CN201707407U - 电能质量在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型具体涉及一种电能质量在线监测装置，其特征在于包括并行的DSP、ARM9芯片和FPGA芯片、大容量双口RAM，FPGA芯片的数据输入端与A/D采样模块的数据输出端连接，A/D采样模块的数据输入端与互感器的数据输出端连接，FPGA芯片的数据输出端与第一双口RAM的数据输入端连接，第一双口RAM的数据输出端与DSP芯片的数据输入端连接，DSP芯片的数据输出端与第二双口RAM的数据输入端连接，第二双口RAM的数据输出端口与ARM9芯片的数据输入端连接，所述DSP芯片与DSP存储模块连接，ARM9芯片分别与ARM9存储模块、通信模块、显示模块、输入模块连接。本实用新型具有稳定可靠、可实现多回路同步检测、检测数据准确，数据存储容量大的优点。

Description

电能质量在线监测装置

技术领域：

本实用新型属于在线式电能质量监测与分析装置领域，具体涉及一种电能质量在线监测装置。

背景技术

随着电力电子技术的广泛应用与发展，如静止变流器，工业交直流变换装置、电弧炉、大型轧钢机、电力机车等，电力系统中的非线性负载，冲击性、波动性负荷越来越多，引起电网电流、电压波形发生畸变，产生大量的高次谐波，引起电压波动、闪变以及三相不平衡等一系列的电能质量问题。电能质量问题严重危害到了电网安全运行，成为电网的“公害”。另一方面，机场、银行、精密制造业、计算机网络和服务监控中心等行业，对电网“干净清洁”的环境要求呈现出日益增加的趋势。因此，无论从电网运行的需要考虑，还是从用户的需要考虑，加强对电能质量的监测都是非常必要的。

国内电能质量在线监测与分析系统的研究自2006年后开始逐步开始，设备主要分为便携式装置和在线式装置两种类型，其中便携式装置通过不定期对所关注的点进行测试，需求量较小。市场主要需求在线式电能质量监测与分析产品。

目前，在线式电能质量监测与分析装置主要分为以下两种设计方式：

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，一股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。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。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有技术在线式电能质量监测与分析装置无法满足多条回路同步检测的缺陷，提供一种能够实现多回路同步检测的电能质量在线监测装置。

本实用新型是通过如下技术方案来实现的：

即一种电能质量在线监测装置，其特征在于包括并行的DSP、ARM9芯片和FPGA芯片，DSP芯片和ARM9芯片之间，ARM9芯片和FPGA芯片之间均设有大容量双口RAM，所述FPGA芯片的数据输入端与A/D采样模块的数据输出端连接，A/D采样模块的数据输入端与互感器的数据输出端连接，FPGA芯片的数据输出端与第一双口RAM的数据输入端连接，第一双口RAM的数据输出端与DSP芯片的数据输入端连接，DSP芯片的数据输出端与第二双口RAM的数据输入端连接，第二双口RAM的数据输出端口与ARM9芯片的数据输入端连接，所述DSP芯片与DSP存储模块连接，ARM9芯片分别与ARM9存储模块、通信模块、显示模块、输入模块连接。

FPGA的信号输出端分别于DSP和第二双口RAM的信号输入端连接。

本实用新型中：

DSP存储模块为flash存储模块和SRAM存储模块其中任一种或两种的组合。

ARM9存储模块为flash存储模块、SD卡存储模块、SRAM存储模块其中任一种或两种的组合或三种的组合。

通信模块为以太网模块、RS485模块、RS232模块其中任一种或两种的组合或三种的组合。

显示模块为TFTLCD显示屏。

输入模块为键盘。

本实用新型采用如下关键技术来保障性能：

a、采用TI公司32位浮点DSP为核心，具有强大的数据处理能力；

b、数据存储和通讯处理器采用ARM9，嵌入Linux操作系统作为软件平台，16G的存储空间(储存年限＞1年)，满足电能质量监测装置对数据存储的要求，终端集成嵌入式数据库，保证数据掉电不丢失，同时提高数据输入输出效率和能力；终端具有优秀的人机界面，操作简单方便；

c、数据采集通道A/D设计，可最大同步采集24通道，电压电流通道可根据用户需求选配，所有通道完全同步采样，精度更高、速度更快，且任何一路A/D损坏都不影响其它通道数据的正常采集；

d、采用大规模可编程器件CPLD，减少了大量外围电路，提高了系统的可靠性，同时增强了系统的灵活性；

e、5.6寸TFTLCD显示，可实时显示电压电流波形，以及事件记录波形；

f、核心处理板上不同CPU之间的通讯采用大容量的双口ram，保证了数据交换的实时性，和流畅性；

g、采用外部GPS同步采样技术，保证了同一变电站内或不同变电站内监测装置的同步采样；

h、配置了100M双以太网口，可与不同的远方管理中心进行数据交互，终端设备可作为客户端，也可作为服务器，支持实时和间接通讯；终端支持常用的远程接口包括：PQDIF、TCP、FTP、WEBService，同时支持程序远程升级。

i、采用了SMT工艺、继电保护装置常用的”背插式”结构；

本实用新型具有工作稳定可靠、可实现多回路同步检测、检测数据准确，数据存储容量大的优点。本实用新型采用DSP+ARM9+FPGA三CPU并行结构，采用大容量双口RAM，并有PQDIF数据格式直接输出，以及双方100M以太网数据传送的相关报告，保证了数据交换的实时性和流畅性。经实验，本实用新型的硬件可靠性和电磁兼容能力达到国内领先水平，尤其是抗快速瞬变干扰达到了IEC61000-4-4：1995标准IV级的水平，超过了国标对电能质量监测装置的EMC的要求。

附图说明

附图为本实用新型的原理示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步阐述。

如附图所示：FPGA芯片的数据输入端与A/D采样模块的数据输出端连接，A/D采样模块的数据输入端与互感器的数据输出端连接，FPGA芯片的数据输出端与第一双口RAM的数据输入端连接，FPGA的信号输出端分别于DSP和第二双口RAM的信号输入端连接，第一双口RAM的数据输出端与DSP芯片的数据输入端连接，DSP芯片的数据输出端与第二双口RAM的数据输入端连接，第二双口RAM的数据输出端口与ARM9芯片的数据输入端连接，所述DSP芯片与DSP存储模块连接，ARM9芯片分别与ARM9存储模块、通信模块、显示模块、输入模块连接。

DSP存储模块为flash存储模块和SRAM存储模块其中任一种或两种的组合。

ARM9存储模块为flash存储模块、SD卡存储模块、SRAM存储模块其中任一种或两种的组合或三种的组合。

通信模块为以太网模块、RS485模块、RS232模块其中任一种或两种的组合或三种的组合。

显示模块为TFTLCD显示屏。

输入模块为键盘。

本实用新型具有如下功能

a、电压偏差监测：产品实时计算三相相电压或线电压，基本记录周期为3s，取3s的瞬时值进行有效值计算，其时间标签为该3秒钟结束的时刻。记录保存的时间间隔，可设置为3秒钟的整数倍，记录取最大值。产品可统计在一定时间间隔内的电压合格率、电压越限率、电压偏差最大值、最小值、平均值、95％概率大值。产品可设置电压偏差门槛值，实时检测电压偏差是否越限。在发生电压偏差越限时，会自动生成相关事件日志并记录有关事件数据。

b、频率偏差监测：产品具有记录、统计、事件记录等功能。

c、电压、电流不平衡度监测：产品根据计算的三相电压、三相电流，通过软件合成正序、负序电压和电流，从而计算电压、电流的不平衡度。产品具有对不平衡度的统计和越限事件记录功能。

d、谐波监测：产品对电压、电流采样值进行FFT分解，可以得到各次谐波分量。由于采取了频率自动跟踪补偿，消除了频率“泄漏”，防止了基波频率偏离额定值情况下造成的测量误差。实时计算量包括：电压、电流的总谐波畸变率、按照国标A级要求的2～50次谐波含有率、幅值、相位；各次谐波的有功、无功功率等。基本记录周期和记录保存周期同上。产品可在面板LCD上显示：电流、电压的实时波形，电压、电流的谐波棒图，各次谐波电流、电压的实时波形。同时具有谐波越限告警功能。

e、间谐波监测：对于含有间谐波的波形，由于间谐波分量的频率是基波的分数倍且不可预知，因此往往很难确定波形周期。产品按国标《电能质量监测设备通用要求》的规定，一个基本记录周期为3秒钟，间谐波的分辨率一股为1/8工频频率，也可根据具体测试的需要设置为其他频率；间谐波的监测功能可根据需要设置为启动或停止，在产品实现上，产品存储20个幅值最大的间谐波。

f、电压波动和闪变监测：电压波动通常会引起许多电工设备不能正常工作，如影响电视画面质量、使电动机转速脉动、使电子仪器工作失常、使白炽灯光发生闪烁等等。由于一股用电设备对电压波动的敏感度远低于白炽灯，因此选择人对白炽灯照度波动的主观视感，即“闪变”，作为衡量电压波动危害程度的评价指标。对于电弧炉等随机变化负荷的电压波动，不仅要检查其最大电压波动，还要在足够长时间观察电压波动的统计特件。按国标要求，短时闪变的一个记录周期为10分钟，长时闪变为2小时。电压波动和闪变的监测，可根据需要进行启动或停止。

g、暂态扰动监测：暂态扰动包括暂态过电压、电压骤降、瞬态过电压以及电压短时中断问题。产品可以实现如下功能：实时监测电压瞬时值。在发生扰动时，经过特定的检测算法判断出扰动，并给出扰动发生的时刻、扰动的幅度、扰动的相位变化、扰动持续时间等信息；判断出扰动后，立即启动波形捕捉功能(即录波功能)，记录下扰动前一段时间至扰动结束后一段时间内的电压波形。

h、谐波源检测：造成系统电压正弦波形的畸变，产生高次谐波的设备和负荷，称为谐波源。一切非线性的设备和负荷都是谐波源。谐波源检测的主要目标是确定谐波源是来自用户侧还是系统侧。

i、故障录波：产品具有故障录波功能，在电能质量指标越限时或发生扰动时启动录波，记录电压、电流瞬时值波形或有效值波形。可选配专用录波分析软件，对录波数据进行分析、显示、存储等。

Claims (2)

1.一种电能质量在线监测装置，其特征在于包括并行的DSP、ARM9芯片和FPGA芯片，DSP芯片和ARM9芯片之间，ARM9芯片和FPGA芯片之间均设有大容量双口RAM，所述FPGA芯片的数据输入端与A/D采样模块的数据输出端连接，A/D采样模块的数据输入端与互感器的数据输出端连接，FPGA芯片的数据输出端与第一双口RAM的数据输入端连接，第一双口RAM的数据输出端与DSP芯片的数据输入端连接，DSP芯片的数据输出端与第二双口RAM的数据输入端连接，第二双口RAM的数据输出端口与ARM9芯片的数据输入端连接，所述DSP芯片与DSP存储模块连接，ARM9芯片分别与ARM9存储模块、通信模块、显示模块、输入模块连接。

2.根据权利要求1所述的电能质量在线监测装置，其特征在于FPGA的信号输出端分别于DSP和第二双口RAM的信号输入端连接。