CN201654155U - 电能质量监测管理终端 - Google Patents

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张高峰
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江苏谷峰电力科技有限公司
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Abstract

本实用新型公开了一种电能质量监测管理终端,由采集分析模块以及通讯控制模块构成构成,采集分析模块和通讯控制模块由系统总线衔接,采集分析模块主要由信号调理电路、DSP芯片、继电器输出电路以及电能质量数据存储芯片构成,采集分析模块接供电线路经过内部PT、CT隔离后再经信号调理电路通过模数转换器件接DSP芯片的信号输入端口,DSP芯片的控制信号输出端口通过继电器输出电路与供电线路控制继电器关耦隔离连接,DSP芯片的数据总线接电能质量数据存储芯片;本实用新型提高了处理速度、数据处理精度,可完成数据采集、存储、分析和统计等各种监测以及控制功能;终端自身提供PQDIF数据格式接口,满足电力行业在网络化、信息化、标准化发展的需求。

Description

电能质量监测管理终端
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种电力线路监测管理仪器,特别涉及一种电能质量监测管理终端。
背景技术
[0002] 电能质量监测管理终端是对供电线路电压及电流运行状况进行监测和统计的重 要设施。现在市场上的电能质量监测设备有的只对谐波等数据重点监测,无闪变和暂态监 测功能,有的虽然具有闪变和暂态功能,但其算法处理精度和灵敏度还不够。另外,在数据 管理方面,现有的电能质量监测终端提供的数据并不具有标准PQDIF数据接口,使得厂家 终端之间互联相对复杂;即使部分厂家提供PQDIF接口,也都是自己架设服务器,通过服务 器上传PQDIF格式数据,这样不但提高了成本,还增加了系统的复杂度。
实用新型内容
[0003] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种功能强大的电能质量监测管理终端, 使电能质量监测仪器满足电力行业网络化、信息化、标准化发展的需求。
[0004] 为解决上述的技术问题本实用新型的加护方案是:一种电能质量监测管理终端, 由含有人机接口采集分析模块以及通讯控制模块构成构成,所述采集分析模块和通讯控制 模块由系统总线衔接,所述采集分析模块主要由信号调理电路、DSP芯片、继电器输出电路 以及电能质量数据存储芯片构成,所述采集分析模块输入端接供电线路经过内部PT、CT隔 离后再经信号调理电路通过模数转换器件接DSP芯片的信号输入端口,所述DSP芯片的控 制信号输出端口通过继电器输出电路与供电线路控制继电器关耦隔离连接,所述DSP芯片 的数据总线接电能质量数据存储芯片。
[0005] 所述信号调理电路的输出端还经频率锁相电路接DSP芯片的边沿捕获端口 ;所述 频率锁相电路由带通滤波电路经放大电路接比较电路构成。
[0006] 所述信号调理电路由采样电阻和电阻与高精密电容组成的RC滤波电路构成,并 且差分输入。
[0007] 所述DSP芯片的时钟端口通过SPI电路接实时时钟芯片。
[0008] 本实用新型提高了处理速度,引入了数字滤波技术及动态校正零漂和谐波相角的 方法,提高了数据处理精度,可以完成供电线路的数据采集、存储、分析和统计等各种监测 以及控制功能;而且,终端自身提供了标准的IEEE推荐的PQDIF数据格式接口,使得接入系 统更加方面,满足电力行业在网络化、信息化、标准化发展的需求。
附图说明
[0009] 图1为本实用新型的总体结构框图。
[0010] 图2为本实用新型的DSP芯片的电路图。
[0011] 图3为本实用新型的电能质量分析数据芯片电路图。[0012] 图4为本实用新型的FLASH存储芯片电路图。
[0013] 图5为本实用新型的电源管理部分的电路图。
[0014] 图6为本实用新型的遥控输出部分的电路图。
[0015] 图7为本实用新型的遥信输入部分的电路图。
[0016] 图8为本实用新型的RS232和485通讯接口部分的电路图。
[0017] 图9为本实用新型的显示部分的电路图。
[0018] 图10为本实用新型的时钟部分的电路图。
[0019] 图11为本实用新型的信号调理部分的电路图。
具体实施方式
[0020] 本实用新型的电能质量监测管理终端如图1所示,采集分析模块以及通讯控制模 块构成。终端以DSP芯片为核心,其中,输入端接供电线路经过内部PT、CT隔离后再经信号 调理电路通过模数转换器件接DSP芯片的信号输入端口,同时经频率琐相电路接DSP芯片 的边沿扑获端口。DSP芯片的控制信号输出端口通过光耦连接继电器。DSP芯片的地址及数 据总线分别接芯片SDRAM的并行接口、FLASH存储芯片;DSP芯片的片内外部控制单元分别 接时钟电路以及通讯接口电路。此外,遥信输入电路接DSP芯片的相关输入端口。从而形成 了数据采集分析模块、外部控制模块及通讯模块,在系统初始化后,实现A/D采集中断、FFT 运算、串口或网络功能、键盘输入、液晶显示、遥信输入遥控输出、时钟芯片管理,PQDIF数据 管理以及系统故障自检等。
[0021] 总之,本实施例的终端采集分析统计模块负责完成供电线路的数据采集、存储、综 合和统计等功能,并由网络或无线模块两部分将数据远传至数据中心,由此组成了功能强 大的电能质量监测分析终端。
[0022] 终端软件采用C语言与汇编混合编程的方式。用汇编语言实现FFT算法部分以提 高效率,在十个周波时间内连续采样实现对电压电流信号的2048点基二 FFT分析,可以获 得每周波谐波信息。间谐波信息,通过采样数据完全完成电能质量6大国家指标。
[0023] 终端的具体电路如图1-图11所示,以下详细介绍:
[0024] 1、DSP主芯片(如图2所示)
[0025] DSP主芯片采用TMS320F2812,为整个终端的核心部分,其它硬件围绕此芯片搭 建。TMS320F2812 内部集成有 128KX 16 的 Flash 和 18KX 16 的 RAM,以及 16 通道 12BitA/ D,其中两路能同时工作,大量的通用或专用I/O 口,同时集成UART(通用异步串行口)、 SPI (串行外围接口)、CAN(控制器区域网络)和看门狗等常用的外围接口电路,可以完成 对所有外设的信息采集及所有控制命令的发送,最终实现整个系统的控制与整合。
[0026] 2、电能质量分析数据芯片(如图3所示)
[0027] 在进行数字FFT运算和闪变运算时,需要大量的RAM空间,为此硬件电路中设有两 片IS61LV25616构成的电能质量分析芯片,宽运行温度范围。其并行接口分别接DSP芯片 的数据地址端口。
[0028] 3、FLASH存储芯片(如图4所示)
[0029] 为了满足大容量存储、记录波形的需要,存储器采用128M的三星FLASH芯片 K9F5608U0C,采用并行读写接口接DSP芯片的对应端口,具有存储容量大,读取速度快的优点。
[0030] 4、电源管理电路(如图5所示)
[0031 ] 由于有多个运行电平,包括5V、3. 3V和1. 9V,直流电源给出5V电源,然后通过电源 管理芯片SPX1117M3-L-3. 3和ADJ实现从一种电平向多种电平的转换,为其他各部分提供 稳定的工作电压。
[0032] 5、遥控输出电路(如图6所示)
[0033] DSP芯片的控制输出端62、79、83脚通过三极管以及光电耦合器件接遥控输出继 电器,控制供电线路。
[0034] 6、遥信输入电路(如图7所示)
[0035] DSP芯片的控制输出端110、115脚检测外部遥信输入是否开合。
[0036] 7、RS232和4邪通讯接口(如图8所示)
[0037] TMS320F2812内部带两个串口控制器,一个通过RS232与RS485复用与外部通信, TMS320F2812串口输出先通过光耦隔离,然后再通过转换芯片将TTL电平转换成RS232电平 (U30、SP232EEN)或 RS485 电平(U22、SP485EEN)与外界相连。
[0038] 8、显示接口(如图9所示)
[0039] 采用大屏幕320*240液晶,实现友好美观界面功能。
[0040] 9、时钟芯片(如图10所示)
[0041] 选用实时时钟(RTC)芯片FM3316,除有基本的时钟和报警功能外,还有2K字节铁 电存储、电压监控、看门狗定时等功能。FM3316与DSP用SPI总线互连。
[0042] 10、频率锁相电路
[0043] 对电流、电压采集时,需要配合频率锁相,完成频率监测,确定电网的频率。频率 锁相电路由带通滤波电路经放大电路接比较电路构成。来自信号调理电路的电压先经过 带通滤波,滤除工频40-60HZ以外的谐波,由TLV2374ID放大器放大,再将信号通过比较器 LMV393ID实现频率检测功能。
[0044] 11、信号调理电路(如图11所示)
[0045] 各路信号调理电路分别由采样电阻和电感与高精度电容组成的RC滤波电路构 成,比普通RC滤波电路具有更好滤波性能。各路电压、电流通过CT (电流互感器)PT (电 压互感器)初级变压,经过采样电阻通过差分方式到AD73360模拟量输入引脚VINPl〜 VINP6、VINNl〜VINN6,经转换后,通过McBsp接口与DSP芯片的信号输入端口相连。
[0046] 12、AD73360
[0047] AD73360为一个具有六通道模拟输入的AD转换芯片,是TI公司专为电力设计的一 款AD转换芯片。其主要的特点为是具有六个16位的采用Σ -Δ原理的AD转换器,其每个 通道均采样同步采样以确保通道之间不存在时间的延迟。这样在电力测量中可同时进行三 相电流与三相电压的采样,而不用考虑相位的延迟,使得电量的测量更加精确。
[0048] 13、网络和GPRS模块的电路图
[0049] 运用DSP的另一串口控制器,与周立功的100ΤΙ模块连接,完成以太网接口 ;若采 用无线通讯模式,则换用GPRS模块,完成无线数据远传功能。
[0050] 本实施例具有以下显著优点:
[0051] 1、嵌入式操作系统——采用DSP BIOS实时多任务的嵌入式操作平台,具有多任务实时切换机制,提高了整个终端的综合性能。
[0052] 2、低功耗、宽温带设计——针对每条线路的全面分析硬件模块全功耗不大于3W ; 运行温度范围在-50°C〜85°C,适用地域范围更广。
[0053] 3、支持多种通讯方式——包括以太网、GPRS、CDMA、CanBus, Rs232、Rs485等通讯 手段,更加灵活、方便。
[0054] 4、抗干扰设计——针对各种干扰均进行了优化设计,最大限度降低了电磁干扰对 系统的影响,使得终端可以在各种恶劣环境中稳定工作。
[0055] 5、网络对时——采用网络对时协议,确保全网时间同步。
[0056] 6、谐波监测功能——可以实现对线路中最高至63次谐波电压电流的监测,对电能 质量分析提供全面的原始数据。
[0057] 7、暂态事件记录——详细记录过电压事件及中断事件的持续时间、特征值和波 形。
[0058] 8、灵活的信号接入方式——支持单相、三相三线、三相四线等组合的接入方式,可 根据要求灵活配置,方便安装。
[0059] 9、PQDIF数据管理——终端自动生成PQDIF标准数据,可方便接入其他标准系统。
[0060] 10、USB数据存储——可根据用户需求,定制不同报表形式,通过U盘读取。

Claims (4)

  1. 一种电能质量监测管理终端,由含有人机接口采集分析模块以及通讯控制模块构成构成,所述采集分析模块和通讯控制模块由系统总线衔接,其特征在于:所述采集分析模块主要由信号调理电路、DSP芯片、继电器输出电路以及电能质量数据存储芯片构成,所述采集分析模块输入端接供电线路经过内部PT、CT隔离后再经信号调理电路通过模数转换器件接DSP芯片的信号输入端口,所述DSP芯片的控制信号输出端口通过继电器输出电路与供电线路控制继电器关耦隔离连接,所述DSP芯片的数据总线接电能质量数据存储芯片。
  2. 2.根据权利要求1所述电能质量监测管理终端,其特征在于:所述信号调理电路的输 出端还经频率锁相电路接DSP芯片的边沿捕获端口 ;所述频率锁相电路由带通滤波电路经 放大电路接比较电路构成。
  3. 3.根据权利要求1所述电能质量监测管理终端,其特征在于:所述信号调理电路由采 样电阻和电阻与高精密电容组成的RC滤波电路构成,并且差分输入。
  4. 4.根据权利要求1所述电能质量监测分析终端,其特征在于:所述DSP芯片的时钟端 口通过SPI电路接实时时钟芯片。
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