,第一电流互感器的输出端和第二滤波电路的输入端连接,第二滤波电路的输出端和第二交直流转换电路的输入端连接,第二交直流转换电路的输出端和A/D转换模块的输入端连接;中性线电流信号调理电路包括第二电流互感器、第三滤波电路和第三交直流转换电路,第二电流互感器的输出端和第三滤波电路的输入端连接,第三滤波电路的输出端和第三交直流转换电路的输入端连接,第三交直流转换电路的输出端和数字信号处理器DSP的AD转换接口连接,A/D转换模块的输出端和数字信号处理器DSP的输入端连接,数字信号处理器DSP的输出端和GPRS无线通信模块连接。
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