CN107247199A - 一种基于arm的远程电能质量检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于ARM的远程电能质量检测系统，其特征在于，包括数据采集模块、DSP处理模块和ARM工程模块，数据采集模块用于采集电网数据，采集到的电网数据经由双口RAM传输至DSP处理模块，由DSP处理模块对数据进行有效计算，经DSP处理模块处理过的数据再经由双口RAM传输至ARM工程模块，由ARM工程模块对数据进行进一步处理后上传至上位机。本发明利用嵌人式ARM系统，以DSP为数据处理核心，开发了基于以太网的电能质量实时监测系统。经实验测试，本发明所设计的装置已经达到各项电能质量指标的标准，满足现代化电能质量监测系统网络化与实时性的要求。

Description

一种基于ARM的远程电能质量检测系统

技术领域

本发明涉及一种新型的基于ARM的远程电能质量检测系统，应用于电力电子技术领域。

背景技术

国外对于电能质量研究起步较早，加之对电能质量检测设备的开发研究非常重视，因此在电能质量检测设备方面占有很大的技术优势。国外的电能质量检测设备不但技术水平高，而且种类多样，典型如：日本日置(Hioki)开发的PW3198系列电能质量分析仪、美国福禄克公司的Fluke430系列电能质量分析仪、1760系列三相电能质量记录仪、瑞典LEM公司的TOPAS1000系列电能网络分析仪和PQFIX电能质量远程监测装置、瑞典联合电力公司的UP-2210在线式电能质量分析仪和U900F便携式电能质量分析仪等，这些产品代表了当今世界电能质量分析的最高水平，具有检测指标丰富，测试精度高等特点。其中，美国福禄克公司Fluke430系列电能质量分析仪具有便携、高精度、高稳定性特点，能够对三相电压电流各参数、电压和频率偏差等基本参数测量，还涵盖了闪变分析和间谐波测量、事件记录分析的功能，而且配备了专业的分析软件能够对数据进行图形化分析和报表显示。

近年来，由于电力电子技术的快速发展，工业过程中大量采用非线性设备来完成生产过程。这些非线性设备的引人，虽然可以提高生产能力，但也对电能质量的稳定和提高带来了严重的影响。在这些影响当中，各种变频器、整流器、电弧炉的接人以及高压直流输电系统的应用，使电网当中的谐波分量日益增大，造成了严重的谐波污染，同时各种大型冲击性负载及非对称负载的接人，破坏着电网的平衡性和对称性，也造成了电网暂态干扰大、电压闪变的隐患。这些干扰所造成的诸多电能质量问题，极大地影响着电网的安全运行，同时也严重地妨碍着工农业生产的顺利进行。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够实现国产化且能有限进行电能质量监测的系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于ARM的远程电能质量检测系统，其特征在于，包括数据采集模块、DSP处理模块和ARM工程模块，数据采集模块用于采集电网数据，采集到的电网数据经由双口RAM传输至DSP处理模块，由DSP处理模块对数据进行有效计算，经DSP处理模块处理过的数据再经由双口RAM传输至ARM工程模块，由ARM工程模块对数据进行进一步处理后上传至上位机，其中：

数据采集模块包括电压电流变送单元、瞬变检测单元、A/D转换单元和锁相环、CPLD，电压电流变送单元用于采集电网参量，电压电流变送单元的输出端分别连接至瞬变检测单元、A/D转换单元和锁相环，同时，由CPLD对锁相环、瞬变检测单元及A/D转换单元进行控制，瞬变检测单元及A/D转换单元的输出端经由双口RAM连接至DSP处理模块。

优选地，所述DSP处理模块采用的DSP处理器型号为TMS320C6713。

优选地，所述ARM工程模块由核心模块和底板模块两部分构成，选用了M2020-N20集成模块作为ARM模块的核心板，M22A Series EV Board评估板作为模块底板。

本发明提供了一种有效的电能质量监测系统，从而提高电能质量，保障用户用电设备的正常工作以及工农业的持续高效生产。

本发明利用嵌人式ARM系统，以DSP为数据处理核心，开发了基于以太网的电能质量实时监测系统。DSP的使用有利地保证了系统的实时数据处理能力，而ARM模块的使用满足了系统关于数据采集、处理、统计、存储、通信等各方面的要求。经实验测试，本发明所设计的装置已经达到各项电能质量指标的标准，满足现代化电能质量监测系统网络化与实时性的要求。

附图说明

图1为本发明的系统硬件构架；

图2为数据采集模块硬件结构。

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。

早期的电能质量采用采集卡+工控机的设计方式来实现，具有功能性强、准确度相对较高的优点。但是由于缺少智能化和网络化的支持，所以该方式的灵活性和实时性受到了一定程度的限制，不适用于远程监控系统的实现。本发明将单片机与DSP相结合，形成利用单片机进行控制、DSP负责数据处理的组合方式。这种设计方式可以吸取单片机和DSP各自的优点，并利用双口RAM来实现单片机和DSP间通信协调，嵌人式实时多任务操作系统实现实时控制，以便实现电能质量的有效监控。

如图1所示，本发明主要由数据采集模块、DSP处理模块和ARM工程模块三大部分构成，可用于监测频率为50Hz、有效值为220V的三相交流供电系统。

数据采集模块的主要任务是将电流及电压等有效的待检测信号利用变送、检测、采样等主要环节传送到DSP处理模块，以便对数据信号进行有效的计算。

结合图2，数据采集模块包括电压电流变送单元、瞬变检测单元、A/D转换单元和锁相环、CPLD，电压电流变送单元用于采集电网参量，电压电流变送单元的输出端分别连接至瞬变检测单元、A/D转换单元和锁相环，同时，由CPLD对锁相环进行控制，锁相环的输出端与瞬变检测单元及A/D转换单元相连，瞬变检测单元及A/D转换单元的输出端经由双口RAM连接至DSP处理模块。

由电压电流变送单元中的传感器的敏感元件完成数据的收集，利用传感器中的转换元件将被测量转换成适于传输或测量的电信号。采集的电信号利用A/D转换电路进行信号的离散处理后，通过双口RAM输人DSP处理模块，进行下一步的数据处理。

电压、电流的瞬变检测采用单独的监测电路，也通过双口RAM输人DSP。

DSP处理模块选用的是TI公司的浮点DSP处理器TMS320C6713，具有动态范围大、计算精度高、总线宽、硬件资源更为丰富的优点，可以避免定点DSP数据溢出、耗费程序空间和时间的弊端。TMS320C6713工作主频可达200MHz，能够满足所设计的监测系统高精度、参数计算高密度和数据处理高速度的要求。同时CPU采用双线哈佛结构，还在片内集成了许多外围设备，保证了TMS320C6713的工作性。

在本发明中，TMS320C6713通过RAM端口与A/D转换单元相连，从而实现对电力系统运行参数的采集，而另一个RAM端口与ARM工程模块相连，以便将DSP处理模块处理过的数据传送给ARM工程模块，同时，DSP处理模块通过CPLD对瞬变检测、A/D转换和锁相环等几部分电路进行逻辑控制。

ARM工程模块由核心模块和底板模块两部分构成。根据电能质量监测中关于数据的采集、处理、统计、存储、通信等各方面的要求，本发明选用了M2020-N20集成模块作为ARM模块的核心板，M22A Series EV Board评估板作为模块底板。

M2020-N20集成模块是基于LPC2220工业级微控制器，支持10M以太网(工业级)、CF卡、A/D转换、RTC等功能。由于提供总线保护设计，核心板在EMC性能及稳定性方面具有良好的表现。而M22A底板具有良好的电磁兼容性能和完善的总线保护设计，使监控系统在外围总线发生故障的状况下依然能正常工作。

将ARM工程模块所处理的数据传入上位机，并利用上位机设置相应的参数数据库，在数据库中存放着各检测点的实时电能质量参数及相应的标准阑值范围。将系统传来的实时参数与相应的阈值范围进行对比，可以实时分析出相应的电能质量指标，并利用该指标来完成系统下一步决策的指导。此外，上位机还可以实现各种实时、历史、统计等数据的查询和对比分析及显示功能。

Claims (3)

1.一种基于ARM的远程电能质量检测系统，其特征在于，包括数据采集模块、DSP处理模块和ARM工程模块，数据采集模块用于采集电网数据，采集到的电网数据经由双口RAM传输至DSP处理模块，由DSP处理模块对数据进行有效计算，经DSP处理模块处理过的数据再经由双口RAM传输至ARM工程模块，由ARM工程模块对数据进行进一步处理后上传至上位机，其中：

数据采集模块包括电压电流变送单元、瞬变检测单元、A/D转换单元和锁相环、CPLD，电压电流变送单元用于采集电网参量，电压电流变送单元的输出端分别连接至瞬变检测单元、A/D转换单元和锁相环，同时，由CPLD对锁相环、瞬变检测单元及A/D转换单元进行控制，瞬变检测单元及A/D转换单元的输出端经由双口RAM连接至DSP处理模块。

2.如权利要求1所述的一种基于ARM的远程电能质量检测系统，其特征在于，所述DSP处理模块采用的DSP处理器型号为TMS320C6713。

3.如权利要求1所述的一种基于ARM的远程电能质量检测系统，其特征在于，所述ARM工程模块由核心模块和底板模块两部分构成，选用了M2020-N20集成模块作为ARM模块的核心板，M22A Series EV Board评估板作为模块底板。