CN105548786B - 电能质量监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电能质量监测装置，主要涉及电学技术领域。包括壳体，所述壳体内设置电路板，所述电路板上设置电压/电流处理模块和DSP模块，所述电压/电流处理模块与DSP模块连接，所述电压/电流处理模块，用于获取监测点的检测信号，并对所述检测信号进行滤波处理，得到监测点的第一信号，并将所述第一信号发送给DSP模块；所述DSP模块，基于所述频率信息和所述采样信号进行运算得到用户侧的电能质量参数。本发明的有益效果在于：它采用DSP作为电能质量监测装置的核心处理单元，能够降低装置成本，并且DSP能够进行保存和传输，能够保证用户侧电能质量参数的完整性，能够解决监测参数不完整以及监测范围受限的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电学技术领域，具体是电能质量监测装置。
背景技术
随着大量的非线性负荷和冲击性负荷对电网扰动的加剧，以及电力用户对电能质量要求的不断提高，电能质量问题得到了供电双方越来越广泛的重视。电力用户作为电能质量问题的受害者的同时也是电能质量问题的制造者，因此获取电力用户侧的电能质量的实时监测数据对于电能质量综合评估和确认干扰源具有重要意义。
目前，现有的电能质量监测装置所监测到的参数有限，有些电能质量监测装置无法获取对用户有重大影响的电压短时中段和骤降等参数，而且监测范围也有限，不能充分获取到用户侧的电能质量数据。而在实际应用中限制电能质量监测范围的原因主要有以下几点：
1)电能质量监测装置的硬件系统过于复杂使得成本较高；
2)用户侧的电能质量数据的本地保存与远方传输不能相互配合，导致数据不完整。
发明内容
本发明的目的在于提供电能质量监测装置，它采用DSP作为电能质量监测装置的核心处理单元，能够降低装置成本，并且DSP能够进行保存和传输，能够保证用户侧电能质量参数的完整性，能够解决监测参数不完整以及监测范围受限的问题。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
电能质量监测装置，包括壳体，所述壳体内设置电路板，所述电路板上设置电压/电流处理模块和DSP模块，所述电压/电流处理模块与DSP模块连接，所述电压/电流处理模块，用于获取监测点的检测信号，并对所述检测信号进行滤波处理，得到监测点的第一信号，并将所述第一信号发送给DSP模块；所述检测信号包括电压信号和电流信号；所述DSP模块，用于接收所述第一信号，并对所述第一信号进行模数A/D转换，对经过A/D转换后的第一信号进行采样得到采样信号，以及从所述第一信号中的电压信号中捕获电网的频率信息，基于所述频率信息和所述采样信号进行运算得到用户侧的电能质量参数。
所述壳体内设置变送器，所述变送器与电压/电流处理模块连接，所述变送器，用于接收输入的电压/电流信号，并对所述电压/电流信号进行降压处理，生成所述检测信号，所述检测信号中的电压信号的电压范围为0～3V。
所述电路板上设置频率测量单元，所述频率测量单元与电压/电流处理模块连接，所述频率测量单元，用于从所述第一信号中提取所述电压信号的A相正弦信号，并将所述A相正弦信号变换为同频率的方波信号，将所述方波信号输入到DSP模块中，以使所述DSP模块根据方波信号获取到电网的频率信息。
所述DSP模块包括A/D转换器、采样单元、捕获单元CAP、中央处理器、内存和通信接口，所述A/D转换器与采样单元连接，所述捕获单元CAP与频率测量单元连接，所述A/D转换器、采样单元、捕获单元CAP、通信接口均与中央处理器连接，所述A/D转换器、采样单元、捕获单元CAP、通信接口均与内存连接，所述中央处理器与内存连接，所述A/D转换器，用于接收第一信号，将第一信号进行模数A/D转换；所述采样单元，用于对经过A/D转换后的第一信号进行采样得到采样信号；所述捕获单元CAP，用于接收频率测量单元输出的方波信号，基于所述方波信号中的相邻两次上升沿或相邻两次下降沿之间的时间差获取到频率信息；所述中央处理器，用于基于所述频率信息和采样信号进行运算得到电能质量参数；所述内存，用于与所述中央处理器进行数据交互；所述通信接口，用于与外部设备进行通信；所述电能质量参数包括频率偏差、电压偏差、电力高次谐波的含量和电压暂降。
所述壳体内设置传输模块，所述传输模块与通信接口连接，所述传输模块，用于接收所述DSP模块输出的电能质量参数，将所述电能质量参数通过无线网络传输到后台终端。
所述壳体内设置存储模块，所述存储模块与通信接口连接，所述存储模块用于暂存电能质量参数。
所述壳体上设置人机接口，所述人机接口与通信接口连接，所述人机接口用于显示监测点的电能质量参数，接收用户通过键盘输入的设置参数。
所述壳体上设置通用串行总线USB接口，所述USB接口与通信接口连接，所述USB接口用于输出电能质量参数。
所述电路板上设置实时时钟，所述实时时钟与通信接口连接，所述实时时钟，用于为电能质量监测提供时间标准。
所述壳体内设有与电路板相适应的支撑座，所述支撑座上设置定位柱，所述电路板上设有与定位柱相适应的定位孔，所述壳体内设置拉簧，所述拉簧的一端与壳体铰接且另一端设置压块，所述压块的底部设置弹性垫，所述电路板的边缘设有与压块相适应的卡槽。
对比现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明的电路板上设置电压/电流处理模块和DSP模块，通过电压/电流处理模块获取监测点的检测信号并进行滤波处理。得到监测点的第一信号并将第一信号发送给DSP模块，DSP模块接收并对第一信号进行模数A/D转换，对经过A/D转换后的第一信号进行采样得到采样信号，以及从第一信号中的电压信号中捕获电网的频率信息，DSP模块基于频率信息和采样信号进行运算得到用户侧的电能质量参数，本发明采用DSP模块作为电能质量监测装置的核心处理单元，能够降低装置成本，并且DSP能够进行保存和传输，能够保证用户侧电能质量参数的完整性，能够解决监测参数不完整以及监测范围受限的问题。
2、所述壳体内设有与电路板相适应的支撑座，所述支撑座上设置定位柱，所述电路板上设有与定位柱相适应的定位孔，所述壳体内设置拉簧，所述拉簧的一端与壳体铰接且另一端设置压块，所述压块的底部设置弹性垫，所述电路板的边缘设有与压块相适应的卡槽，能够便于电路板的固定与安装，能够便于本发明的维护与组装。
附图说明
附图1是本发明的结构框图；
附图2是本发明的DSP模块的结构框图；
附图3是实施例中本发明的结构示意图；
附图4是实施例中电路板的连接示意图；
附图5是附图4的A部放大图；
附图6是实施例中电路板的结构示意图。
附图中标号：1、壳体；2、电路板；3、电压/电流处理模块；4、DSP模块；5、变送器；6、频率测量单元；7、A/D转换器；8、采样单元；9、捕获单元CAP；10、中央处理器；11、内存；12、通信接口；13、传输模块；14、存储模块；15、人机接口；16、USB接口；17、实时时钟；18、支撑座；19、定位柱；20、定位孔；21、拉簧；22、压块；23、弹性垫；24、卡槽。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明所述是电能质量监测装置，包括壳体1，所述壳体1内设置电路板2，所述电路板2上设置电压/电流处理模块3和DSP模块4，所述电压/电流处理模块3与DSP模块4连接，所述电压/电流处理模块3，用于获取监测点的检测信号，并对所述检测信号进行滤波处理，得到监测点的第一信号，并将所述第一信号发送给DSP模块4；所述检测信号包括电压信号和电流信号；所述DSP模块4，用于接收所述第一信号，并对所述第一信号进行模数A/D转换，对经过A/D转换后的第一信号进行采样得到采样信号，以及从所述第一信号中的电压信号中捕获电网的频率信息，基于所述频率信息和所述采样信号进行运算得到用户侧的电能质量参数，本发明采用DSP模块作为电能质量监测装置的核心处理单元，能够降低装置成本，并且DSP能够进行保存和传输，能够保证用户侧电能质量参数的完整性，能够解决监测参数不完整以及监测范围受限的问题。
为了便于输入电压的控制，所述壳体1内设置变送器5，所述变送器5与电压/电流处理模块3连接，所述变送器5，用于接收输入的电压/电流信号，并对所述电压/电流信号进行降压处理，生成所述检测信号，能够将检测信号中的电压信号的电压范围控制在0～3V，能够便于输入电压的控制。
为了便于获取电网的频率信息，所述电路板2上设置频率测量单元6，所述频率测量单元6与电压/电流处理模块3连接，所述频率测量单元6，用于从所述第一信号中提取所述电压信号的A相正弦信号，并将所述A相正弦信号变换为同频率的方波信号，将所述方波信号输入到DSP模块4中，以使所述DSP模块4根据方波信号获取到电网的频率信息，频率测量单元采用比较器，能够便于获取电网的频率信息。
为了便于获取用户侧完整的电能参数，所述DSP模块4包括A/D转换器7、采样单元8、捕获单元CAP9、中央处理器10、内存11和通信接口12，所述A/D转换器7与采样单元8连接，所述捕获单元CAP9与频率测量单元6连接，所述A/D转换器7、采样单元8、捕获单元CAP9、通信接口12均与中央处理器10连接，所述A/D转换器7、采样单元8、捕获单元CAP9、通信接口12均与内存11连接，所述中央处理器10与内存11连接，所述A/D转换器7，用于接收第一信号，将第一信号进行模数A/D转换；所述采样单元8，用于对经过A/D转换后的第一信号进行采样得到采样信号；所述捕获单元CAP9，用于接收频率测量单元输出的方波信号，基于所述方波信号中的相邻两次上升沿或相邻两次下降沿之间的时间差获取到频率信息；所述中央处理器10，用于基于所述频率信息和采样信号进行运算得到电能质量参数；所述内存11，用于与所述中央处理器10进行数据交互；所述通信接口12，用于与外部设备进行通信；所述电能质量参数包括频率偏差、电压偏差、电力高次谐波的含量和电压暂降。
为了便于电能质量参数的传输，所述壳体1内设置传输模块13，所述传输模块13与通信接口12连接，所述传输模块13，用于接收所述DSP模块4输出的电能质量参数，将所述电能质量参数通过无线网络传输到后台终端，能够便于电能质量参数的传输。
为了保证电能质量参数的完整性，所述壳体1内设置存储模块14，所述存储模块14与通信接口12连接，所述存储模块14用于暂存电能质量参数，能够保证电能质量参数的完整性。
为了便于人机交互，所述壳体1上设置人机接口15，所述人机接口15与通信接口12连接，所述人机接口15用于显示监测点的电能质量参数，接收用户通过键盘输入的设置参数，能够便于人机交互。
为了便于电能质量参数的输出，所述壳体1上设置通用串行总线USB接口16，所述USB接口16与通信接口12连接，所述USB接口16用于输出电能质量参数，能够便于电能质量参数的输出。
为了便于电能质量参数的实时记录与故障排查，所述电路板2上设置实时时钟17，所述实时时钟17与通信接口12连接，所述实时时钟17，用于为电能质量监测提供时间标准，能够为故障排查提供时间依据，能够便于电能质量参数的实时记录与故障排查。
所述壳体1内设有与电路板2相适应的支撑座18，所述支撑座18上设置定位柱19，所述电路板2上设有与定位柱19相适应的定位孔20，所述壳体1内设置拉簧21，所述拉簧21的一端与壳体1铰接且另一端设置压块22，所述压块22的底部设置弹性垫23，所述电路板2的边缘设有与压块22相适应的卡槽24，能够便于电路板的固定与安装，能够便于本发明的维护与组装。
实施例：本发明所述是电能质量监测装置，包括壳体，所述壳体内设置支撑座，所述支撑座上安装电路板。所述支撑座上设有两个定位柱，所述电路板上设有与定位柱相适应的定位孔，能够便于电路板的定位，所述壳体内对称设置拉簧，所述拉簧的一端通过铰接件与壳体铰接，且另一端设置压块，能够将电路板固定，所述压块的底部设有橡胶弹性垫，能够避免压坏电路板，所述电路板的边缘设有与压块相适应的卡槽，能够便于电路板的固定与安装，能够便于本发明的维护与组装。所述电路板上设置电压/电流处理模块和DSP模块，所述电压/电流处理模块与DSP模块连接。所述电压/电流处理模块，用于获取监测点的检测信号，得到监测点的第一信号，并将所述第一信号发送给DSP模块。所述电压/电流处理模块内设有一个4阶的巴特沃斯低通滤波器，通过该滤波器进行去除噪声和抗混叠滤波。所述检测信号包括电压信号和电流信号。所述DSP模块采用TMS320F335，所述DSP模块内设有编制好的嵌入式软件，用于接收所述第一信号，并对所述第一信号进行模数A/D转换，对经过A/D转换后的第一信号进行采样得到采样信号，以及从所述第一信号中的电压信号中捕获电网的频率信息，基于所述频率信息和所述采样信号进行运算得到用户侧的电能质量参数。本发明采用DSP模块作为电能质量监测装置的核心处理单元，能够降低装置成本，并且DSP能够进行保存和传输，能够保证用户侧电能质量参数的完整性，能够解决监测参数不完整以及监测范围受限的问题。所述壳体内设置变送器，所述变送器与电压/电流处理模块连接，所述变送器，用于接收输入的电压/电流信号，能够对电压/电流信号进行降压处理，生成检测信号，能够将检测信号中的电压信号的电压范围控制在0～3V，能够便于输入电压的控制。所述电路板上设置频率测量单元，所述频率测量单元与电压/电流处理模块连接，所述频率测量单元采用比较器，能够从第一信号中提取所述电压信号的A相正弦信号，并将所述A相正弦信号变换为同频率的方波信号，并将所述方波信号输入到DSP模块中，以使所述DSP模块根据方波信号获取到电网的频率信息。所述DSP模块包括A/D转换器、采样单元、捕获单元CAP、中央处理器、内存和通信接口。所述A/D转换器，用于接收第一信号，将第一信号进行模数A/D转换。所述采样单元，用于对经过A/D转换后的第一信号进行采样得到采样信号。所述捕获单元CAP，用于接收频率测量单元输出的方波信号，基于所述方波信号中的相邻两次上升沿或相邻两次下降沿之间的时间差获取到频率信息。所述中央处理器，用于基于所述频率信息和采样信号进行运算得到电能质量参数。所述内存，用于与所述中央处理器进行数据交互。所述通信接口包括SPI、GPIO和SCI，用于与外部设备进行通信。所述电能质量参数包括频率偏差、电压偏差、电力高次谐波的含量和电压暂降。所述壳体内设置传输模块，所述传输模块与通信接口连接，用于接收所述DSP模块输出的电能质量参数，将所述电能质量参数通过无线网络传输到后台终端，能够便于电能质量参数的传输。传输模块采用GPRS模块，通过GPRS模块将电能质量参数发送到后台终端，GPRS通信方式具有可靠性高、传播距离远、覆盖面广以及时效性强等优点。GPRS模块通过SCI接口中的SCIA与DSP模块连接。所述壳体内设置存储模块，所述存储模块与通信接口连接，所述存储模块用于暂存电能质量参数，能够避免由于停电或通信中断造成数据的丢失，能够保证电能质量参数的完整性，存储模块采用串行Flash，串行Flash通过SPI与DSP模块连接。所述壳体上设置人机接口，所述人机接口与通信接口连接，所述人机接口包括液晶显示器和键盘，人机接口通过GPIO与DSP连接，能够用于显示监测点的电能质量参数，接收用户通过键盘输入的设置参数，能够便于人机交互。为了便于电能质量参数的输出，所述壳体上设置通用串行总线USB接口，所述USB接口与通信接口连接，所述USB接口用于输出电能质量参数，能够便于电能质量参数的输出，所述USB接口可连接打印机或者U盘，能够便于记录和查看电能质量参数。所述电路板上设置实时时钟，所述实时时钟与通信接口连接，所述实时时钟选用集成电路总线的时钟芯片，用于为电能质量监测提供时间标准，能够为故障排查提供时间依据，能够便于电能质量参数的实时记录与故障排查。
Claims (9)
1.电能质量监测装置，包括壳体(1)，所述壳体(1)内设置电路板(2)，其特征是：所述电路板(2)上设置电压/电流处理模块(3)和DSP模块(4)，所述电压/电流处理模块(3)与DSP模块(4)连接，
所述壳体(1)内设有与电路板(2)相适应的支撑座(18)，所述支撑座(18)上设置定位柱(19)，所述电路板(2)上设有与定位柱(19)相适应的定位孔(20)，所述壳体(1)内设置拉簧(21)，所述拉簧(21)的一端与壳体(1)铰接且另一端设置压块(22)，所述压块(22)的底部设置弹性垫(23)，所述电路板(2)的边缘设有与压块(22)相适应的卡槽(24)，
所述电压/电流处理模块(3)，用于获取监测点的检测信号，并对所述检测信号进行滤波处理，得到监测点的第一信号，并将所述第一信号发送给DSP模块(4)；
所述检测信号包括电压信号和电流信号；
所述DSP模块(4)，用于接收所述第一信号，并对所述第一信号进行模数A/D转换，对经过A/D转换后的第一信号进行采样得到采样信号，以及从所述第一信号中的电压信号中捕获电网的频率信息，基于所述频率信息和所述采样信号进行运算得到用户侧的电能质量参数。
2.根据权利要求1所述的电能质量监测装置，其特征是：所述壳体(1)内设置变送器(5)，所述变送器(5)与电压/电流处理模块(3)连接，
所述变送器(5)，用于接收输入的电压/电流信号，并对所述电压/电流信号进行降压处理，生成所述检测信号，所述检测信号中的电压信号的电压范围为0～3V。
3.根据权利要求1所述的电能质量监测装置，其特征是：所述电路板(2)上设置频率测量单元(6)，所述频率测量单元(6)与电压/电流处理模块(3)连接，
所述频率测量单元(6)，用于从所述第一信号中提取所述电压信号的A相正弦信号，并将所述A相正弦信号变换为同频率的方波信号，将所述方波信号输入到DSP模块(4)中，以使所述DSP模块(4)根据方波信号获取到电网的频率信息。
4.根据权利要求3所述的电能质量监测装置，其特征是：所述DSP模块(4)包括A/D转换器(7)、采样单元(8)、捕获单元CAP(9)、中央处理器(10)、内存(11)和通信接口(12)，所述A/D转换器(7)与采样单元(8)连接，所述捕获单元CAP(9)与频率测量单元(6)连接，所述A/D转换器(7)、采样单元(8)、捕获单元CAP(9)、通信接口(12)均与中央处理器(10)连接，所述A/D转换器(7)、采样单元(8)、捕获单元CAP(9)、通信接口(12)均与内存(11)连接，所述中央处理器(10)与内存(11)连接，
所述A/D转换器(7)，用于接收第一信号，将第一信号进行模数A/D转换；
所述采样单元(8)，用于对经过A/D转换后的第一信号进行采样得到采样信号；
所述捕获单元CAP(9)，用于接收频率测量单元输出的方波信号，基于所述方波信号中的相邻两次上升沿或相邻两次下降沿之间的时间差获取到频率信息；
所述中央处理器(10)，用于基于所述频率信息和采样信号进行运算得到电能质量参数；
所述内存(11)，用于与所述中央处理器(10)进行数据交互；
所述通信接口(12)，用于与外部设备进行通信；
所述电能质量参数包括频率偏差、电压偏差、电力高次谐波的含量和电压暂降。
5.根据权利要求4所述的电能质量监测装置，其特征是：所述壳体(1)内设置传输模块(13)，所述传输模块(13)与通信接口(12)连接，
所述传输模块(13)，用于接收所述DSP模块(4)输出的电能质量参数，将所述电能质量参数通过无线网络传输到后台终端。
6.根据权利要求4所述的电能质量监测装置，其特征是：所述壳体(1)内设置存储模块(14)，所述存储模块(14)与通信接口(12)连接，所述存储模块(14)用于暂存电能质量参数。
7.根据权利要求4所述的电能质量监测装置，其特征是：所述壳体(1)上设置人机接口(15)，所述人机接口(15)与通信接口(12)连接，所述人机接口(15)用于显示监测点的电能质量参数，接收用户通过键盘输入的设置参数。
8.根据权利要求4所述的电能质量监测装置，其特征是：所述壳体(1)上设置通用串行总线USB接口(16)，所述USB接口(16)与通信接口(12)连接，所述USB接口(16)用于输出电能质量参数。
9.根据权利要求4所述的电能质量监测装置，其特征是：所述电路板(2)上设置实时时钟(17)，所述实时时钟(17)与通信接口(12)连接，所述实时时钟(17)，用于为电能质量监测提供时间标准。
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