CN202453439U - 手持式电能质量综合测试仪 - Google Patents

Abstract

一种手持式电能质量综合测试仪，涉及电力系统分析设备。该综合测试仪，包括输入传感器(1)、同步采集单元(2)、PCI数据总线(3)、数据处理单元(4)、电子盘(5)、触摸显示屏(6)、可充电电池(7)，所述输入传感器(1)、同步采集单元(2)、PCI数据总线(3)、数据处理单元(4)、电子盘(5)、触摸显示屏(6)、可充电电池(7)设置在一个便携的壳体内；数据处理单元(4)，通过PCI数据总线(3)访问同步采集单元(2)，接收同步采集单元(2)汇总的数据，完成电能质量监测及记录，数据保存和分析，并通过接口与触摸显示屏(6)连接实现人机界面交互。本实用新型具有体积小、功能丰富及高采样率的特点，为电力工作人员提供了一种快速全面的检测电网质量及电气特性的工具。

Description

手持式电能质量综合测试仪

技术领域

本实用新型涉及电力系统测试设备。

背景技术

随着电网中冲击性、非线性负荷的大量应用，使得电网中发生的电压波形畸变、电压波动及闪变等问题日益严重，从而使得电网电能质量严重下降，并诱发各种电力系统事故，使电力系统面临日益严重的污染。

现有的电能质量监测设备大多为单一功能的产品，大多是单一或几项指标的检测设备，如电力系统谐波测量分析装置、电力系统闪变测量装置、电力事件记录装置等，难以实现电能质量的总体指标测量与分析，且响应速度慢与记录容量有限，更无法对电能质量进行综合评价。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种实现电能质量的总体指标测量与分析，并具备高性能的便携的手持式电能质量综合测试仪。

本实用新型的目的可以这样实现，设计一种手持式电能质量综合测试仪，包括输入传感器、同步采集单元、PCI数据总线、数据处理单元、电子盘、触摸显示屏、可充电电池，所述输入传感器、同步采集单元、PCI数据总线、数据处理单元、电子盘、触摸显示屏、可充电电池设置在一个便携的壳体内；

输入传感器，对电气量进行信号转换；

同步采集单元，采集输入传感器处理过的模拟信号，将采集的数据汇总存放，并通过PCI总线供数据处理单元读取；

数据处理单元，通过PCI数据总线访问同步采集单元，接收同步采集单元汇总的数据，完成电能质量监测及记录，数据保存和分析，并通过接口与触摸显示屏连接实现人机界面交互；

电子盘，用于存储电能质量数据供数据处理单元使用；

触摸显示屏，通过接口与数据处理单元连接实现人机界面交互；

可充电电池，在无输入电源的情况下切换到电池供电。

本实用新型具有体积小、功能丰富及高采样率的特点，为电力工作人员提供了一种快速全面的检测电网质量及电气特性的工具，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型较佳实施例的框架结构示意图；

图2是本实用新型较佳实施例同步采集单元的组成方框图；

图3是本实用新型较佳实施例数据处理单元的组成方框图。

具体实施方式

以下结合实施例对本实用新型作进一步的描述。

如图1所示，一种手持式电能质量综合测试仪，包括输入传感器1、同步采集单元2、PCI数据总线3、数据处理单元4、电子盘5、触摸显示屏6、可充电电池7，所述输入传感器1、同步采集单元2、PCI数据总线3、数据处理单元4、电子盘5、触摸显示屏6、可充电电池7设置在一个便携的壳体内；

输入传感器1，对电气量进行信号转换；

同步采集单元2，采集输入传感器1处理过的模拟信号，将采集的数据汇总存放，并由PCI总线3供数据处理单元4读取；

数据处理单元4，通过PCI数据总线3访问同步采集单元2，接收同步采集单元2汇总的数据，完成电能质量监测及记录，数据保存和分析，并通过LVDS接口与触摸显示屏6连接实现人机界面交互；

电子盘5，用于存储信息数据供数据处理单元4使用；并可将数据长期保存。

触摸显示屏6，通过LVDS接口与数据处理单元4连接实现人机界面交互；

可充电电池7，在无输入电源的情况下切换到电池供电。可在无输入电源的情况下使用2小时以上，接入交流时自动切换使用交流，切断交流时自动切换到电池供电。

数据处理单元4包括微处理器404、芯片组405、谐波分析模块411、功率分析模块412、闪变分析模块413、暂态记录模块414、过电压监测模块415、频率分析模块416、数据记录模块417、四通道示波器418、离线数据分析模块419，上述各模块分别通过微处理器404和芯片组405处理数据；

微处理器404通过PCI数据总线3访问同步采集单元2，接收同步采集单元2传来的数据放入数据缓冲区，并实现对同步采集单元2的采集控制；

所述谐波分析模块411负责谐波数据实时显示和分析，每三秒计算出一组包括基波、2到100各次谐波、谐波总畸变率的谐波相关值，谐波总畸变率绘制成曲线，各次谐波绘制成柱状图；当谐波总畸变率超限，或各次谐波超限，超限的那部分图形有特殊显示。

功率分析模块412负责功率计算和显示，每三秒计算出一组包括通道的总有功功率、总无功功率、总功率因素以及各次谐波的有功功率、无功功率的功率相关数据；通道的总有功功率、总无功功率、总功率因素绘制成变化曲线；各次谐波的有功功率、无功功率制成柱状图；

闪变分析模块413负责短时闪变和长时闪变的计算和显示，每个电压通道，每10分钟计算出一个短时闪变值，每2小时计算出一个长时闪变值，并分别绘制出短时闪变曲线和长时闪变曲线；

暂态记录模块414负责在电压通道发生电压暂升、暂降、电压中断时，将期间的波形记录存储下来，并可在事后打开存储下来的数据查看电压波形；

过电压监测模块415负责监测包括工频过电压、谐振过电压的暂时过电压，和包括操作过电压、雷电过电压的瞬态过电压；将过电压期间的数据完整记录，并保存在电子盘5上。每路电压信号采样速率最高可达5MHz/s，可以将过电压期间的数据完整记录，并保存在电子盘5上。

频率分析模块416负责显示频率值及变化曲线，每三秒计算出一个频率值，比较额定频率，得到频率偏差，绘制出频率偏差的变化曲线；当偏差值超过限值时，超限的那部分曲线有特殊显示。

数据记录模块417通过配置记录开始时间和结束时间，录取某段时间的数据，数据按照标准COMTRADE格式保存在电子盘5上。

四通道示波器418实时观察被测信号变化过程；由于电压信号采样速率最高可达5MHz/s，可以实时观察某些被测信号变化过程，此数据仅在界面上显示，不保存。

离线数据分析模块419对保存在电子盘5上数据分析各个电能质量参数。数据分析模块采用跨平台界面设计方法，可运行于Windows或Linux操作系统平台，具有强大的在线帮助系统便于用户操作；具有编辑和漫游功能，提供波形的显示、叠加、组合、比较、剪辑和添加标注等分析工具，可选择性打印和打印预览；可分析电压、三相不平衡度、频率、谐波、电压波动、闪变、功率等电能质量稳态指标；具有虚拟通道分析功能。

如图2所示，所述同步采集单元2包括差分输入信号处理模块201、模拟/数字采样模块202、现场可编程门阵列FPGA203、存储器204；所述差分输入信号处理模块201接收模拟输入信号后，由现场可编程门阵列FPGA203控制每个通道的模拟/数字采样模块202进行同步采样，将每一路模拟信号转换为数字信号，并将采集数据汇总后保存在存储器204中，通过PCI数据总线3供数据处理单元4读取采样数据。

本实施例，存储器204采用大容量SDRAM存贮器，同步采集单元2支持32位PCI总线，支持DMA模式，支持高至每通道100k-5MHz的采集频率，SDRAM存贮器可保存400ms的数据。SDRAM存贮器中的数据按照设定的采样率自动刷新，并通过PCI总线3供数据处理单元4读取，同步采集单元2总保存有当前最新的300ms的采样数据。

如图3所示，所述数据处理单元4还包括LVDS接口406、CF卡接口407、USB接口408、GPIO接口409、DDR内存401、IDE接口402，各接口及DDR内存401分别与微处理器404和芯片组405连接。本实施例的数据处理单元4采用一块工业级嵌入式主板，包括微处理器，芯片组，LVDS接口，CF卡接口，USB接口，GPIO接口，支持DDRⅡ(Double Data Rate)内存，具备低功耗，高性能的特点。主板通过PCI总线3访问同步采集单元2，接收同步采集单元2传来的数据放入数据缓冲区，并实现对同步采集单元2的采集控制。该板负责完成电能质量监测，各种电能质量事件和数据的记录，以及数据分析处理，并通过LVDS接口实现人机界面交互。

如图1、图2所示，所述输入传感器1包括微型电压互感器101、高精度钳形传感器102，对模拟量输入信号进行隔离转换、滤波、模拟数字转换生成数字量。电压输入采用微型电压互感器，具备损耗低、精度高及相位误差小等优点，特别适用于电压、功率、电能的准确测量；电流输入采用高精度钳形传感器，具备良好的暂态性能和稳态性能，在保证测量精度的同时能极大的简化现场测量电流的接线。

本实用新型的具体实施方式的工作过程如下：

1)输入信号的处理

电压输入采用微型电压互感器101，电流输入采用高精度钳形传感器102，对模拟量输入信号进行隔离转换、滤波、模拟数字转换，生成数字量传送至同步采集单元2，同步采集单元2将每一路模拟信号转换为数字信号。

2)高速同步采集

差分输入信号处理模块201接收模拟输入信号后，由FPGA203控制每个通道的模拟/数字采样模块202进行同步采样，将每一路模拟信号转换为数字信号，并将采集数据保存在大容量SDRAM204，通过PCI总线3供数据处理单元4读取。

3)数据处理

数据处理单元4为嵌入式主板负责采集数据的业务处理，软件结构上划分为计算线程、实时监测线程、数据记录线程、日志线程和自检线程。计算线程每3秒计算一次三相不平衡度、频率、谐波、电压波动和功率值，每10分钟计算出一个短时闪变值，每2小时计算出一个长时闪变值；实时监测线程将每个电能质量参数以图形方式在界面显示，并按照预设刷新频率更新图形和数据；数据记录线程将暂态电能质量事件数据，或手动截取的采集数据，形成文件，并写入电子盘；日志线程记录程序运行中发生的各种正常及非正常情况，以便于检查软件运行是否良好。

4)人机交互

通过人机对话操作，执行不同的处理过程，可分别完成离线分析、在线配置、运行控制、实时监测、事件检索等工作。

5)对外通讯

设计有单独的通讯线程，通过以太网口与远方计算机互联，可以实现本实用新型的远程控制及数据上传。

本实用新型为可手持的，所有的元器件都设置在一个可手持的便携壳体内，适用于发电厂、变电站、科研院所在电气调试、检修、试验时，进行电能质量监测、动态录波及高速瞬态记录。

Claims (6)

1.一种手持式电能质量综合测试仪，其特征在于：包括输入传感器(1)、同步采集单元(2)、PCI数据总线(3)、数据处理单元(4)、电子盘(5)、触摸显示屏(6)、可充电电池(7)，所述输入传感器(1)、同步采集单元(2)、PCI数据总线(3)、数据处理单元(4)、电子盘(5)、触摸显示屏(6)、可充电电池(7)设置在一个便携的壳体内；

输入传感器(1)，对电气量进行信号转换；

同步采集单元(2)，采集输入传感器(1)处理过的模拟信号，将采集的数据汇总存放，并通过PCI总线(3)供数据处理单元(4)读取；

数据处理单元(4)，通过PCI数据总线(3)访问同步采集单元(2)，接收同步采集单元(2)汇总的数据，完成电能质量监测及记录，数据保存和分析，并通过接口与触摸显示屏(6)连接实现人机界面交互；

电子盘(5)，用于存储电能质量数据供处理单元(4)使用；

触摸显示屏(6)，通过接口与数据处理单元(4)连接实现人机界面交互；

可充电电池(7)，在无输入电源的情况下切换到电池供电。

2.根据权利要求1所述的手持式电能质量综合测试仪，其特征在于：数据处理单元(4)包括微处理器(404)、芯片组(405)、谐波分析模块(411)、功率分析模块(412)、闪变分析模块(413)、暂态记录模块(414)、过电压监测模块(415)、频率分析模块(416)、数据记录模块(417)、四通道示波器(418)、离线数据分析模块(419)，上述各模块分别通过微处理器(404)和芯片组(405)处理数据；

微处理器(404)通过PCI数据总线(3)访问同步采集单元(2)，接收同步采集单元(2)传来的数据放入数据缓冲区，并实现对同步采集单元(2)的采集控制；

所述谐波分析模块(411)负责谐波数据实时显示和分析，每三秒计算出一组包括基波、2到100各次谐波、谐波总畸变率的谐波相关值，谐波总畸变率绘制成曲线，各次谐波绘制成柱状图；

功率分析模块(412)负责功率计算和显示，每三秒计算出一组包括通道的总有功功率、总无功功率、总功率因素以及各次谐波的有功功率、无功功率的功率相关数据；通道的总有功功率、总无功功率、总功率因素绘制成变化曲线；各次谐波的有功功率、无功功率制成柱状图；

闪变分析模块(413)负责短时闪变和长时闪变的计算和显示，每个电压通道，每10分钟计算出一个短时闪变值，每2小时计算出一个长时闪变值，并分别绘制出短时闪变曲线和长时闪变曲线；

暂态记录模块(414)负责在电压通道发生电压暂升、暂降、电压中断时，将期间的波形记录存储下来，并可在事后打开存储下来的数据查看电压波形；

过电压监测模块(415)负责监测包括工频过电压、谐振过电压的暂时过电压，和包括操作过电压、雷电过电压的瞬态过电压；将过电压期间的数据完整记录，并保存在电子盘(5)上；

频率分析模块(416)负责显示频率值及变化曲线，每三秒计算出一个频率值，比较额定频率，得到频率偏差，绘制出频率偏差的变化曲线；

数据记录模块(417)通过配置记录开始时间和结束时间，录取某段时间的数据，数据按照标准COMTRADE格式保存在电子盘(5)上；

四通道示波器(418)实时观察被测信号变化过程；

离线数据分析模块(419)对保存在电子盘(5)上的数据分析各个电能质量参数。

3.根据权利要求1所述的手持式电能质量综合测试仪，其特征在于：所述同步采集单元(2)包括差分输入信号处理模块(201)、模拟/数字采样模块(202)、现场可编程门阵列FPGA(203)、存储器(204)；

所述差分输入信号处理模块(201)接收模拟输入信号后，由现场可编程门阵列FPGA(203)控制每个通道的模拟/数字采样模块(202)进行同步采样，将每一路模拟信号转换为数字信号，并将采集数据汇总后保存在存储器(204)中，通过PCI数据总线(3)供数据处理单元(4)读取采样数据。

4.根据权利要求2所述的手持式电能质量综合测试仪，其特征在于：所述数据处理单元(4)还包括LVDS接口(406)、CF卡接口(407)、USB接口(408)、GPIO接口(409)、DDR内存(401)、IDE接口(402)，各接口及DDR内存(401)分别与微处理器(404)和芯片组(405)连接。

5.根据权利要求1所述的手持式电能质量综合测试仪，其特征在于：所述输入传感器(1)包括微型电压互感器(101)、高精度钳形传感器(102)，对模拟量输入信号进行隔离转换、滤波、模拟数字转换生成数字量。

6.根据权利要求3所述的手持式电能质量综合测试仪，其特征在于：所述存储器(204)为SDRAM存贮器。

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