CN202433447U

CN202433447U - 基于双cpu的电能质量在线监测仪

Info

Publication number: CN202433447U
Application number: CN2011205301990U
Authority: CN
Inventors: 叶建新; 黄健豪; 叶柱辉; 陈茂荣; 周启荣; 香柱平; 朱淦祥; 姚伟强; 莫灼钦; 陈伟樑; 余涛; 欧阳森; 曾江; 黄德华
Original assignee: Dongguan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: Dongguan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2021-12-16

Abstract

本实用新型公开了一种基于双CPU的电能质量在线监测仪，包括用于采集转换外部三相电压电流信号的数据采集模块、用于对采集转换的信息按电能质量指标分析计算的数据处理分析模块、双口RAM、外围控制模块、CPLD电路模块、外围模块，所述外围模块包括用于存储监测数据的数据存储模块、用于上传监测数据的通讯模块和用于显示监测数据的显示模块，所述数据采集模块、数据处理分析模块、双口RAM、外围控制模块、CPLD电路模块依次相连，所述CPLD电路模块分别与数据存储模块、通讯模块、显示模块相连；所述数据处理分析模块和外围控制模块内分别具有各自独立的CPU芯片。本实用新型可提高对电能质量的监测能力。

Description

基于双CPU的电能质量在线监测仪

技术领域

本实用新型涉及电力系统中的电能质量监测，具体涉及一种基于双CPU的电能质量在线监测仪。

背景技术

现有的电能质量的监测方式主要有三种：设备入网前的专门检测、设备使用中的定期或不定期检测以及在线监测。由于电能质量问题的特殊性，前两种监测方式的监测数据不能全面和准确的反映出电力系统电网的电能质量信息，只有采用分布式在线监测的方式，结合综合的高级电能质量分析和评估系统，才能真实反映电能质量情况，并查找出污染源，制定出对应的解决方案。

目前，能综合测量多种电能质量的在线监测仪还比较少，这些监测装置在实际应用中往往存在以下缺陷：1)CPU不仅需要负担数据处理，同时也要实现通讯及人机交互等功能，负担较重，往往以牺牲电能质量监测指标的实时性和精确性为代价；2)电能质量监测功能比较单一，不能将多项指标测量综合在一起，无法满足对电能质量综合评估的需要，实用性差；3)通讯方式单一，具体应用中在某些特殊监测点不利于实现电能质量的网络化监测。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种基于双CPU的电能质量在线监测仪，可提高对电能质量的监测能力。

为解决上述技术问题，本实用新型采取的技术方案如下：

一种基于双CPU的电能质量在线监测仪，包括用于采集转换外部三相电压电流信号的数据采集模块、用于对采集转换的信息按电能质量指标分析计算的数据处理分析模块、双口RAM、外围控制模块、CPLD电路模块、外围模块，所述外围模块包括用于存储监测数据的数据存储模块、用于上传监测数据的通讯模块和用于显示监测数据的显示模块，所述数据采集模块、数据处理分析模块、双口RAM、外围控制模块、CPLD电路模块依次相连，所述CPLD电路模块分别与数据存储模块、通讯模块、显示模块相连；所述数据处理分析模块和外围控制模块内分别具有各自独立的CPU芯片，通过数据采集模块采集并转换外部三相电压电流信号，由数据处理分析模块独立进行分析计算后获得监测结果，并将检测结果存入双口RAM中，外围控制模块读取双口RAM中的监测结果再通过CPLD电路模块独立控制外围模块实时响应。

本实用新型所述数据采集模块包括抗混叠滤波器、A/D转换器、过零比较电路、选相电路、锁相倍频电路；外部三相电压电流信号经过抗混叠滤波器滤波后输出，该抗混叠滤波器的输出端一路依次连接A/D转换器、数据处理分析模块，另一路依次连接过零比较电路、选相电路、锁相倍频电路，所述锁相倍频电路控制A/D转换器输出的采样信号，所述选相电路还通过数据处理分析模块控制A/D转换器输出的采样信号。

本实用新型所述通讯模块包括分别与CPLD电路模块相连的RS232通讯单元、RS485通讯单元、以太网接口单元。

本实用新型所述通讯模块还包括GPRS通讯单元，该GPRS通讯单元通过RS232通讯单元与CPLD电路模块相连。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1)采用独立CPU单独计算分析采样数据，可实现对电能质量多种指标的综合监测，并且满足实时性，完整性和精确性的要求；

2)采用独立CPU单独处理人机交互、通讯和存储等功能，不占用数据处理芯片资源，响应速度快；

3)采用大规模可编程器件CPLD，减少大量外围电路，提高系统的可靠性，同时增强了系统的灵活性；

4)支持多种通讯方式，适用于各种现场情况，能满足多种不同供电接线方式的需要，通用性强，并且便于远程监测和控制。

附图说明

图1是本实用新型监测仪的模块连接示意图；

图2是本实用新型数据采集模块的连接示意图；

图3是本实用新型数据处理分析模块、通讯模块、存储模块的连接示意图；

图4是本实用新型的数据处理分析模块的工作流程图；

图5为本实用新型监测仪工作流程图。

图中：1、三相电压电流信号，2、数据采集模块，3、数据处理分析模块，4、双口RAM，5、外围控制模块，6、CPLD电路模块，7、显示模块，8、存储模块，9、通讯模块，10、GPS通讯模块，11、RAM，12、EEPROM铁电，13、FLASH存储芯片，14、CH376芯片，15、SD卡接口，16、USB接口，17、RTL8019芯片，18、TL16C552串口扩展芯片，19、RS232通讯单元，20、RS485通讯单元，21、以太网接口模块，22、看门狗复位电路，23、实时时钟电路，24、抗混叠滤波器，25、电源系统，26、A/D转换器，27、过零比较电路，28、选相电路，29、锁相倍频电路。

具体实施方式

如图1所示的基于双CPU的电能质量在线监测仪，它包括用于采集转换外部三相电压电流信号1的数据采集模块2、用于对采集转换的信息按电能质量指标分析计算的数据处理分析模块3、双口RAM4、外围控制模块5、CPLD电路模块6、外围模块，外围模块包括用于存储监测数据的数据存储模块8、用于上传监测数据的通讯模块9和用于显示监测数据的显示模块7，数据采集模块、数据处理分析模块、双口RAM、外围控制模块、CPLD电路模块依次相连，CPLD电路模块分别与数据存储模块、通讯模块、显示模块相连；数据处理分析模块和外围控制模块内分别具有各自独立的CPU芯片，通过数据采集模块采集并转换外部三相电压电流信号，由数据处理分析模块独立进行分析计算后获得监测结果，并将检测结果存入双口RAM中，外围控制模块读取双口RAM中的监测结果再通过CPLD电路模块独立控制外围模块实时响应，即通过CPLD实现对监测结果数据储存、通讯和显示的控制。通过这种方式不仅为CPU提供了更多的利用空间，实现快速实时的数据分析，同时也不影响人机交互，及时上传和存储监测数据，方便用于监测的软件的升级以及功能模块的扩展。

如图2所示，数据采集模块包括抗混叠滤波器24、A/D转换器26、过零比较电路27、选相电路28、锁相倍频电路29；外部三相电压电流信号经过抗混叠滤波器滤波后输出，该抗混叠滤波器的输出端一路依次连接A/D转换器、数据处理分析模块，另一路依次连接过零比较电路、选相电路、锁相倍频电路，锁相倍频电路控制A/D转换器输出的采样信号，选相电路还通过数据处理分析模块控制A/D转换器输出的采样信号。具体地，数据采集模块和数据处理分析模块由电源系统25提供电源，外部电压电流互感器转换的三相电压电流信号经抗混叠滤波器滤除测量范围外的高次谐波，防止频谱混叠造成的谐波误差，再将处理后的信号传给16位的A/D转换器(采用ADS8364芯片)进行数据转换；其中A/D转换器的采样信号由锁相倍频电路或数据处理分析模块控制；将滤波后的电压电流信号经过零比较电路得到同频率的方波信号，再经过选相电路依次对相电压进行判断，若有一相存在输入则将过零比较电路得到的方波信号输入锁相倍频电路，由锁相倍频电路控制采样信号，否则选相电路发送中断信号给数据处理分析模块，转交由数据处理分析模块定时控制采样。

如图3所示，数据处理模块的CPU采用TI公司的TMS320F2812芯片，外围控制模块的CPU采用TI公司的TMS320VC5402芯片，双口RAM采用IDT70V24，通过双口RAM的数据总线和地址总线分别连接数据处理模块的CPU和外围控制模块的CPU。看门狗复位电路22与数据处理模块芯片的复位管脚相连，监视TMS320F2812芯片的运行程序；实时时钟电路23与外围控制模块直接相连；CPLD电路模块采用EPM7218AETC100芯片，显示模块为液晶显示屏。

通讯模块包括分别与CPLD电路模块相连的RS232通讯单元19、RS485通讯单元20、以太网接口单元21以及GPRS通讯单元10，其中RS232通讯单元的通讯接口、RS485通讯单元的通讯接口由TL16C552串口扩展芯片18驱动，以太网接口模块的接口由RTL8019芯片17驱动，TL16C552和RTL8019再通过CPLD电路模块与外围控制模块连接，GPRS通讯单元通过RS232串口扩展，GPRS通讯单元通过RS232通讯单元与CPLD电路模块相连。以太网通讯不仅可用于上层分析软件的联网访问，也可通过普通网络浏览器访问内置个性化HTML网页服务器。

储存模块8包括RAM 11、EEPROM铁电12、FLSH存储芯片13、SD卡接口15和USB接口16。其中SD卡接口15和USB接口16采用CH376芯片14驱动，既可做移动拷贝也可作为固定储存空间；RAM 11采用64KB的ISSI61LV6416芯片，并且可扩展64KB内存，在监测仪运行中主要用作监测程序的运行空间；FLSH存储芯片13采用256KB的SST39VF400，用以存放程序代码和监测数据；EEPROM铁电12采用AT24LC64，可通过IIC电路直接与外围控制模块连接，用以存储设置参数。

其中，数据处理分析模块的CPU芯片还可结合IQmath智能化函数库的调用，快速精确的对采样信号进行计算分析，以实现包括稳态和非稳态在内的多种电能质量监测指标。并且本监测仪获得的电能质量数据可采用IEEE1159新规定的一种通用的PQDIF转换格式，使数据具有良好的兼容性，便于实现不同监测系统间数据共享。

图4为本实用新型的数据处理分析模块的工作流程图，具体的说，本监测仪开始工作后，首先初始化硬件系统和系统自诊断，在接收到数据采集模块的中断信号之后，及时读取采集信息，并根据数据就绪标志判断采样数据是否取满，若未取满则继续等待中断信号读取数据，否则进入各项电能质量指标分析计算，并将监测结果放入指定地址的双口RAM中。

图5为本监测仪工作流程图，装置开始工作后，首先初始化硬件系统，读取铁电12中的设置参数，初始化变量；在双口RAM 4中有数据更新时，读取数据并作统计分析；然后保存设置参数或显示监测信息；在有待存储数据事件时，首先把数据放入缓存，当数据满128Kbit时再写入指定存储地址中；在有待处理通讯数据事件时，根据所选用通讯接口进行通讯处理。

本实用新型的实施方式不限于此，在本实用新型上述基本技术思想前提下，按照本领域的普通技术知识和惯用手段对本实用新型内容所做出其它多种形式的修改、替换或变更，均在本实用新型权利保护范围之内。

Claims

1.一种基于双CPU的电能质量在线监测仪，其特征在于：包括用于采集转换外部三相电压电流信号的数据采集模块、用于对采集转换的信息按电能质量指标分析计算的数据处理分析模块、双口RAM、外围控制模块、CPLD电路模块、外围模块，所述外围模块包括用于存储监测数据的数据存储模块、用于上传监测数据的通讯模块和用于显示监测数据的显示模块，所述数据采集模块、数据处理分析模块、双口RAM、外围控制模块、CPLD电路模块依次相连，所述CPLD电路模块分别与数据存储模块、通讯模块、显示模块相连；所述数据处理分析模块和外围控制模块内分别具有各自独立的CPU芯片，通过数据采集模块采集并转换外部三相电压电流信号，由数据处理分析模块独立进行分析计算后获得监测结果，并将检测结果存入双口RAM中，外围控制模块读取双口RAM中的监测结果再通过CPLD电路模块独立控制外围模块实时响应。

2.根据权利要求1所述的基于双CPU的电能质量在线监测仪，其特征在于：所述数据采集模块包括抗混叠滤波器、A/D转换器、过零比较电路、选相电路、锁相倍频电路；外部三相电压电流信号经过抗混叠滤波器滤波后输出，该抗混叠滤波器的输出端一路依次连接A/D转换器、数据处理分析模块，另一路依次连接过零比较电路、选相电路、锁相倍频电路，所述锁相倍频电路控制A/D转换器输出的采样信号，所述选相电路还通过数据处理分析模块控制A/D转换器输出的采样信号。

3.根据权利要求1所述的基于双CPU的电能质量在线监测仪，其特征在于：所述通讯模块包括分别与CPLD电路模块相连的RS232通讯单元、RS485通讯单元、以太网接口单元。

4.根据权利要求3所述的基于双CPU的电能质量在线监测仪，其特征在于：所述通讯模块还包括GPRS通讯单元，该GPRS通讯单元通过RS232通讯单元与CPLD电路模块相连。