CN108680812A - 一种电能质量在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电能质量在线监测装置，M个模拟量板用于采集电网的电信号,并将采集到的电信号转换为数字信号后发送至背板；N个开关量板用于采集开入量信号，并将采集到的开入量信号发送至背板；监控板用于从背板获取数字信号和开入量信号，并对数字信号和开入量信号进行分析计算得出电能质量参数和录波启动参数，并根据录波启动参数启动录波及将电能质量参数发送至背板；显示板用于从背板获取电能质量参数，并对电能质量参数进行显示。本发明具有多监测通道，能对一些长期性电能质量参数进行监测，同时具备电能质量监测和故障录波的功能，提高电能质量监测的可靠性，并且降低了设备制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电能质量在线监测装置。
背景技术
电力是现代社会使用范围最广，使用价值最高和使用量最大的产品之一。随着现代科学技术的发展，现代电力系统中用电负荷结构发生了重大变化，诸如半导体整流器、晶闸管调压及变频调整装置、炼钢电弧炉、电气化铁路和家用电器等负荷的迅速发展，由于其非线性、冲击性以及不平衡的用电特性，使电网的电压波形发生畸变，引起电压波动和闪变以及三相不平衡，甚至引起系统频率波动等，对供电电能质量造成严重的干扰或污染。电网中正面对越来越多的电能质量问题，因此电能质量的监测、分析和治理变得日益重要。
电能质量监测装置及故障录波器为电力系统工作人员监测电能质量、分析、处理电力系统故障提供了科学的依据。目前市场上已经存在不少电能质量监测方面的设备或仪表，常用的有便携式电能质量分析仪和固定式电能质量在线监测装置。其中，便携式电能质量分析仪存在监测通道少，对一些长期性电能质量指标不便进行监测的问题。固定式电能质量在线监测装置只能测量电能质量指标，不支持录波功能，录波功能在电力系统发生故障时分析故障前后的电压、电流波形，便于故障分析，从而能快速处理故障，也显得十分必要。现有的相互独立的电能质量监测装置和故障录波装置分别采用独立的电源和数据存储设备等，制造的成本较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电能质量在线监测装置，具有多监测通道,能对一些长期性电能质量参数进行监测，同时具备电能质量监测和故障录波的功能，提高电能质量监测的可靠性，并且降低了设备制造成本。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电能质量在线监测装置，包括M个模拟量板、N个开关量板、监控板、背板和显示板，所述M个模拟量板、N个开关量板、监控板和显示板均连接至背板；
所述M个模拟量板用于采集电网的电信号,并将采集到的电信号转换为数字信号后发送至背板；
所述N个开关量板用于采集开入量信号，并将采集到的开入量信号发送至背板；
所述监控板用于从背板获取所述数字信号和所述开入量信号，并对所述数字信号和所述开入量信号进行分析计算得出电能质量参数和录波启动参数，并根据所述录波启动参数启动录波及将电能质量参数发送至背板；
所述显示板用于从背板获取所述电能质量参数，并对所述电能质量参数进行显示。
进一步地，所述模拟量板包括用于采集电网的电信号的信号采集模块、模拟信号处理模块、AD采集模块和可编程逻辑器件；
所述信号采集模块与所述模拟信号处理模块连接，所述模拟信号处理模块与所述AD采集模块连接，所述AD采集模块与所述可编程逻辑器件连接，所述可编程逻辑器件连接至背板。
进一步地，所述可编程逻辑器件采用FPGA。
进一步地，所述信号采集模块包括用于采集电网的电压信号的4个电压互感器和用于采集电网的电流信号的4个电流互感器。
进一步地，所述监控板包括用于从背板获取所述数字信号和所述开入量信号的第一控制处理模块、用于对所述数字信号和所述开入量信号进行分析计算的第二控制处理模块，第一存储模块和第二存储模块；
所述第一控制处理模块与所述第一存储模块连接，所述第二控制处理模块与所述第二存储模块连接，所述第一控制处理模块与所述第二控制处理模块通信连接。
进一步地，所述监控板还包括与外部通信连接的USB接口模块、以太网接口模块和RS485接口模块，所述USB接口模块、所述以太网接口模块和所述RS485接口模块均与所述第二控制处理模块连接。
进一步地，所述第一控制处理模块为FPGA，所述第二控制处理模块为ARM处理器,所述第一存储模块为双口RAM，所述第二存储模块为SD CARD。
进一步地，所述监控板还包括显示器接口模块，所述显示器接口模块与所述第二控制处理模块连接，所述显示器接口模块还连接至背板；
所述显示板包括显示器，所述显示器连接至背板。
进一步地，所述显示板包括LED模块，所述LED模块连接至背板；
所述显示板还包括USB接口或RS485接口,所述USB接口或所述RS485接口连接至背板。
进一步地，所述开关量板包括第一连接端子、第二连接端子、开入光耦、开出光耦、继电器驱动模块、继电器和可编程逻辑器件；
所述第一连接端子与所述开入光耦连接，所述开入光耦与所述可编程逻辑器件连接，所述可编程逻辑器件与所述背板连接，所述可编程逻辑器件还与所述开出光耦连接，所述开出光耦与所述继电器驱动模块连接，所述继电器驱动模块与所述继电器连接，所述继电器与所述第二连接端子连接。
本发明提供的电能质量在线监测装置，M个模拟量板采集电网的电信号,并将采集到的电信号转换为数字信号后发送至背板；N个开关量板采集开入量信号，并将采集到的开入量信号发送至背板，M个模拟量板和N个开关量板构成的多监测通道，能对一些长期性电能质量参数进行监测，提高了电能质量监测的可靠性；监控板从背板获取数字信号和开入量信号，并对数字信号和开入量信号进行分析计算得出电能质量参数和录波启动参数，并根据录波启动参数启动录波及将电能质量参数发送至背板；显示板从背板获取电能质量参数，并对电能质量参数进行显示，同时具备电能质量监测和故障录波的功能，提高电能质量监测的可靠性，并且降低了设备制造成本。
附图说明
图1是本发明提供的电能质量在线监测装置的结构示意图；
图2是本发明提供的电能质量在线监测装置的模拟量板的一个实施例的结构示意图；
图3是本发明提供的电能质量在线监测装置的监控板的一个实施例的结构示意图；
图4是本发明提供的电能质量在线监测装置的开关量板的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明提供的电能质量在线监测装置的结构示意图。
本发明提供一种电能质量在线监测装置，包括M个模拟量板1、N个开关量板2、监控板3、背板4和显示板5，M个模拟量板1、N个开关量板2、监控板3和显示板5均连接至背板4；
M个模拟量板1用于采集电网的电信号,并将采集到的电信号转换为数字信号后发送至背板4；
N个开关量板2用于采集开入量信号，并将采集到的开入量信号发送至背板4；
监控板3用于从背板4获取数字信号和开入量信号，并对数字信号和开入量信号进行分析计算得出电能质量参数和录波启动参数，并根据录波启动参数启动录波及将电能质量参数发送至背板4；
显示板5用于从背板4获取电能质量参数，并对电能质量参数进行显示。
在具体实施时，M个模拟量板1采集电网的电信号,并将采集到的电信号转换为数字信号后发送至背板4；N个开关量板2采集开入量信号，并将采集到的开入量信号发送至背板4，M个模拟量板1和N个开关量板2构成多监测通道，解决了检测通道少的问题，能对一些长期性电能质量参数进行监测，提高了电能质量监测的可靠性；监控板3从背板4获取数字信号和开入量信号，并对数字信号和开入量信号进行分析计算得出电能质量参数和录波启动参数，并根据录波启动参数启动录波及将电能质量参数发送至背板4；显示板5从背板4获取电能质量参数，并对电能质量参数进行显示，同时具备电能质量监测和故障录波的功能，可在系统发生故障时，自动地、准确地记录故障前后过程的各种电气量的变化情况，提高电能质量监测的可靠性，并且降低了设备制造成本。
需要说明的是，电能质量参数包括但不限于电压、频率、三相不平衡度、电压波动、闪变、谐波及谐波功率等。其中，背板4为各个socket面板：开关量板2、模拟量板1和监控板3之间的通信提供了通道，是整个系统的交通枢纽。此处以M等于3，N等于2进行举例说明，背板4数据总线宽度可以为16位、地址总线8位，如图1所示，为2个开关量板2、3个模拟量板1和监控板3分配了固定的寻址地址，监控板3为000，3个模拟量板1顺序为001、010和011，2个开关量板2为100和101。当监控板3控制背板4地址总线的高3位与某socket面板固定的寻址地址一致时，此socket面板被选中，例如，当监控板3控制背板4地址总线的高3位为010，则寻址地址为010的模拟量板1被选中。同时地址的低5位用于数据选址，以完成板选以及各socket面板之间的通信。
参见图2，是本发明提供的电能质量在线监测装置的模拟量板的一个实施例的结构示意图。如图2所示，模拟量板1包括用于采集电网的电信号的信号采集模块11、模拟信号处理模块12、AD采集模块13和可编程逻辑器件14；
信号采集模块11与模拟信号处理模块12连接，模拟信号处理模块12与AD采集模块13连接，AD采集模块13与可编程逻辑器件14连接，可编程逻辑器件14连接至背板4。
其中，模拟量板1的工作过程如下：信号采集模块11对电网的电信号进行采集，并将采集到的电信号发送给模拟信号处理模块12进行处理，模拟信号处理模块12将处理后的电信号发送至AD采集模块13，可编程逻辑器件14通过背板4获取监控板3发送的采样同步脉冲，并将其发送至AD采集模块13同步采样，AD采集模块13采样完成后向可编程逻辑器件14发送采样完成信号，可编程逻辑器件14收到采样完成信号后读取采样处理后的数字信号并进行存储，监控板3通过背板4读取所述数字信号。
进一步地，可编程逻辑器件14采用FPGA。
进一步地，信号采集模块11包括用于采集电网的电压信号的4个电压互感器和用于采集电网的电流信号的4个电流互感器。
需要说明的是，4个电压互感器和4个电流互感器分别采集被测电压的A、B、C三相和零序电压，以及被测电流的A、B、C三相和零序电流，被测电压和被测电流分别经电压互感器和电流互感器转化为小电压信号后，再经模拟信号处理模块12处理后发送至AD采集模块13。FPGA通过背板4获取监控板3发送的采样同步脉冲，经D触发器滤除毛刺，发送给AD采集模块13同步采样。当FPGA监测到AD采集模块13状态转为空闲，立刻将采样处理后的数字信号从AD采集模块13中读出，存储到自身的双口RAM中，并通过背板4向监控板3发送读取信号，提醒监控板3及时将所述数字信号读走。
其中，装置采用国际上技术先进的嵌入式硬件结构FPGA进行采样和信号处理，具有分析能力强和运行速度快等特点，且FPGA为低功耗新型芯片，其硬件冗余设计等技术方案，使装置运行更加稳定可靠。
参见图3，是本发明提供的电能质量在线监测装置的监控板的一个实施例的结构示意图。如图3所示，监控板3包括用于从背板4获取数字信号和开入量信号的第一控制处理模块31、用于对数字信号和开入量信号进行分析计算的第二控制处理模块32，第一存储模块33和第二存储模块34；
第一控制处理模块31与第一存储模块33连接，第二控制处理模块32与第二存储模块34连接，第一控制处理模块31与第二控制处理模块32通信连接。
需要说明的是：第一控制处理模块31从背板4获取数字信号和开入量信号，并将其存储在第一存储模块33中，第二控制处理模块32读取第一存储模块33中存储的数字信号和开入量信号，并对所述数字信号和所述开入量信号进行分析计算得出电能质量参数和录波启动参数，并根据所述录波启动参数启动录波，并将录波数据和电能质量参数存储至第二存储模块34。
进一步地，监控板3还包括与外部通信连接的USB接口模块36、以太网接口模块35和RS485接口模块38，USB接口模块36、以太网接口模块35和RS485接口模块38均与第二控制处理模块32连接。
需要说明的是，以太网接口模块35包括两个以太网控制芯片LAN9221和2个RJ45网口用于与外界后台通信。USB接口模块36包括4个USB接口分别可用于与触摸屏、键盘、鼠标、文件保存端连接。
进一步地，第一控制处理模块31为FPGA，第二控制处理模块32为ARM处理器,第一存储模块33为双口RAM，第二存储模块34为SD CARD。
其中，FPGA采用芯片EP4CE40，ARM处理器采用芯片SOM3730。
如图1和图3所示，监控板3还包括显示器接口模块37，显示器接口模块37与第二控制处理模块32连接，显示器接口模块37还连接至背板4；
显示板5包括显示器501，显示器501连接至背板4。
需要说明的是，显示器接口模块37包括数模转换芯片ADV7125和FlatLink发送器芯片SN75LVDS83B,第二控制处理模块32发送的DSS信号分别通过数模转换芯片ADV7125转为VGA信号及FlatLink发送器芯片SN75LVDS83B转为LVDS信号用于调试和界面显示。其中，显示器501可以为触摸屏。
进一步地，显示板5包括LED模块502，LED模块502连接至背板4；
显示板5还包括USB接口503或RS485接口503,USB接口503或RS485接口503连接至背板4。
其中,LED模块主要用于指示装置电源、运行状态、告警和故障等信息，USB接口503用于文件拷贝,RS485接口503用于联机调试。
参见图4，是本发明提供的电能质量在线监测装置的开关量板的一个实施例的结构示意图。如图4所示，开关量板2包括第一连接端子21、第二连接端子22、开入光耦23、开出光耦26、继电器驱动模块25、继电器24和可编程逻辑器件27；
第一连接端子21与开入光耦23连接，开入光耦23与可编程逻辑器件27连接，可编程逻辑器件27与背板4连接，可编程逻辑器件27还与开出光耦26连接，开出光耦26与继电器驱动模块25连接，继电器驱动模块25与继电器24连接，继电器24与第二连接端子22连接。
需要说明的是，开关量板2主要用于采集线路开关量，比如监测线路开关的分合闸位置信息，开出量主要用于输出装置告警、故障等节点。
本发明提供的电能质量在线监测装置，M个模拟量板采集电网的电信号,并将采集到的电信号转换为数字信号后发送至背板；N个开关量板采集开入量信号，并将采集到的开入量信号发送至背板，M个模拟量板和N个开关量板构成的多监测通道，能对一些长期性电能质量参数进行监测，提高了电能质量监测的可靠性；监控板从背板获取数字信号和开入量信号，并对数字信号和开入量信号进行分析计算得出电能质量参数和录波启动参数，并根据录波启动参数启动录波及将电能质量参数发送至背板；显示板从背板获取电能质量参数，并对电能质量参数进行显示，同时具备电能质量监测和故障录波的功能，提高电能质量监测的可靠性，并且降低了设备制造成本。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电能质量在线监测装置，其特征在于，包括M个模拟量板、N个开关量板、监控板、背板和显示板，所述M个模拟量板、N个开关量板、监控板和显示板均连接至背板；
所述M个模拟量板用于采集电网的电信号,并将采集到的电信号转换为数字信号后发送至背板；
所述N个开关量板用于采集开入量信号，并将采集到的开入量信号发送至背板；
所述监控板用于从背板获取所述数字信号和所述开入量信号，并对所述数字信号和所述开入量信号进行分析计算得出电能质量参数和录波启动参数，并根据所述录波启动参数启动录波及将电能质量参数发送至背板；
所述显示板用于从背板获取所述电能质量参数，并对所述电能质量参数进行显示。
2.如权利要求1所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述模拟量板包括用于采集电网的电信号的信号采集模块、模拟信号处理模块、AD采集模块和可编程逻辑器件；
所述信号采集模块与所述模拟信号处理模块连接，所述模拟信号处理模块与所述AD采集模块连接，所述AD采集模块与所述可编程逻辑器件连接，所述可编程逻辑器件连接至背板。
3.如权利要求2所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述可编程逻辑器件采用FPGA。
4.如权利要求2所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述信号采集模块包括用于采集电网的电压信号的4个电压互感器和用于采集电网的电流信号的4个电流互感器。
5.如权利要求1所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述监控板包括用于从背板获取所述数字信号和所述开入量信号的第一控制处理模块、用于对所述数字信号和所述开入量信号进行分析计算的第二控制处理模块，第一存储模块和第二存储模块；
所述第一控制处理模块与所述第一存储模块连接，所述第二控制处理模块与所述第二存储模块连接，所述第一控制处理模块与所述第二控制处理模块通信连接。
6.如权利要求5所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述监控板还包括与外部通信连接的USB接口模块、以太网接口模块和RS485接口模块，所述USB接口模块、所述以太网接口模块和所述RS485接口模块均与所述第二控制处理模块连接。
7.如权利要求5所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述第一控制处理模块为FPGA，所述第二控制处理模块为ARM处理器,所述第一存储模块为双口RAM，所述第二存储模块为SD CARD。
8.如权利要求5所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述监控板还包括显示器接口模块，所述显示器接口模块与所述第二控制处理模块连接，所述显示器接口模块还连接至背板；
所述显示板包括显示器，所述显示器连接至背板。
9.如权利要求1所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述显示板包括LED模块，所述LED模块连接至背板；
所述显示板还包括USB接口或RS485接口,所述USB接口或所述RS485接口连接至背板。
10.如权利要求1所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述开关量板包括第一连接端子、第二连接端子、开入光耦、开出光耦、继电器驱动模块、继电器和可编程逻辑器件；
所述第一连接端子与所述开入光耦连接，所述开入光耦与所述可编程逻辑器件连接，所述可编程逻辑器件与所述背板连接，所述可编程逻辑器件还与所述开出光耦连接，所述开出光耦与所述继电器驱动模块连接，所述继电器驱动模块与所述继电器连接，所述继电器与所述第二连接端子连接。
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