CN200950301Y

CN200950301Y - 动态电能质量监测与分析装置

Info

Publication number: CN200950301Y
Application number: CN 200620051221
Authority: CN
Inventors: 粟时平; 刘桂英
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2006-06-05
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2016-06-05

Abstract

一种新型动态电能质量监测与分析装置，其组成包括三相电压电流采样电路、2组A/D转换器、2个数字信号处理器(DSP1、DSP2)、微控制器(MCU)、3组程序存储器、数据存储器、通信接口(串口、以太网、USB)、显示器、按键以及指示灯，2组A/D转换器分别连接于采样电路与2个DSP之间，DSP与MCU之间的通信采用UHPI数据总线，2组程序存储器分别连接于2个DSP的外部总线，1组程序存储器和数据存储器连接于MCU的外部总线，通信接口接于MCU的通信控制单元，显示器、按键以及指示灯连接于MCU的I/O控制器，其实现对电力系统及电力用户配电网的动态电能质量进行连续实时监测与分析。

Description

动态电能质量监测与分析装置

技术领域

本实用新型涉及动态电能质量监测与分析技术，特别是用于电力系统及电力用户配电网的动态电能质量监测与分析装置。

背景技术

现有电能质量监测产品大部分为稳态电能质量监测装置，缺乏对动态电能质量进行监测与分析的装置。

另外，现有电能质量监测装置多采用工控机方式，或低速数字信号处理器(DSP)方式，工作可靠性不理想，实时性不高，数据处理能力不强。

鉴于现有电能质量监测技术存在的上述不足，本实用新型提出了一种动态电能质量监测与分析装置，不但可以就地连续、快速监测动态电能质量，而且可以同时通过电话线或光纤和主服务器组成动态电能质量远程在线监测网络。

发明内容

本实用新型的动态电能质量监测与分析装置，其组成包括三相电压电流采样电路、2组A/D转换器(A/D转换器1、A/D转换器2)、2个数字信号处理器(DSP1、DSP2)、微控制器(MCU)、3组程序存储器(FLASH存储器1、FLASH存储器2、FLASH存储器3)、数据存储器(硬盘存储器)、通信接口(串口、以太网、USB)、显示器、按键以及指示灯等，A/D转换器1采用3个单通道高速A/D转换器，连接于三相电压采样电路与DSP1之间，A/D转换器2采用1个6通道同时采样低速A/D转换器，连接于三相电压电流采样电路与DSP2之间，DSP1、DSP2与MCU之间的通信采用DSP的UHPI数据总线，FLASH存储器1连接于DSP1的外部总线，FLASH存储器2连接于DSP2的外部总线，FLASH存储器3和硬盘存储器连接于MCU的外部总线，显示器、按键以及指示灯连接于MCU的I/O控制器的相应端口，串口、以太网和USB通信接口连接于MCU的通信控制单元。其采用高速A/D转换器、高速浮点DSP及其UHPI总线、嵌入式MCU及嵌入式Linux操作系统、大容量存储器等先进技术，以及在DSP中，使用正交变换算法实现短时电压变动检测，使用小波变换算法实现微秒级电压冲击暂态扰动和兆Hz级电压振荡暂态扰动检测等先进算法。其技术构成思想新颖，结构紧凑、运行可靠、功能强大、智能性能好、信息处理速度快，实现对电力系统和电力用户配电网的动态电能质量扰动状态进行连续全面实时监测、分析和控制。

本实用新型能就地显示动态电能质量参数(短时电压变动、电压冲击暂态扰动、电压振荡暂态扰动)、稳态电能质量参数(三相2～50次谐波电压、电流、功率，三相电压波动与闪变、三相电压、电流不平衡度，三相电压、频率偏差)、电力参数(三相电压、电流、频率、功率、功率因数)、三相电压电流实时波形。

本实用新型配备有以太网、串口和USU通信控制接口，采用动态电能质量监测与分析装置组和服务器可以组成动态电能质量监测与分析装置监测网，实现电能质量参数、电力参数和安全运行状态的综合分析处理和多用户共享。

附图说明

图1为实用新型动态电能质量监测与分析装置的原理框图；

图2为图1的动态电能质量监测与分析装置实施电路框图。

具体实施方式

本实用新型动态电能质量监测与分析装置如原理框图1和实施电路图2所示，它包括：三相电压电流采样电路、2组A/D转换器(A/D转换器1、A/D转换器2)、2个数字信号处理器(DSP1、DSP2)、微控制器(MCU)、3组程序存储器(FLASH存储器1、FLASH存储器2、FLASH存储器3)、数据存储器(硬盘存储器)、通信接口(串口、以太网、USB)、显示器、按键以及指示灯等，A/D转换器1采用3个单通道高速A/D转换器，连接于三相电压采样电路与DSP1之间，A/D转换器2采用1个6通道同时采样低速A/D转换器，连接于三相电压电流采样电路与DSP2之间，DSP1、DSP2与MCU之间的通信采用DSP的UHPI数据总线，FLASH存储器1连接于DSP1的外部总线，FLASH存储器2连接于DSP2的外部总线，FLASH存储器3和硬盘存储器连接于MCU的外部总线，显示器、按键以及指示灯连接于MCU的I/O控制器的相应端口，串口、以太网和USB通信接口连接于MCU的通信控制单元。

三相电压信号和三相电流信号，分别从配备于电力系统或电力用户配电网的电压互感器(PT)及电流互感器(CT)获得。三相电压信号由电阻分压转换为适合后续电路使用的弱电信号后分成两路，一路电压信号直接接入A/D转换器1，另一路电压信号通过前端滤波电路接入A/D转换器2；三相电流信号由仪用电流互感器组转换为适合后续电路使用的弱电信号，通过前端滤波电路接入A/D转换器2。前端滤波电路用以滤除输入信号中100次谐波以上(频率大于5.6kHz)的高频分量以及信号线上的尖峰干扰。

A/D变换器由A/D变换器1和A/D变换器2组成，A/D变换器1采用3个高精度的单通道16位A/D变换器AD7723芯片，采样速率可高达1.2MHz，将3个电压模拟量信号转换为数字量信号，并将其传送给DSP1，实际使用的采用速度为1MHz；A/D变换器2采用1个高精度的6通道同时采样16位A/D变换器ADS8364芯片，采样速率可高达250K，将3个电压、3个电流模拟量信号转换为数字量信号，并将其传送给DSP2，6路同时采样特性的选用保证了电压、电流信号的真正同时性，实际使用的采用速度为12.8kHz。

DSP采用最新数字化信号处理技术的高性能浮点DSP芯片TMS320C6727GDHA250，工作频率高达250MHz，具备32位UHPI(Universal Host-Port Interface)接口，DSP系统由DSP1和DSP2组成，DSP1完成电压冲击暂态扰动和电压振荡暂态扰动2类动态电能质量扰动检测运算，DSP2完成电压短时变动动态电能质量、稳态电能质量(三相2～50次谐波电压、电流、功率，三相电压波动与闪变、三相电压、电流不平衡度，三相电压、频率偏差)和电力参数(三相电压、电流、频率、功率、功率因数)的检测运算。

MCU将通过DSP的UHPI总线接口直接访问DSP的内存RAM，将DSP处理后的数据进行进一步数据分析和处理，完成就地大屏幕液晶显示、就地大容量数据存储器存贮，同时完成数据的远方传输控制等功能。MCU芯片采用32位以上的嵌入式PC104主机，工作频率300Mz以上，MCU的操作系统采用嵌入式Linux系统。

程序存储器采用FLASH存储器，主要用于固化存放运算程序，本实用新型采用3组FLASH存储器分别固化存放DSP1、DSP2和MCU的运算程序，在装置开始工作时，DSP1、DSP2和MCU分别首先将固化在FLASH存储器1、FLASH存储器2和FLASH存储器3中的程序调入各自内部以及外扩的RAM中，进而进行相应的数据处理和功能操作。

数据存储器采用40/80Gbit的硬盘存储器，用于保存MCU处理后的数据。

通信控制单元连接有串口232/485、以太网(TCP/IP协议)和USB接口，均为即插即用接口，串口、以太网接口为数据远程通信和组成监控网提供方便，USB接口可以接入键盘、鼠标、U盘、移动硬盘等。

显示器采用大屏幕液晶显示器(LCD)，能够就地完成对上述动态电能质量、稳态电能质量和电力参数显示。

按键采用轻触薄膜键盘，共设五键：F1、F2、F3、F4、F5，使用五个功能键及其组合，进行显示切换。

指示灯可以提供超限和故障的灯光报警。

显示器、按键和指示灯连接于MCU的I/O控制器。

以下结合原理框图1和实施电路框图2详细描述本装置的工作过程。

高性能浮点DSP芯片主要接收A/D变换的数据完成相应的数据运算和处理。DSP1接收A/D变换器1的数据，运用小波变换算法计算电压冲击暂态扰动和电压振荡暂态扰动的大小、起始时间和结束时间，并进行扰动类型识别；DSP2接收A/D变换器2的数据，并实时计算基波信号频率，运用正交变换算法计算电压短时变动的大小、起始时间和结束时间，进而判断电压短时变动的类型(电压骤升、骤降、中断)，运用FFT算法计算三相电压、电流信号的2～50次谐波分量的幅值和相位(每周波采样256点，采样频率12800Hz)，并使用相应的算法计算其它稳态电能质量参数(三相电压波动与闪变、三相电压、电流不平衡度，三相电压、频率偏差)和电力参数(三相电压、电流、频率、功率、功率因数)。DSP1和DSP2将处理结果通过其UHPI接口传输给MCU进一步分析处理，UHPI接口的采用，既确保了信号高速、实时、准确、无误的传递，也节省了元器件，进而降低成本、提高可靠性、结构更紧凑、减少装置尺寸。MCU主要完成对来自DSP的数据做进一步统计计算分析，同时负责数据的就地存储、比较、通讯、实时显示、系统参数设置等功能。

40/80Gbit大容量存储器主要完成MCU处理后的各种动态电能质量、稳态电能质量、电力参数数据就地存储、电压电流以及动态电能质量扰动过程实时记录。利用按键，能够很方便地实现各种显示操作。利用通过USB接入的即插即用键盘，能够很方便地完成系统参数(包括电压PT参数、电流CT参数、系统短路容量、各次谐波参数的报警限值等参数)的设置整定。

本实用新型的就地显示界面包括：电压电流实时波形显示、动态电能质量数据综合显示、稳态电能质量数据综合显示、电力参数显示以及其它显示等。

串口、以太网和USB接口用于为数据的实时传输和就地数据下载提供通道。串口通讯接口为RS485/RS232接口，以太网通信接口则可以充分利用现有带宽实现远距离高速传输，USB接口既为利用U盘、移动硬盘等存储器直接下载数据提供方便，也为使用即插即用鼠标和键盘提供方便。

本实用新型突破传统电能质量监测概念，将电能质量监测从稳态电能质量扩展到动态电能质量，实现电能质量的全面监控。

Claims

1、一种新型动态电能质量监测与分析装置，其组成包括三相电压电流采样电路、A/D转换器1、A/D转换器2、数字信号处理器DSP1、数字信号处理器DSP2、微控制器、FLASH存储器1、FLASH存储器2、FLASH存储器3、数据存储器、串行通信接口、以太网通信接口、USB通信接口、显示器、按键以及指示灯，其特征是A/D转换器1采用3个单通道高速A/D转换器，连接于三相电压采样电路与DSP1之间，A/D转换器2采用1个6通道同时采样低速A/D转换器，连接于三相电压电流采样电路与DSP2之间，DSP1、DSP2与微控制器之间的通信采用DSP的UHPI数据总线，FLASH存储器1连接于DSP1的外部总线，FLASH存储器2连接于DSP2的外部总线，FLASH存储器3和硬盘存储器连接于微控制器的外部总线，显示器、按键以及指示灯连接于微控制器的I/O控制器的相应端口，串口、以太网和USB通信接口连接于微控制器的通信控制单元。

2、根据权利要求1所述动态电能质量监测与分析装置，其特征是所述的DSP1、DSP2采用TMS320C6727GDHA250芯片。

3、根据权利要求1所述动态电能质量监测与分析装置，其特征是所述的A/D转换器1采用AD7723芯片，A/D转换器2采用AD8364芯片。

4、根据权利要求1所述动态电能质量监测与分析装置，其特征是所述的微控制器的操作系统采用嵌入式Linux系统。