CN202494744U - 电能质量检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电能质量检测装置。是由电流传感器经程控放大I、电平转换I、滤波I连接双通道A/D，电压传感器经程控放大II、电平转换II、滤波II连接双通道A/D，双通道A/D经CPLD芯片、单片机分别连接液晶显示、键盘和上位机，CPLD芯片经RAM与单片机连接，电压传感器经过零比较与CPLD芯片连接，CPLD芯片分别与滤波I和程控放大I连接，CPLD芯片分别与程控放大II和滤波II连接构成。解决了现有的电能质量检测仪价格昂贵，功能单一，检测分析质量差的技术难点。本实用新型采样点数不受工频信号波动的影响，测量更加精确，功能齐全，操作简便，成本低廉。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电压、电流、有功功率、无功功率电能参数的测量装置，尤其是对51次谐波的测量的电能质量检测装置。
背景技术
电能作为一种特殊的商品，其质量也逐步受到大家日益的重视。国内研究电能质量问题的专家、学者在不断增多，研制电能质量检测装置的研究所和厂家也在增多。由于国内在电能质量研究上比国外相对较晚，因此，电能质量问题研究的深度和广度远不及国外先进水平；另外，由于电能质量所涉及的指标众多，并且部分指标在IEC、EIEE以及国标上没有相关的具体实现方法的介绍，更没有相关制造标准的颁布，因此，国内众多厂家和科研院所所研制的电能质量检测装置的性能、功能及工艺与国外先进水平也存在明显的差距。
近些年，随着电能质量引起人们的重视，各国相继开发了一些电能质量检测装置。我国也开发了一些电力检测装置和电能质量检测装置，但在功能上、实用化方面均未达到理想效果。还存在一些问题：
1处理功能较差，可扩展存储空间较小，运算速度较慢，难以运用精确严格的算法进行大量的实时数据处理，不满足电力检测高实时性的要求。
2电力系统中最常用微处理器包括51系列和96系列等控制型器件，但随着电力系统对实时性、数据量和计算要求的不断提高，这些器件在计算能力方面已不能很好的适应电力系统的要求。致使电力系统的高精度测量、实时性监控和先进算法的运用受到了限制。
发明内容
本实用新型的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种包括对电流、电压、有功功率、无功功率测量的电能质量检测仪。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
电能质量检测装置，是由电流传感器依次经程控放大I、电平转换I、滤波I连接双通道A/D，电压传感器依次经程控放大II、电平转换II、滤波II连接双通道A/D，双通道A/D依次经CPLD芯片、单片机分别连接液晶显示、键盘和上位机，CPLD芯片经RAM与单片机连接，电压传感器经过零比较与CPLD芯片连接，CPLD芯片分别与滤波I和程控放大I连接，CPLD芯片分别与程控放大II和滤波II连接构成。
有益效果：电能质量检测装置设计一种包括对电流、电压、有功功率、无功功率等的测量、通信和对各种测量量的显示，检测仪基于单片机最小系统、CPLD采集系统和上位机数据处理来实现电能质量检测；大电压的大电流信号分别经过变压器和电流互感器变为可供A/D采集的小信号，再由单片机控制CPLD完成测频、信号调理和数据采集部分，然后利用上位机软件的运算功能进行数据处理，使测量更加精确，尤其是在FFT算法上可更好的对数据进行处理与运算；在测量工频交流电压、电流信号时，利用CPLD对信号进行整周期采样，固定采样点数，即采样点数不受工频信号波动的影响，CPLD另外产生控制脉冲，控制单片机SST对电压、电流信号得相位测量。通过串口将数据向上位机传送，同时也可以液晶显示，将采集数据送至上位机进行处理，上层软件采用VB编程，操作、显示界面友好，解决了现有的电能质量检测装置价格昂贵，功能单一，检测分析质量差的技术难点，采样点数不受工频信号波动的影响，测量更加精确，功能齐全，操作简便，成本低廉。
附图说明
附图1是电能质量检测装置结构框图。
附图2是电能质量检测装置的电流互感器原理图。
附图3是电能质量检测装置的电压变压器原理图。
附图4是电能质量检测装置的程控放大电路原理图。
附图5是电能质量检测装置的电平转移电路原理图。
附图6是电能质量检测装置的低通滤波电路原理图。
附图7是电能质量检测装置的数据转化电路原理图。
附图8是电能质量检测装置的数据处理电路原理图。
附图9是电能质量检测装置的单片机系统电路原理图。
附图10是电能质量检测装置的整形电路电路原理图
附图11是电能质量检测装置的串口通信芯片MAX232接线图
附图12是电能质量检测装置的液晶显示电路接线图。
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详细描述：
电能质量检测装置，是由电流传感器依次经程控放大I、电平转换I、滤波I连接双通道A/D，电压传感器依次经程控放大II、电平转换II、滤波II连接双通道A/D，双通道A/D依次经CPLD芯片、单片机分别连接液晶显示、键盘和上位机，CPLD芯片经RAM与单片机连接，电压传感器经过零比较与CPLD芯片连接，CPLD芯片分别与滤波I和程控放大I连接，CPLD芯片分别与程控放大II和滤波II连接构成。
基本原理：电能质量检测装置以整周期采样方式进行设计的。一周期内采样点数固定，而采样频率随工频信号频率波动而改变。实现方法如下：用CPLD对输入工频信号采用等精度测频法进行计数，设计数值为N，然后CPLD产生以N/200个标准时钟为周期的周期信号来控制ADC的启动，如此，相当于以工频信号频率的200倍的频率进行采样，并且一周期内采样点数固定为200。采用改方案进行DFT、FFT变换时，对采样信号进行周期延拓，减小了泄漏，可将原信号更精确的恢复。
通过附图2的电流互感器将市电电网的电流量转变成可用电压信号，并经过附图4程控放大器放大输出，再经过附图5与附图6对信号进行调理，调理输出后经附图7进行数据转化，再通过附图8对数据进行处理；SST单片机系统如图9对CPLD的控制及存储数据，如附图11串口通信电路成为检测装置与上位机的通信接口；用附图12液晶电路完成显示部分。
为使输入信号匹配数据采集系统，需将输入信号(电压信号和电流信号)变为峰值为-5V～+5V电压信号，具体实现方案如下：电压一路，如图3，先将220V电压经220～6.3变压器变为6.3V电压信号，再经两个10KΩ电阻分压，可得到合适范围的电压信号。电流一路，如图2，输入电流Ip(-50A～+50A)先经过电流互感器衰减1000倍，从3脚输出-50mA～+50mA电流，将此电流经过100Ω电阻，即可变为-5V～+5V电压信号。
对电压和电流两路的信号调理电路相同，均采用程控放大电路。以电压一路为例，如图4，将输入信号接到程控放大器PGA204的4脚和5脚，而PGA204的程控管脚15脚和16脚与CPLD相连，由CPLD控制放大倍数(×1、×10、×100、×1000)，然后由PGA204的11脚输出放大后的信号。将输出信号送至电平转移电路，如图5，电平转移电路的作用是将-5V～+5V的交流信号转化为0～+5V的直流信号。具体电路描述如下：设输入信号为Vi，先经一个20KΩ电阻和一个10KΩ电阻分压变为1/3Vi，再经运算放大器OPA227U，由OPA227U的6脚可输出电压值为2.5+1/2Vi的信号，满足要求。再将电平转移电路的输出信号加到低通滤波器LTC1569-7的1脚，如图6，由CPLD控制低通滤波器的截止频率，因此由LTC1569-7的8脚输出的信号可防止高频噪声的干扰。
电压和电路两路信号经信号调理电路后，如图7电压和电流信号分别加加到双通道AD7655的46脚和39脚，AD7655的启动及双通道转换也由CPLD控制(AD7655的5脚)。该AD7655为16位ADC，我们分高、低字节两次输出，而高低字节的转换也由CPLD控制(AD7655的4脚)。如图8，A/D转换输出的16位数字量，分两次，每次八位数据.数据先锁存至CPLD，待CPLD为RAM分配好地址后，再将数据由CPLD存入RAM。这样，CPLD和单片机都与RAM的数据线、地址线和控制端口(CE、WE、OE)有相同的地址.为不互相影响工作时序，CPLD与RAM相连的这些端口在CPLD不工作时都设为高阻态。工作时，如图9单片机先将控制参数(复位、程控放大倍数、低通滤波截止频率、采样点数)经P0和P2口存入CPLD的寄存器组里，CPLD按照这些控制参数开始工作，并把数据存入RAM中，待采样点数达到后，CPLD给单片机一个中断信号(CPLD56脚与单片机P3.2相连)，告知单片机采样结束。
如图10整形部分采用过零比较电路，将输出的电压信号经10KΩ电阻接至比较器LM393的4脚，则由LM393的12脚可输出同频率的方波信号。方波信号经RC低通滤波后消除高频干扰，将滤波后的信号接到CPLD的69脚进行计数(在此选用等精度测频法进行计数)，并将计数值存入RAM特定地址，等待单片机读取。
单片机接受中断信号后，先将测频计数值及A/D转换的数据读出，如图11数据经串口(P3.0、P3.1)送至上位机，上位机对数据进行处理，包括波形显示、频谱分析及有关值的计算。如图12，P0口连接1602的数据口，P2.0、P2.1、P2.2连接1602的控制端口，在液晶显示上显示频率。
Claims (1)
1.一种电能质量检测装置，其特征在于，是由电流传感器依次经程控放大I、电平转换I、滤波I连接双通道A/D，电压传感器依次经程控放大II、电平转换II、滤波II连接双通道A/D，双通道A/D依次经CPLD芯片、单片机分别连接液晶显示、键盘和上位机，CPLD芯片经RAM与单片机连接，电压传感器经过零比较与CPLD芯片连接，CPLD芯片分别与滤波I和程控放大I连接，CPLD芯片分别与程控放大II和滤波II连接构成。
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| CN107843781A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-03-27 | 国家电网公司 | 电能质量监测分析系统 |
| CN108627722A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-10-09 | 哈尔滨理工大学 | 一种基于arm的电能质量实时监测装置 |
| CN110456146A (zh) * | 2019-09-04 | 2019-11-15 | 深圳宝龙达信创科技股份有限公司 | 功率检测装置及功率检测方法 |
| CN112417361A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-02-26 | 国网内蒙古东部电力有限公司经济技术研究院 | 一种大数据采集一体展示处理装置 |
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