CN201130860Y - 嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置 - Google Patents

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宋平
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朱炜
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Abstract

本实用新型公开了嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，提升动态电能质量监测效果。其技术方案：在线分析装置包括：模数转换器模块，将模拟量信号转换成数字信号；第一处理模块，控制对模拟量的数据采集并存储；第一双口RAM存储模块，存储原始采样数据；第二处理模块读取原始采样数据，计算出电能质量计算结果；第二双口RAM存储模块，存储电能质量计算结果和原始采样数据；第三处理模块，读取电能质量计算结果，控制数据存储、人机交互及和后台服务器的通讯运作；通讯模块，基于PQDIF通讯标准与后台服务器完成通讯；数据存储接口模块，完成数据在存储卡上的存储；人机接口模块，完成人机交互运作。本实用新型应用于电能质量分析和监测领域。

Description

嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置
技术领域
本实用新型涉及一种电能质量的在线分析装置，尤其涉及一种基于嵌入式系统的变电站多回路动态电能质量的在线分析装置。
背景技术
国内对电能质量的研究开始于1990年，限制于国内技术的发展，当时国内用户多采用了进口设备，当时市场容量很小，当时市场尚属探索阶段。到90年代后，主管部门开始着手针对电能质量污染源用户进行调查测试，所用设备均为便携式电能质量测试仪。2000年以后，随着各地电力主管部门对电能质量污染源用户调查测试的深入，一些高污染源用户被确定，同时针对这些用户供电管理部门开始在相应的供电线路上安装在线式电能质量监测仪，24小时不间断对电能质量污染源用户进行数据采集，并开展分析工作。2004年以来，电能质量测试设备的市场逐步扩大，也推动了行业管理部门相继召开了多次的电能质量技术研讨会和相关标准的修改。从政策和监管层面，系统得到更多支持。到2006年以后，伴随着哈大、成昆、京沪、胶济、浙赣电气化铁路的改造，以及经济发达区域开始组建区域内的监控网络，在线式电能质量监测仪开始大规模、集中地得到应用。
目前，在线式电能质量分析装置的设计主要分为两种设计方式：(1)一类是基于工控机结构的变电站电能质量在线监测装置，该装置由于采用工控机作为系统的核心处理部分，存在机械转动部分，长期运行实际效果并不理想，故障率较高，由于在设计方面的缺陷，其并不能真正实现变电站多条回路的同步监测。(2)另一类是以国内当前技术为代表，包括国外加拿大Power Measurement公司、瑞典联合电力和美国电力士开发的基于嵌入式的变电站单回路电能质量在线监测装置，对于变电站来说，一般需要对进线和出线多条回路进行监测，单回路显然无法满足要求，这就需要采用多台设备进行监测，这无形中增加了用户的成本。同时多台设备的同步问题也是需要解决的。由于采用flash作为存储设备，受通道容量限制，在网络通讯中断的情况下，只能保存一个星期的历史数据。
发明内容
本实用新型的目的在于解决上述问题，提供了一种嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，实现连续的海量数据采集和高级分析功能，不受时间和存储容量的限制，是未来大规模应用发展的必然趋势。本实用新型的在线分析装置通过浮点DSP最新的芯片计算速度快，处理能力强，可以真正实现变电站多回路电能质量的同步监测。而本实用新型中的嵌入式装置可以解决过去工控产品容易染毒、速度慢、寿命短等问题，对电能质量装置的整体技术得到提高。
本实用新型的技术方案为：本实用新型揭示了一种嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，其中，包括：
模数转换器模块，将采集到的模拟量信号转换成数字信号；
第一处理模块，连接该模数转换器模块，控制对模拟量的数据采集并存储数字信号形式的采集到的原始采样数据；
第一双口RAM存储模块，连接该第一处理模块，存储该第一处理模块采集到的该原始采样数据；
第二处理模块，连接该第一双口RAM存储模块，读取存储在该第一双口RAM存储模块所存储的该原始采样数据，计算得到电能质量计算结果；
第二双口RAM存储模块，连接该第二处理模块，存储该第二处理模块计算得到的该电能质量计算结果和该原始采样数据；
第三处理模块，连接该第二双口RAM存储模块，读取该第二双口RAM存储模块中的该电能质量计算结果，控制数据存储、人机交互以及和后台服务器的通讯运作；
通讯模块，连接该第三处理模块，基于电能质量数据内部交换格式的通讯标准与后台服务器完成通讯；
数据存储接口模块，连接该第三处理模块，完成数据在存储卡上的存储；
人机接口模块，完成人机交互的运作。
上述的嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，其中，该第一处理模块是FPGA芯片，该第二处理模块是DSP芯片，该第三处理模块是ARM芯片。
上述的嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，其中，该第一双口RAM存储模块和该第二双口RAM存储模块设置成乒乓结构。
上述的嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，其中，该FPGA芯片包含同步采集24路模拟量的单元。
上述的嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，其中，该DSP芯片进一步包含：
应用对称分量法计算单元，在电压不平衡度和负序电流的分析中求出不平衡度；
基准方法计算单元，在闪变分析中判断闪变值。
上述的嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，其中，该在线动态分析装置还包括一GPS同步授时模块，通过GPS的变电站同步授时实现装置数据采集和传输的同步。
上述的嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，其中，该在线动态分析装置还包括一录波模块和存储卡模块，该录波模块在电力系统发生故障时被启动以记录暂态数据于该存储卡模块中，该存储卡模块还存储电能质量稳态数据。
上述的嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，其中，该第二处理模块通过中断方式读取存储在该第一双口RAM存储模块所存储的该原始采样数据，该第三处理模块通过中断方式读取该第二双口RAM存储模块中的该电能质量计算结果。
本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型在通讯模块与后台服务器采用基于PQDIF(Power Quality Data Interchange Format，电能质量数据内部交换格式)的通讯标准。本实用新型首次采用嵌入式真正实现变电站多回路电能质量同步监测。本实用新型实时跟踪电网频率，调整采样率，防止频谱泄漏。
附图说明
图1是本实用新型的嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置的较佳实施例的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。
图1示出了本实用新型的嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置的较佳实施例的原理，请参见图1。在线分析装置10包括模/数(A/D)转换器模块100、FPGA芯片101、第一双口RAM存储模块102、第二双口RAM存储模块103、DSP芯片104、ARM芯片105、数据存储接口模块106、键盘模块107、通讯模块108、显示模块109。
在该在线分析装置中，考虑到系统实时性要求，在设计中采用了FPGA芯片+DSP芯片+ARM芯片三个CPU处理方案，三个CPU并行工作。A/D转换器模块100采集原始的模拟量信号，将其转换为数字信号。与A/D转换器模块100相连的FPGA芯片101控制对模拟量信号的数据采集，并将数字信号形式的原始采样数据存储在第一双口RAM存储模块102中。FPGA芯片101包含同步采集24路模拟量的单元(未图示)，可以对24路模拟量进行同步采集，通过配置可以满足不同规模的电能质量监测需要。双口RAM保证了采集数据的同步传输。通过中断方式，DSP芯片104读取第一双口RAM存储模块102中的原始采样数据，计算得到电能质量计算结果。DSP芯片104进一步可包含应用对称分量法计算单元(未图示)和基准方法计算单元(未图示)，其中应用对称分量法计算单元在电压不平衡度和负序电流的分析中，先分别求出正序分量和负序分量，再求出不平衡度；基准方法计算单元在闪变分析中判断闪变值，按照GB12326-2000中8.1的规定，“各种类型的电压波动均可以用符合IEC61000-4-15的闪变仪直接测量来评估，这是闪变量值判定的基准方法。
DSP芯片104计算得到的电能质量计算结果连同原始采样数据一起存储在第二双口RAM存储模块103中。通过中断方式，ARM芯片105读取第二双口RAM存储模块103中的电能质量计算结果，ARM芯片105也控制数据存储、人机交互以及与后台服务器的通讯运作。其中这两个双口RAM存储模块103设置成乒乓结构。连接ARM芯片105的人机接口模块可以是键盘模块107、显示模块109等，完成人机交互的运作。数据存储接口模块106完成数据在存储卡上的存储运作。通讯模块108基于PQDIF(Power Quality Data Interchange Format，电能质量数据内部交换格式)的通讯标准与后台服务器(未图示)完成通讯。
较佳地，在线分析装置10还可以包括一个GPS同步授时模块(未图示)，通过GPS的变电站同步授时实现装置数据采集和传输的同步。
较佳地，在线分析装置10还可以包括一个录波模块和存储卡模块，录波模块在电力系统发生故障时被启动，以记录暂态数据于存储卡模块中，存储卡模块还存储电能质量稳态数据。在发电机组和电网正常运行时分析稳态的电能质量数据；在电力系统故障、发生大扰动时，启动录波模块的录波功能，记录暂态数据。存储卡模块例如是电子盘、CF卡等存储卡，保存在存储卡中的数据在网络通讯正常或不正常时都在存储卡中存储，这样的多重化冗余存储保证了数据记录的可靠性。
本实用新型的变电站多回路动态电能质量在线分析装置是基于PQDIF的通信体系架构，采用基于FPGA、DSP技术的嵌入式硬件系统，取消风扇等机械旋转部件，提高了硬件系统的可靠性，确保可靠测量和记录。整体采用模块化部件和一体化结构的设计。本实用新型的装置采用网络化分布式数据采集，使用嵌入式通信模块和嵌入式实时多任务软件架构设计。

Claims (8)

1、一种嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，其特征在于，包括：
模数转换器模块，将采集到的模拟量信号转换成数字信号；
第一处理模块，连接该模数转换器模块，控制对模拟量的数据采集并存储数字信号形式的采集到的原始采样数据；
第一双口RAM存储模块，连接该第一处理模块，存储该第一处理模块采集到的该原始采样数据；
第二处理模块，连接该第一双口RAM存储模块，读取存储在该第一双口RAM存储模块所存储的该原始采样数据，计算得到电能质量计算结果；
第二双口RAM存储模块，连接该第二处理模块，存储该第二处理模块计算得到的该电能质量计算结果和该原始采样数据；
第三处理模块，连接该第二双口RAM存储模块，读取该第二双口RAM存储模块中的该电能质量计算结果，控制数据存储、人机交互以及和后台服务器的通讯运作；
通讯模块，连接该第三处理模块，基于电能质量数据内部交换格式的通讯标准与后台服务器完成通讯；
数据存储接口模块，连接该第三处理模块，完成数据在存储卡上的存储；
人机接口模块，完成人机交互的运作。
2、根据权利要求1所述的嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，其特征在于，该第一处理模块是FPGA芯片，该第二处理模块是DSP芯片，该第三处理模块是ARM芯片。
3、根据权利要求2所述的嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，其特征在于，该第一双口RAM存储模块和该第二双口RAM存储模块设置成乒乓结构。
4、根据权利要求3所述的嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，其特征在于，该FPGA芯片包含同步采集24路模拟量的单元。
5、根据权利要求3所述的嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，其特征在于，该DSP芯片进一步包含：
应用对称分量法计算单元，在电压不平衡度和负序电流的分析中求出不平衡度；
基准方法计算单元，在闪变分析中判断闪变值。
6、根据权利要求3所述的嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，其特征在于，该在线动态分析装置还包括一GPS同步授时模块，通过GPS的变电站同步授时实现装置数据采集和传输的同步。
7、根据权利要求3所述的嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，其特征在于，该在线动态分析装置还包括一录波模块和存储卡模块，该录波模块在电力系统发生故障时被启动以记录暂态数据于该存储卡模块中，该存储卡模块还存储电能质量稳态数据。
8、根据权利要求1所述的嵌入式的变电站多回路动态电能质量在线分析装置，其特征在于，该第二处理模块通过中断方式读取存储在该第一双口RAM存储模块所存储的该原始采样数据，该第三处理模块通过中断方式读取该第二双口RAM存储模块中的该电能质量计算结果。
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