CN107843781A - 电能质量监测分析系统 - Google Patents

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徐新
吴国滨
李庆
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State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
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State Grid Corp of China SGCC
State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
Cangzhou Power Supply Co of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明适用于电力监测技术领域，尤其涉及一种电能质量监测分析系统。包括：电流互感器、电压互感器、调理单元和处理器单元，所述电流互感器和所述电压互感器均连接所述调理单元，所述调理单元连接所述处理器单元；电流互感器，用于采集三相电压信号；电压互感器，用于采集三相电流信号；调理单元，用于对所述三相电压信号和所述三相电流信号进行同步采样，对采样后的信号进行A/D转换和过零比较；处理器单元，用于捕获进行A/D转换和过零比较后的单元信号上升沿过零点，并测得所述三相电压信号和所述三相电流信号的频率信息。采用上述方案后，能满足采集需要，且含有多种功能，价格低廉，节省经费。

Description

电能质量监测分析系统
技术领域
本发明属于电力监测技术领域，尤其涉及一种电能质量监测分析系统。
背景技术
在现代工业企业和运输部门中，非线性电力负荷在大量增加，随着电力和电子技术的发展，晶闸管整流和换流技术得到广泛的应用，例如：冶金、化工、矿山部门大量使用晶闸管整流电源，工业中大量使用变频调速装置，电气化铁路中采用交流单相整流供电的机车，高压大容量直流输电中的换流站，家用电器的变频等，使得电力网负荷急剧加大。
电网谐波污染一直是困扰电网质量的一大难题，在治理谐波工作中，需要首先检测采集用户设备运行谐波含量数据，市场上购买的电能检测设备价高昂贵，且不能满足我们的采集需要，另外还存在着功能单一、监测分析质量差等缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种电能质量监测分析系统，以解决现有技术中电能检测设备价高昂贵，不能满足我们的采集需要，且还存在着功能单一、监测分析质量差等问题。
本发明实施例提供了一种电能质量监测分析系统，包括：电流互感器、电压互感器、调理单元和处理器单元，所述电流互感器和所述电压互感器均连接所述调理单元，所述调理单元连接所述处理器单元；
所述电流互感器，用于采集三相电压信号；
所述电压互感器，用于采集三相电流信号；
所述调理单元，用于对所述三相电压信号和所述三相电流信号进行同步采样，对采样后的信号进行A/D转换和过零比较；
所述处理器单元，用于捕获进行A/D转换和过零比较后的单元信号上升沿过零点，并测得所述三相电压信号和所述三相电流信号的频率信息。
作为进一步的技术方案，还包括存储单元，所述存储单元连接所述处理器单元，所述存储单元用于存储测得的所述三相电压信号和所述三相电流信号的频率信息。
作为进一步的技术方案，所述存储单元为U盘、SD卡或移动硬盘中的任意一种或多种。
作为进一步的技术方案，所述处理器单元为DSP处理器。
作为进一步的技术方案，还包括输入设备和CPLD处理器，所述输入设备连接所述CPLD处理器，所述CPLD处理器连接所述调理单元和所述处理器单元，所述输入设备用于接收用户输入的控制信息，所述CPLD处理器用于构成数字锁相环输出采样信号，使用户输入的控制信息的采样脉冲频率与被测所述三相电压信号和所述三相电流信号的周期同步变化。
作为进一步的技术方案，所述输入设备包括点阵式液晶模块和行列式键盘。
作为进一步的技术方案，还包括：RS485接口，所述处理器单元通过所述RS485接口连接外设的用于逆向模拟现场运行状况的上位机。
作为进一步的技术方案，还包括：显示单元，所述显示单元连接所述处理器单元，所述显示单元用于显示测得所述三相电压信号和所述三相电流信号的频率信息。
作为进一步的技术方案，还包括：箱体，所述箱体内设有卡槽，所述调理单元和处理器单元设置在所述卡槽上，所述电流互感器和所述电压互感器设置在所述箱体的外侧，所述显示单元设置在箱体一侧的面板上，所述箱体外侧设有防尘面板。
作为进一步的技术方案，所述电流互感器为钳形互感器。
采用上述方案后，电压传感器和电流传感器输入到调理单元，由调理单元进行过零比较和A/D运算，然后通过处理器单元处理，处理器单元再将处理后的数据传给上位机用于逆向模拟现场运行状况，能满足采集需要，且含有多种功能，价格低廉，节省经费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的电能质量监测分析系统的结构示意图；
图2是本发明另一实施例提供的电能质量监测分析系统的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
如图1所示，为一种电能质量监测分析系统，包括：
电流互感器2、电压互感器3、调理单元1和处理器单元4，所述电流互感器2和所述电压互感器3均连接所述调理单元1，所述调理单元1连接所述处理器单元4；
所述电流互感器2，用于采集三相电压信号；
所述电压互感器3，用于采集三相电流信号；
所述调理单元1，用于对所述三相电压信号和所述三相电流信号进行同步采样，对采样后的信号进行A/D转换和过零比较；
所述处理器单元4，用于捕获进行A/D转换和过零比较后的单元信号上升沿过零点，并测得所述三相电压信号和所述三相电流信号的频率信息。
具体的，电流互感器2用于采集三相电流信号，电压互感器3采集三相电压信号，调理单元1将采集过来的三路模拟电压、电流信号进行同步采样，并将A/D转换结果发送至处理器单元4处理，捕获单元CAP信号上升沿过零点，从而测得输入信号的频率，然后再将处理后的数据传给上位机用于逆向模拟现场运行状况，能满足采集需要，且含有多种功能，价格低廉，节省经费。
此外，在一个具体事例中，如图2所示，上述电能质量监测分析系统还包括存储单元7，所述存储单元7连接所述处理器单元4，存储单元用于存储采集到的数据，用于实现对所测量分析数据的记录存储功能，还用于存储测得的所述三相电压信号和所述三相电流信号的频率信息。优选的，存储单元7为U盘、SD卡或移动硬盘中的任意一种或多种，采用移动存储方式方便携带，且存储灵活。
此外，在一个具体事例中，处理器单元4为DSP处理器，用于捕获进行A/D转换和过零比较后的单元信号上升沿过零点，并测得所述三相电压信号和所述三相电流信号的频率信息，DSP处理器中包括捕获单元CAP，捕获单元CAP用于捕获捕获进行A/D转换和过零比较后的单元信号上升沿过零点。
如图2所示，此外，在一个具体事例中，上述电能质量监测分析系统还包括用于构成数字锁相环输出采样信号，使采样脉冲频率与被测信号周期的变化同步的CPLD处理器8和用于接收用户输入信息的输入设备9，输入设备9连接CPLD处理器8，CPLD处理器8连接调理单元1和处理器单元4，对三路模拟电压和三路模拟电流信号进行同步采样，并将AD转换结果送DSP处理，由DSP捕获单元CAP捕获信号上升沿过零点，从而测得输入信号的频率，并由CPLD处理器8构成数字锁相环输出采样信号，使采样脉冲频率与被测信号周期的变化同步，输入设备9用于接收用户输入的控制信息，所述CPLD处理器8用于构成数字锁相环输出采样信号，使用户输入的控制信息的采样脉冲频率与被测所述三相电压信号和所述三相电流信号的周期同步变化。
输入设备9由320240A-3点阵式液晶模块91和行列式键盘92与CPLD接口连接，320240A-3点阵式液晶模块91接口简单，易于控制，行列式键盘92的主要工作包括及时发现有键闭合，求闭合键的键码，根据这一过程的不同，键盘可以分为两种，即编码键盘和非编码键盘，编码键盘是通过一个编码电路来识别闭合键的键码，非编码键盘是通过软件来识别键码，由于非编码键盘的硬件电路简单，用户可以方便地增减键的数量，因此在单片机应用系统中，非编码键盘得到广泛的应用，有较好的应用价值。
处理器单元4通过RS485接口连接外设的用于逆向模拟现场运行状况的上位机6，RS485接口采用差分信逻辑，+2V～+6V表示“1”，-6V～-2V表示“0”，RS485有两线制和四线制两种接线，四线制是全双工通讯方式，两线制是半双工通讯方式，在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。
此外，在一个具体事例中，上述电能质量监测分析系统还包括RS485接口，处理器单元4通过RS485接口连接外设的用于逆向模拟现场运行状况的上位机6，上位机6可以是仿真机，用于分析现场环境，逆向模拟现场运行状况，提供了谐波治理设备所配置的元器件数据参考。
此外，在一个具体事例中，上述电能质量监测分析系统还包括显示单元5，所述显示单元5连接所述处理器单元4，所述显示单元5用于显示测得所述三相电压信号和所述三相电流信号的频率信息，还可以实时显示三相电压和电流的波形图，能实现实时监控。
此外，在一个具体事例中，上述电能质量监测分析系统还包括：箱体，箱体为不锈钢材质的立方体形，防水、防潮、且能保护内部部件，箱体内设有卡槽，调理单元1和处理器单元4设置在卡槽上，卡槽之间的间距为可调节的，能方便调节部件之间的距离，且卡槽为可拆卸的，方便更换。电流互感器2和电压互感器3设置在箱体的外侧，优选的，电流互感器2为一次侧钳形互感器。显示单元5设置在箱体一侧的面板上，用于显示处理器单元4处理后的数据。箱体背部设有电压，电流连接线接头，另一侧设有存储单元7连接接口和电源接口，且箱体内部还包括UPS供电系统，能保障设备的及时供电。箱体外侧还设有防尘面板，设置在箱体的侧边且为向外延伸的面板，能有效防止烟尘和水，防止箱体受潮或进灰尘。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明实施例各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，ReA/D-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电能质量监测分析系统，其特征在于，包括：电流互感器、电压互感器、调理单元和处理器单元，所述电流互感器和所述电压互感器均连接所述调理单元，所述调理单元连接所述处理器单元；
所述电流互感器，用于采集三相电压信号；
所述电压互感器，用于采集三相电流信号；
所述调理单元，用于对所述三相电压信号和所述三相电流信号进行同步采样，对采样后的信号进行A/D转换和过零比较；
所述处理器单元，用于捕获进行A/D转换和过零比较后的单元信号上升沿过零点，并测得所述三相电压信号和所述三相电流信号的频率信息。
2.根据权利要求1所述的电能质量监测分析系统，其特征在于，还包括存储单元，所述存储单元连接所述处理器单元，所述存储单元用于存储测得的所述三相电压信号和所述三相电流信号的频率信息。
3.根据权利要求2所述的电能质量监测分析系统，其特征在于，所述存储单元为U盘、SD卡或移动硬盘中的任意一种或多种。
4.根据权利要求1所述的电能质量监测分析系统，其特征在于，所述处理器单元为DSP处理器。
5.根据权利要求1所述的电能质量监测分析系统，其特征在于，还包括输入设备和CPLD处理器，所述输入设备连接所述CPLD处理器，所述CPLD处理器连接所述调理单元和所述处理器单元，所述输入设备用于接收用户输入的控制信息，所述CPLD处理器用于构成数字锁相环输出采样信号，使用户输入的控制信息的采样脉冲频率与被测所述三相电压信号和所述三相电流信号的周期同步变化。
6.根据权利要求5所述的电能质量监测分析系统，其特征在于，所述输入设备包括点阵式液晶模块和行列式键盘。
7.根据权利要求1所述的电能质量监测分析系统，其特征在于，还包括：RS485接口，所述处理器单元通过所述RS485接口连接外设的用于逆向模拟现场运行状况的上位机。
8.根据权利要求1所述的电能质量监测分析系统，其特征在于，还包括：显示单元，所述显示单元连接所述处理器单元，所述显示单元用于显示测得所述三相电压信号和所述三相电流信号的频率信息。
9.根据权利要求1所述的电能质量监测分析系统，其特征在于，还包括：箱体，所述箱体内设有卡槽，所述调理单元和处理器单元设置在所述卡槽上，所述电流互感器和所述电压互感器设置在所述箱体的外侧，所述显示单元设置在箱体一侧的面板上，所述箱体外侧设有防尘面板。
10.根据权利要求1所述的电能质量监测分析系统，其特征在于，所述电流互感器为钳形互感器。
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