CN202583354U - 网络式电能质量在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种网络式电能质量在线监测装置，包括测量分析功能模块、外设管理板模块和监测终端，测量分析功能模块通过外设管理模块与监测终端相连接，测量分析功能模块包括若干个电能质量采集计算通用模件，外设管理模块包括用于轮巡方式查询若干个电能质量采集计算通用模件的ARM处理器板，若干个电能质量采集计算通用模件与ARM处理器板通过CAN总线相连接。本实用新型能够根据使用环境和容量大小采用通用的电能质量采集计算模件进行可互换的组态配置，并针对不同模拟量的频率进行分别跟踪测频，启动不同AD采样，有效减小频率不等造成采样数据出现的误差，且采集通道多、采样频率高、数据计算量的增大引起的数据分析能力下降的瓶颈问题。
Description
技术领域
本实用新型属于电力系统技术领域，具体涉及一种适用变电站、轨道交通、电动汽车充（换）电站等电系统的计算速度快、精度高、可配置的网络式电能质量在线监测装置。
背景技术
随着电力系统的快速发展，电能质量在线监测装置的计算速度、精度的要求越来越高，现有的电能质量在线监测装置，常采用DSP处理器+ARM处理器或DSP处理器+DSP处理器结构的硬件平台配合工控机+采集板的工作模式，根据选用的CPU的特点进行功能划分为测量分析功能的CPU和外设管理的CPU，测量分析功能的CPU采用DSP处理器，负责启动AD采样、数据计算处理、开入采集、开出控制等任务；外设管理的CPU采用32位ARM处理器，负责对外通讯、数据存储、人机接口输入输出等任务；测量分析功能的CPU和外设管理的CPU之间的数据交换采用通讯和双端口RAM方式。
现在的电能质量在线装置，一般需要对多路模拟量进行同时采集，但只能以一种工作频率进行数据采样，这样严重影响采样到数据的精确度，在对采集到的多路数据处理时，由于采用DSP处理器只能对每个通道的数据进行串行处理，从而对采样频率比较高的、计算量大的处理任务显得无能为力，这也成为电能质量在线监测装置的功能拓展的瓶颈问题。
实用新型内容
本实用新型所解决的技术问题是克服现在的电能质量在线装置只能以一种工作频率对多路模拟量进行同时采集，严重影响采样到数据的精确度，并采用DSP处理器对采集到的多路数据处理时，无法对采样频率比较高的、计算量大的处理任务进行快速处理，从而影响电能质量在线监测装置的功能拓展的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：
一种网络式电能质量在线监测装置，包括测量分析功能模块、外设管理板模块和监测终端，所述测量分析功能模块通过外设管理模块与监测终端相连接，其特征在于：所述测量分析功能模块包括若干个电能质量采集计算通用模件，所述外设管理模块包括用于轮巡方式查询若干个电能质量采集计算通用模件的ARM处理器板，所述若干个电能质量采集计算通用模件与ARM处理器板通过CAN总线相连接。
前述的网络式电能质量在线监测装置，其特征在于：所述若干个电能质量采集计算通用模件插接在设置于测量分析功能模块中的板槽中。
前述的网络式电能质量在线监测装置，其特征在于：所述电能质量采集计算通用模件均包括相连接的FPGA硬件采集电路和DSP处理器电路，所述FPGA硬件采集电路的输入端作为电能质量采集计算通用模件的输入端，所述DSP处理器电路的输出端作为电能质量采集计算通用模件的输出端通过CAN总线与ARM处理器板相连接。
前述的网络式电能质量在线监测装置，其特征在于：所述FPGA硬件采集电路包括模拟量输入端口和AD转换器和FPGA，所述模拟量输入端口作为FPGA硬件采集电路的输入端，通过AD转换器与设置在FPGA内的循环采集存储器的输入端相连接，所述FPGA内还设有频率采集器、频率计算AD启动器、数字滤波器、谐波计算器、半波有效计算器、电能质量指标计算器和双口RAM接口，所述模拟量输入端口还通过频率采集器与频率计算AD启动器相连接，所述AD转换器还通过频率计算AD启动器与电能质量指标计算器相连接，所述循环采集存储器的输出端通过数字滤波器分别与谐波计算器和半波有效计算器的输入端相连接，所述谐波计算器的输出端与双口RAM接口相连接，所述半波有效计算器的输出端也通过电能质量指标计算器与双口RAM接口相连接，所述双口RAM接口作为FPGA硬件采集电路的输出端与DSP处理器电路相连接。
前述的网络式电能质量在线监测装置，其特征在于：所述FPGA为采用带DSPA核和DSP Slices核的处理器。
前述的网络式电能质量在线监测装置，其特征在于：所述模拟量输入端口的数量与AD转换器的数量相一致，并能够根据不同的使用环境和容量大小进行模拟量输入端口和AD转换器的配置。
前述的网络式电能质量在线监测装置，其特征在于：所述AD转换器采用16位差分AD芯片。
本实用新型的有益效果是：
1、能够根据不同的使用环境和容量大小采用通用的电能质量采集计算模件进行组态配置，并实现板件完全可互换；
2、针对不同模拟量的频率进行分别跟踪测频，采用硬件快速分频法，再分别启动采样AD信号，有效减小频率不等所造成采样到的数据出现的误差；
3、有效的解决了电能质量在线监测装置，采集通道多、采样频率高、数据计算量的增大、数据分析能力下降的瓶颈问题。
附图说明
图1是本实用新型的网络式电能质量在线监测装置的系统框图。
图2是本实用新型的电能质量采集计算通用模件的系统框图。
图3是本实用新型的FPGA硬件采集电路的系统框图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，网络式电能质量在线监测装置，包括测量分析功能模块、外设管理模块和监测终端，测量分析功能模块通过外设管理模块与监测终端相连接，测量分析功能模块包括插接在其内部卡槽上的若干个电能质量采集计算通用模件，电能质量采集计算通用模件的数量根据卡槽的数量能够扩展，外设管理模块包括用于轮巡方式查询若干个电能质量采集计算通用模件的ARM处理器板，若干个电能质量采集计算通用模件与ARM处理器板通过CAN总线相连接，CAN总线是具有良好通讯速度、传送距离远、可靠性高，抗干扰性高的工业控制总线，能够很好的适用于电能质量在线监测装置，电能质量采集计算通用模件均采用DSP+FPGA+AD硬件平台，负责模拟量数据的采样、电能质量指标分析，计算结果循环存储，并采用模块化集成化，大大简化了系统硬件，降低了设计难度减少了开发成本、增强了设计的可拓展性和灵活性，ARM处理器板是根据轮巡方式查询电能质量采集计算通用模件的数据，责电能质量特征数据挖掘分析，负责处理数据存储、与监测终端进行通讯、和良好的人机接口。
如图2所示，电能质量采集计算通用模件均包括相连接的FPGA硬件采集电路和DSP处理器电路，FPGA硬件采集电路的输入端作为电能质量采集计算通用模件的输入端，DSP处理器电路的输出端作为电能质量采集计算通用模件的输出端通过CAN总线与ARM处理器板相连接，其中FPGA硬件采集电路用于快速进行采样、谐波和真有效值等大部分指标计算，DSP处理器电路采用定时访问FPGA的双端口RAM接口获取半成品数据，再进行电能质量闪变计算、分析和结果存储。
如图3所示，FPGA硬件采集电路包括模拟量输入端口和AD转换器和FPGA，所述模拟量输入端口作为FPGA硬件采集电路的输入端，通过AD转换器与设置在FPGA内的循环采集存储器的输入端相连接，FPGA内还设有频率采集器、频率计算AD启动器、数字滤波器、谐波计算器、半波有效计算器、电能质量指标计算器和双口RAM接口，模拟量输入端口还通过频率采集器与频率计算AD启动器相连接，AD转换器还通过频率计算AD启动器与电能质量指标计算器相连接，循环采集存储器的输出端通过数字滤波器分别与谐波计算器和半波有效计算器的输入端相连接，谐波计算器的输出端与双口RAM接口相连接，半波有效计算器的输出端也通过电能质量指标计算器与双口RAM接口相连接，双口RAM接口作为FPGA硬件采集电路的输出端与DSP处理器电路相连接，其中模拟量输入端口的数量为6个，并可以带扩展机箱采集，可根据不同的使用环境和容量大小进行配置，并且所有电能质量采集通用模件均可实现板件完全互换，FPGA采用带DSPA核和DSP Slices核的处理器，能更加快速与并行的实现算法，提高了电能质量的数据采集和处理能力，使得每周波采样1024点，6通道同时计算变得非常轻松，实际测量（以6通道1024点采样计算为例，200MHZ的计算频率计算FFT），每19.53125us计算一次，每次耗时约17.155us，FPGA能够对不同频率的模拟量进行单独测频，根据不同的频率采用不同的采样间隔时间去启动AD转换器，每条线路所需测量的模拟量均连接到一片16位差分AD芯片进行转换，多片AD转换芯片共用一条地址线和数据线，每条线路的频率均接入FPGA，分频后的启动后能够控制各AD芯片的工作。
上述电能质量采集计算通用模件的工作过程如下：通过设置在FPGA内的频率采集器、频率计算AD启动器、数字滤波器、谐波计算器、半波有效计算器、电能质量指标计算器，能够实现对不同的模拟量进行单独跟踪测频，再根据所测定的频率进行分频处理去启动AD转换器，FPGA对读取的AD转换器的采样值进行循环存储，把每周波所采样数据进行数字滤波和FFT计算，得到的数据结果存储到FPGA的双端口RAM接口中，DSP处理器电路定时查询双端口RAM接口来与FPGA进行的数据交换；DSP处理器电路负责电能质量指标计算和开入开出数据进行控制处理，并通过设置在DSP处理器电路上的CAN总线接口模块发送给ARM处理器板进行处理，ARM处理器板能够将多组电能质量指标计算和开入开出数据进行显示，并与监测终端进行通讯。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.网络式电能质量在线监测装置，包括测量分析功能模块、外设管理板模块和监测终端，所述测量分析功能模块通过外设管理模块与监测终端相连接，其特征在于：所述测量分析功能模块包括若干个电能质量采集计算通用模件，所述外设管理模块包括用于轮巡方式查询若干个电能质量采集计算通用模件的ARM处理器板，所述若干个电能质量采集计算通用模件与ARM处理器板通过CAN总线相连接。
2.根据权利要求1所述的网络式电能质量在线监测装置，其特征在于：所述若干个电能质量采集计算通用模件插接在设置于测量分析功能模块中的板槽中。
3.根据权利要求1所述的网络式电能质量在线监测装置，其特征在于：所述电能质量采集计算通用模件均包括相连接的FPGA硬件采集电路和DSP处理器电路，所述FPGA硬件采集电路的输入端作为电能质量采集计算通用模件的输入端，所述DSP处理器电路的输出端作为电能质量采集计算通用模件的输出端通过CAN总线与ARM处理器板相连接。
4.根据权利要求3所述的网络式电能质量在线监测装置，其特征在于：所述FPGA硬件采集电路包括模拟量输入端口和AD转换器和FPGA，所述模拟量输入端口作为FPGA硬件采集电路的输入端，通过AD转换器与设置在FPGA内的循环采集存储器的输入端相连接，所述FPGA内还设有频率采集器、频率计算AD启动器、数字滤波器、谐波计算器、半波有效计算器、电能质量指标计算器和双口RAM接口，所述模拟量输入端口还通过频率采集器与频率计算AD启动器相连接，所述AD转换器还通过频率计算AD启动器与电能质量指标计算器相连接，所述循环采集存储器的输出端通过数字滤波器分别与谐波计算器和半波有效计算器的输入端相连接，所述谐波计算器的输出端与双口RAM接口相连接，所述半波有效计算器的输出端也通过电能质量指标计算器与双口RAM接口相连接，所述双口RAM接口作为FPGA硬件采集电路的输出端与DSP处理器电路相连接。
5.根据权利要求4所述的网络式电能质量在线监测装置，其特征在于：所述FPGA为采用带DSPA核和DSP Slices核的处理器。
6.根据权利要求4所述的网络式电能质量在线监测装置，其特征在于：所述模拟量输入端口的数量与AD转换器的数量相一致，并能够根据不同的使用环境和容量大小进行模拟量输入端口和AD转换器的配置。
7.根据权利要求4所述的网络式电能质量在线监测装置，其特征在于：所述AD转换器采用16位差分AD芯片。
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| CN106199273A (zh) * | 2016-07-20 | 2016-12-07 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 一种数字化保护测试装置的测试系统及多路通道传输方法 |
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2012
- 2012-04-28 CN CN2012201867231U patent/CN202583354U/zh not_active Expired - Lifetime
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