CN107064679A - 新型电能质量监测装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型电能质量监测装置，包括电源模块、主控模块、通信模块、数字测量模块和模拟测量模块；电源模块供电；数字测量模块和模拟测量模块接收或测量外部电能的数字或模拟量信号并上传主控模块；主控模块根据上传的数据完成电能质量的监测，并对数字测量模块和模拟测量模块进行控制。本发明还公开了所述监测装置的监测方法，包括模拟测量模块测量外部电能模拟量数据并分析处理；数字测量模块接收外部电能的数字量数据并上分析处理；将分析处理结果上传主控模块；主控模块对电能质量进行监测和显示。本发明可以保证电能质量监测仪具有比以前的产品功能更强大、准确度更高、性能更稳定的优势与特点。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种新型电能质量监测装置及监测方法。
背景技术
随着国家经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为了人们生产和生活中必不可少的二次能源。而电能质量的优劣则直接关系到用电户的用电体验。
电能质量监测装置是用于实时记录、分析和监测电网电能质量的装置。现使用的电能质量监测装置大多采用DSP+传统的工控机方案，DSP芯片负责电压电流的采样数据处理、分析，工控机负责对DSP处理输出的数据进行统计、对外部进行数据交换、对装置进行人机界面控制，DSP和工控机之间采用总线方式进行传输。目前这种方案成熟、稳定、成本低，得到了业界广泛的使用。但这种方案也有一定局限性：首先，DSP芯片处理任务单一，难以满足最新的电能质量标准IEC61000中提出的对谐波、闪变、不平衡的监测分析要求；其次，总线传输的速度慢，易受干扰，难以实现多通道、大容量的数据传输，再者，DSP+传统的工控机方案成本高、体积大，已不适合现阶段新型电能质量监测装置的发展要求。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种体积小、成本低、精度高、性能稳定的新型电能质量监测装置。
本发明的目的之二在于提供一种所述新型电能质量监测装置所采用的监测方法。
本发明提供的这种新型电能质量监测装置，包括电源模块、主控模块、通信模块、数字测量模块和模拟测量模块；电源模块给所述新型电能质量监测装置供电；数字测量模块和模拟测量模块用于接收或测量外部电能的数字或模拟量信号，并将测量数据通过通信模块上传给主控模块；主控模块用于根据上传的数据完成电能质量的监测，同时也对数字测量模块和模拟测量模块进行控制。
所述的新型电能质量监测装置还包括显示模块；显示模块与主控模块连接，用于显示所述新型电能质量监测装置的工作参数。
所述的数字测量模块包括数字测量控制器电路，以及和数字测量控制器电路连接的光纤接口电路、存储器电路和串口通信电路；光纤接口电路用于接收外部数字传感器发送的采样信号，并上传数字测量控制器电路；数字测量控制器电路用于根据光纤接口电路上传的采样信号进行处理；存储器电路用于存储数字测量模块的工作参数和数字测量数据；串口通信电路用于数字测量控制器电路与主控模块进行通信。
所述的模拟测量模块包括模拟测量控制器电路，和模拟测量控制器电路连接的AD采样电路、存储器电路和串口通信电路，以及用于外部电压电流检测的电压传感器和电流传感器及其信号采样电路；电压传感器和电流传感器用于检测外部的电压和电流信号，并通过信号采样电路完成数据采样，再通过AD采样电路转换为数字信号并转入模拟测量控制器电路；模拟测量控制器电路用于根据上传的采样信号进行处理；存储器电路用于存储模拟数据测量模块的工作参数和模拟测量数据；串口通信电路用于模拟测量控制器电路与主控模块进行通信。
所述数字测量控制器电路和模拟测量控制器电路均为DSP控制电路。
所述的主控模块包括主控电路，以及和主控电路连接的串口通信电路和存储器电路；主控电路用于根据接收的信号进行电能质量的监测，同时用于通过显示模块对外显示新型电能质量监测装置的工作参数；存储器电路用于存储所述主控电路的工作数据和参数；串口通信电路用于主控电路和数字测量模块、模拟测量模块之间的通信。
所述的主控电路为ARM主控电路。
所述的通信模块为采用USB HUB芯片制成的高速USB通信电路。
所述的电源模块包括依次串接的EMC电路、整流电路、滤波电路和开关电源电路；EMC电路用于对所述电源模块的输入电源进行EMC滤波和保护，然后再通过整流电路整流后得到直流电能，再通过滤波电路滤波杂波后通过开关电源电路得到最终的供电电源。
本发明还提供了一种所述新型电能质量监测装置的监测方法，包括如下步骤：
S1. 模拟测量模块测量外部电能的模拟量数据并上传模拟测量控制器电路，模拟测量控制器电路对测量信号进行分析处理；
S2. 数字测量模块接收外部电能的数字量数据并上传数字测量控制器电路，数字测量控制器电路对测量信号进行分析处理；
S3. 模拟测量模块和数字测量模块通过通信电路将各自的分析处理结果上传主控模块；
S4. 主控模块根据上传的分析处理结果对电能质量进行监测，并通过显示模块进行实时显示。
本发明提供的这种新型电能质量监测装置及监测方法，采用双核架构，DSP数字处理器+ARM9高端芯片组成监测管理系统， DSP数字处理器负责前端的电能质量数据处理，算法分析，同时自身也具有与外部进行数据通信功能，ARM9高端芯片则负责对数据进行统计与整个装置人机界面管理，通信，输入输出的控制；主控模块和测量模块之间通过高速USB总线进行通信，数据传输率最快可达480M/秒，且USB差分传输的抗干扰性远远强于总线；因此本发明可以保证电能质量监测仪具有比以前的产品功能更强大、准确度更高、性能更稳定的优势与特点。
附图说明
图1为本发明的功能模块图。
图2为本发明的数字测量模块的电路连接示意图。
图3为本发明的模拟测量模块的电路连接示意图。
图4为本发明的主控模块的电路连接示意图。
图5为本发明的通信模块的电路连接示意图。
图6为本发明的电源模块的电路连接示意图。
图7为本发明的方法流程图。
具体实施方式
如图1所示为本发明的功能模块图：本发明提供的这种新型电能质量监测装置，包括电源模块、主控模块、通信模块、数字测量模块、模拟测量模块和显示模块；电源模块给所述新型电能质量监测装置供电；数字测量模块和模拟测量模块用于接收或测量外部电能的数字或模拟量信号，并将测量数据通过通信模块上传给主控模块；主控模块用于根据上传的数据完成电能质量的监测，同时也对数字测量模块和模拟测量模块进行控制；显示模块与主控模块连接，用于显示所述新型电能质量监测装置的工作参数。
如图2所示为本发明的数字测量模块的电路连接示意图：数字测量模块包括数字测量控制器电路，以及和数字测量控制器电路连接的光纤接口电路、存储器电路和串口通信电路；光纤接口电路用于接收外部数字传感器发送的采样信号，并上传数字测量控制器电路；数字测量控制器电路用于根据光纤接口电路上传的采样信号进行处理；存储器电路用于存储数字测量模块的工作参数和数字测量数据；串口通信电路用于数字测量控制器电路与主控模块进行通信。
数字测量控制器电路采用型号为OMAPL138的DSP芯片电路；采用NAND FLASH提供启动、系统程序的存储空间，采用DDRII内存通过总线连接OMLAP138的DDRII控制器，提供数据的运行、操作空间，采用SD卡通过总线连接OMLAP138的SD接口，提供统计数据的存储空间。采用ADM706S看门狗芯片给OMLAP138提供硬件复位信号。采用铁电FM25V10（1Mb）为OMLAP138提供控制、采样参数的存储空间。
如图3所示为本发明的模拟测量模块的电路连接示意图：模拟测量模块包括模拟测量控制器电路，和模拟测量控制器电路连接的AD采样电路、存储器电路和串口通信电路，以及用于外部电压电流检测的电压传感器和电流传感器及其信号采样电路；电压传感器和电流传感器用于检测外部的电压和电流信号，并通过信号采样电路完成数据采样，再通过AD采样电路转换为数字信号并转入模拟测量控制器电路；模拟测量控制器电路用于根据上传的采样信号进行处理；存储器电路用于存储模拟数据测量模块的工作参数和模拟测量数据；串口通信电路用于模拟测量控制器电路与主控模块进行通信。
模拟测量控制电路和数字测量控制电路的硬件连接采用类似的硬件电路；模拟测量控制器电路采用型号为OMAPL138的DSP芯片电路；采用NAND FLASH提供启动、系统程序的存储空间，采用DDRII内存通过总线连接OMLAP138的DDRII控制器，提供数据的运行、操作空间，采用SD卡通过总线连接OMLAP138的SD接口，提供统计数据的存储空间。采用ADM706S看门狗芯片给OMLAP138提供硬件复位信号。采用铁电FM25V10（1Mb）为OMLAP138提供控制、采样参数的存储空间。
如图4所示为本发明的主控模块的电路连接示意图：主控模块包括主控电路，以及和主控电路连接的串口通信电路和存储器电路；主控电路用于根据接收的信号进行电能质量的监测，同时用于通过显示模块对外显示新型电能质量监测装置的工作参数；存储器电路用于存储所述主控电路的工作数据和参数；串口通信电路用于主控电路和数字测量模块、模拟测量模块之间的通信。
主控电路采用型号为AT91的ARM芯片；AT91ARM芯片的主频400M，支持DDRII，内置TFT液晶驱动器，2个USB2.0接口，1个以太网MAC控制器，2个SD卡接口，2个SPI接口，2个I2C接口，4个USART口，内置32K RC时钟。AT91ARM芯片主要完成数据统计、显示、键盘输入、通信的功能，NANDFLASH完成控制程序存储、DDRII完成数据存储，LM3671完成最小系统的供电。主控板由2个总线插座、3个总线收发器74LV245、2个用于扩展的网卡芯片、1个光纤接头、1个网络收发器、1个看门狗电路、、2个RS232接口、1个LVDS液晶驱动器、2个USB2.0驱动口组成。
如图5所示为本发明的通信模块的电路连接示意图：通信模块为采用USB HUB芯片制成的高速USB通信电路，主要器件是2片USB HUB 芯片和485总线备用通讯线路组成。电气信号主要包括AT91AEM芯片的主USB口1信号(差分对)、主USB口2信号(差分对)、1-8块数字或模拟测量板的从USB口1-8信号（差分对），键盘从USB口9信号(差分对)和鼠标从USB口10信号(差分对)。因为从USB口有10路，所以需要2片USB HUB 芯片 USB2517，每块片子是1扩7。另外，为了增加主控板和测量板之间的通讯冗余能力，利用AT91ARM芯片的串口和OMLAP138的串口组成485总线备用通讯线路。
如图6所示为本发明的电源模块的电路连接示意图：电源模块包括依次串接的EMC电路、整流电路、滤波电路和开关电源电路；EMC电路用于对所述电源模块的输入电源进行EMC滤波和保护，然后再通过整流电路整流后得到直流电能，再通过滤波电路滤波杂波后通过开关电源电路得到最终的供电电源。
如图7所示为本发明的方法流程图：本发明提供的这种所述新型电能质量监测装置的监测方法，包括如下步骤：
S1. 模拟测量模块测量外部电能的模拟量数据并上传模拟测量控制器电路，模拟测量控制器电路对测量信号进行分析处理；
S2. 数字测量模块接收外部电能的数字量数据并上传数字测量控制器电路，数字测量控制器电路对测量信号进行分析处理；
S3. 模拟测量模块和数字测量模块通过通信电路将各自的分析处理结果上传主控模块；
S4. 主控模块根据上传的分析处理结果对电能质量进行监测，并通过显示模块进行实时显示。
Claims (10)
1.一种新型电能质量监测装置，其特征在于包括电源模块、主控模块、通信模块、数字测量模块和模拟测量模块；电源模块给所述新型电能质量监测装置供电；数字测量模块和模拟测量模块用于接收或测量外部电能的数字或模拟量信号，并将测量数据通过通信模块上传给主控模块；主控模块用于根据上传的数据完成电能质量的监测，同时也对数字测量模块和模拟测量模块进行控制。
2.根据权利要求1所述的新型电能质量监测装置，其特征在于还包括显示模块；显示模块与主控模块连接，用于显示所述新型电能质量监测装置的工作参数。
3.根据权利要求1所述的新型电能质量监测装置，其特征在于所述的数字测量模块包括数字测量控制器电路，以及和数字测量控制器电路连接的光纤接口电路、存储器电路和串口通信电路；光纤接口电路用于接收外部数字传感器发送的采样信号，并上传数字测量控制器电路；数字测量控制器电路用于根据光纤接口电路上传的采样信号进行处理；存储器电路用于存储数字测量模块的工作参数和数字测量数据；串口通信电路用于数字测量控制器电路与主控模块进行通信。
4.根据权利要求3所述的新型电能质量监测装置，其特征在于所述的模拟测量模块包括模拟测量控制器电路，和模拟测量控制器电路连接的AD采样电路、存储器电路和串口通信电路，以及用于外部电压电流检测的电压传感器和电流传感器及其信号采样电路；电压传感器和电流传感器用于检测外部的电压和电流信号，并通过信号采样电路完成数据采样，再通过AD采样电路转换为数字信号并转入模拟测量控制器电路；模拟测量控制器电路用于根据上传的采样信号进行处理；存储器电路用于存储模拟数据测量模块的工作参数和模拟测量数据；串口通信电路用于模拟测量控制器电路与主控模块进行通信。
5.根据权利要求4所述的新型电能质量监测装置，其特征在于所述数字测量控制器电路和模拟测量控制器电路均为DSP控制电路。
6.根据权利要求3所述的新型电能质量监测装置，其特征在于所述的主控模块包括主控电路，以及和主控电路连接的串口通信电路和存储器电路；主控电路用于根据接收的信号进行电能质量的监测，同时用于通过显示模块对外显示新型电能质量监测装置的工作参数；存储器电路用于存储所述主控电路的工作数据和参数；串口通信电路用于主控电路和数字测量模块、模拟测量模块之间的通信。
7.根据权利要求6所述的新型电能质量监测装置，其特征在于所述的主控电路为ARM主控电路。
8. 根据权利要求1~7之一所述的新型电能质量监测装置，其特征在于所述的通信模块为采用USB HUB芯片制成的高速USB通信电路。
9.根据权利要求1~7之一所述的新型电能质量监测装置，其特征在于所述的电源模块包括依次串接的EMC电路、整流电路、滤波电路和开关电源电路；EMC电路用于对所述电源模块的输入电源进行EMC滤波和保护，然后再通过整流电路整流后得到直流电能，再通过滤波电路滤波杂波后通过开关电源电路得到最终的供电电源。
10.一种权利要求1~9之一所述的新型电能质量监测装置的监测方法，包括如下步骤：
S1. 模拟测量模块测量外部电能的模拟量数据并上传模拟测量控制器电路，模拟测量控制器电路对测量信号进行分析处理；
S2. 数字测量模块接收外部电能的数字量数据并上传数字测量控制器电路，数字测量控制器电路对测量信号进行分析处理；
S3. 模拟测量模块和数字测量模块通过通信电路将各自的分析处理结果上传主控模块；
S4. 主控模块根据上传的分析处理结果对电能质量进行监测，并通过显示模块进行实时显示。
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