CN202661570U

CN202661570U - 一种基于双dsp的配电网电能质量综合监测仪

Info

Publication number: CN202661570U
Application number: CN 201220309349
Authority: CN
Inventors: 欧阳森; 陈展纶; 冯天瑞
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2022-06-28

Abstract

本实用新型公开了一种基于双DSP的配电网电能质量综合监测仪，包括数据采集模块、分析模块、双口RAM、管理模块、CPLD电路、人机接口模块、通信模块及存储模块，所述分析模块、双口RAM、管理模块，CPLD电路、存储模块依次连接；所述数据采集模块与分析模块连接；所述通信模块、人机接口模块分别与CPLD电路连接；所述分析模块包括相互连接的第一DSP芯片和第一看门狗复位电路；所述管理模块包括相互连接的第二DSP芯片和第二看门狗复位电路。本实用新型具有实时性好，精确性高，抗干扰性强的优点。

Description

一种基于双DSP的配电网电能质量综合监测仪

技术领域

本实用新型涉及电力系统配电网中的电能质量监测领域，具体涉及一种基于双DSP（数字信号处理器）的配电网电能质量综合监测仪。

背景技术

现有的电能质量监测装置大部分是适用于输电侧、主电网的，能针对配电网自身特征的电能质量监测装置比较少。而配电网与主电网的结构特征明显不同，接线方式复杂多变，且配电网环境相对主电网更为恶劣，因此针对配电网的电能质量监测装置是非常有意义的。此外，暂态电能质量的监测需求(例如毫秒级以下的脉冲暂态和振荡暂态)对监测装置的实时性和算法复杂性提出了更高的要求。电能质量监测装置所要处理的任务种类繁多，既有周期性任务（数据采样，各种计算、分析等），又有突发性任务（通信﹑人机交互等），同时还要保证系统的实时性，这就要求系统处理器具有很高的处理速度、丰富的内部资源以及良好的逻辑控制能力。

目前的电能质量监测装置在实际应用中往往存在以下缺陷：（1）主要针对主电网结构设计，制造成本较高，难以大量在配电网中推广使用。（2）抗干扰能力较弱，不能很好适应配电网相对于主电网更为恶劣的环境。（3）接线方式不够灵活，对配电网适应力不足。（4）存储、通信方式比较单一。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本实用新型的目的在于提供一种基于双DSP的配电网电能质量综合监测仪，实时性好、精确度高。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种基于双DSP的配电网电能质量综合监测仪，包括数据采集模块、分析模块、双口RAM（随机存储器）、管理模块、CPLD（复杂可编程逻辑器件）电路、人机接口模块、通信模块及存储模块。所述分析模块、双口RAM、管理模块，CPLD电路、存储模块依次连接；所述数据采集模块与分析模块连接；所述通信模块、人机接口模块分别与CPLD电路连接；

所述分析模块包括相互连接的第一DSP芯片和第一看门狗复位电路；

所述管理模块包括第二DSP芯片、第二看门狗复位电路和实习时钟，所述第二看门狗复位电路和实习时钟分别与第二DSP芯片连接。

所述数据采集模块包括依次连接的测量通道入口、锁相环、滤波器和A/D转换器，所述A/D转换器与第一DSP芯片连接。

所述测量通道入口包括5PT（电压互感器）、4CT（电流互感器）测量通道入口。

所述通信模块包括RS232单元、RS485单元、以太网通讯单元、USB连接线以及GPRS通讯单元。

所述人机接口模块包括液晶显示器和键盘。

所述存储模块包括SD卡、EEPROM铁电存储芯片、FLASH存储芯片、和U盘。

本实用新型的工作原理如下：外部三相电压电流信号由数据采集模块输入，并经其中的A/D转换器进行转换；转换后的信号由分析模块进行计算分析后经双口RAM与管理模块进行信息交换；管理模块可根据数据信号更新读取到双口RAM中的计算结果，并通过CPLD电路控制和调度人机接口模块，通信模块以及存储模块对其进行实时响应。基于双DSP的设计及CPLD电路的引入使硬件结构更加稳定，大大增强了抗干扰能力，提高了实时性和数据算法复杂性。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：

（1）采用双DSP，分别单独负责数据计算分析与外围控制管理，实现对电能质量的多种指标综合计算，实时性好，精确性高。

（2）设计有5PT、4CT测量通道入口，接线方式灵活、抗干扰能力强，适应配电网应用。

（3）支持多种通信方式，如RS232、RS485、以太网口和USB连接线等，可实现数据自动下载，并可扩展GPRS通信。

（4）存储方式种类多，容量大。

（5）采用高精度A/D转换器实现同步转换，进一步提高精确性。

（6）基于双DSP的设计及CPLD电路的引入使硬件结构更加稳定，大大增强了抗干扰能力，提高了实时性和数据算法复杂性。

附图说明

图1为本实用新型基于双DSP的配电网电能质量综合监测仪的示意图。

图2为本实用新型的分析模块的DSP与数据采集模块中的A/D转换器的电路接线示意图。

图3为是本实用新型管理模块的DSP通过CPLD电路与人机接口模块中的液晶显示器的电路接线示意图。

图4是本实用新型管理模块的DSP通过CPLD电路与通信模块中的TL16C552的电路接线示意图。

图5是本实用新型的分析模块的DSP芯片主程序工作流程图。

图6是本实用新型的工作流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本实施例的基于双DSP的配电网电能质量综合监测仪，包括数据采集模块、分析模块、双口RAM、管理模块、CPLD电路、人机接口模块、通信模块及存储模块，所述分析模块、双口RAM、管理模块，CPLD电路、存储模块依次连接；所述数据采集模块与分析模块连接；所述通信模块、人机接口模块分别与CPLD电路连接；所述管理模块包括相互连接的DSP2和看门狗复位电路2。

所述分析模块包括相互连接的DSP芯片1和看门狗复位电路1；DPS芯片1采用TI公司的TMS320F2812芯片，可结合IQmath函数库，对数据进行计算分析。

所述数据采集模块为信号的输入入口，包括依次连接的测量通道入口、锁相环、滤波器和14位A/D转换器（采用MAX1324），所述A/D转换器与第一DSP连接。数据采集模块的工作是将实际电压电流信号转换为装置可应用的信号并对其进行优化处理。因此，数据采集模块由锁相环或DSP1控制其采样控制信号，对由电压电流互感器转换的信号进行滤波器的滤波处理，滤除测量范围外的高次谐波，防止其造成误差，并将处理后的信号传至A/D转换器进行数据转换；A/D转换器得到的信号通过数据线路直接传输至分析模块。图2为是分析模块的DSP芯片1与数据采集模块中的A/D转换器的电路接线示意图。本实用新型的A/D转换器需要每个周波取512个点，所以每周必须进行512次采样，即采样速率为25.6kHz。为了满足采样和精度的要求，选用MAX1324芯片。MAX1324是8通道14位的AD转换器，其模拟输入的电压范围为士10V，转换精度高，转换速率达到250ksps，并且其转换结果以补码的形式按顺序输出，所以MAX 1324完全满足本系统的要求。

所述管理模块包括DSP芯片2、看门狗复位电路2和实时时钟，所述第二看门狗复位电路和实习时钟分别与第二DSP芯片连接。DSP芯片2采用TMS320VC5402芯片。

所述双口RAM采用IDT70V24，双口RAM为DSP芯片1和DSP芯片2的数据交流通道。

所述人机接口模块包括液晶显示器和键盘。人机接口模块中的液晶显示器操作时间一般是毫秒级的，因此，液晶显示器相对TMS320VC5402（运算速度为10ns）为慢速器件。本实用新型采用SN74LVTH16245来实现两者之间数据的缓冲，由CPLD电路产生DSP对液晶显示器的控制逻辑。液晶显示器采用DM12864F-6，其控制器为T6963C。图3为管理模块的DSP通过CPLD电路与人机接口模块中的液晶显示器的电路接线示意图。C/D=1为指令通道，C/D=0为数据通道；CE为选通信号；RD，WR为读、写选通信号；DB7~DB0为8位数据总线。对液晶显示器进行操作时，首先选通指令通道并写入相应指令代码初始化液晶显示器，接着由CPLD电路译码选通数据通道，即可通过DB7~DB0对液晶显示器进行相应的数据读写操作。

CPLD电路采用EPM7128AE144，基准时钟为DSP芯片2的机器时钟DSP CLKOUT（100MHz），各外围器件的片选信号由DSP芯片2的A0~A3地址线（DSP A[6..3]）经CPLD电路译码后产生，DSP~IS为外围器件的使能输入端。

所述通讯模块包括TL16C552芯片、RS232单元、RS485单元、以太网通讯单元、USB连接线以及GPRS通讯单元，其中RS232单元、RS485单元由TL16C552串口扩展芯片驱动，以太网通讯单元由RTL8019芯片驱动，TL16C552和RTL8019再通过CPLD电路与控制模块连接，GPRS通讯单元通过RS232串口扩展。另外，以太网通讯既可用于上层分析软件的联网访问，也可用于通过普通网络浏览器访问内置个性化HTML网页服务器。是管理模块的DSP芯片2通过CPLD电路与通信模块中的TL16C552的电路接线如图4所示。TL16C552的片选信号为CS0、CS1、CS2，将CS0和CS1直接置高电平，地址选通信号ADS直接接地(ADS=0时，片选信号生效，否则片选信号无效)，则CS2为低电平时芯片被选中。TL16C552提供低电平（RD1、WR1）和高电平（RD2、WR2）两种有效读写信号引脚。设计中将RD2、WR2设为低电平(无效状态)，由CPLD电路译码来控制RD1和WR1读写信号。TL16C552的中断请求信号INTPRT(高电平复位信号)通过CPLD电路译码后与DSP外部中断信号INT3相连接。

所述存储模块包括SD卡、EEPROM铁电存储芯片、FLASH存储芯片、和U盘。其中SD卡接口和U盘接口采用CH376芯片驱动，既可做移动拷贝，也可作为固定存储空间；FLASH存储芯片采用256KB的SST39VF400，用以存放程序代码和监测数据；EEPROM铁电存储芯片采用AT24LC64，通过IIC电路直接与外围控制芯片连接，用以存储设置参数。

如图5所示，本实用新型的分析模块的DSP芯片1工作过程如下：

开始工作后，首先进行系统的初始化，在收到中断信号后，读取采集模块的信息数据，判断是否有信号数据未就绪，若未就绪，则继续等待中断信号读取采集的信号数据，否则进入各项电能质量指标的分析计算过程，最后将分析计算结果放入双口RAM中的指定地址。

如图6所示，本实用新型的工作过程如下：

（1）进行系统的初始化，读取EEPROM铁电存储芯片中的设置参数；

（2）判断在双口RAM中是否有更新的数据信息，如有则对数据信息进行分析计算后进行步骤（3）；如无，则直接进行步骤（3）；

（3）根据人机交互接口所收到的操作命令，进行设置参数的保存工作或显示系统装置的监测数据、波形；在有信号数据待存储时，把数据放入缓存，如数据满128Kbit则将其写入指定地址；在有信号数据待处理时，根据其所选接口进行处理工作。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于双DSP的配电网电能质量综合监测仪，其特征在于，包括数据采集模块、分析模块、双口RAM、管理模块、CPLD电路、人机接口模块、通信模块及存储模块，所述分析模块、双口RAM、管理模块，CPLD电路、存储模块依次连接；所述数据采集模块与分析模块连接；所述通信模块、人机接口模块分别与CPLD电路连接；

2.根据权利要求1所述的基于双DSP的配电网电能质量综合监测仪，其特征在于，所述数据采集模块包括依次连接的测量通道入口、锁相环、滤波器和A/D转换器，所述A/D转换器与第一DSP芯片连接。

3.根据权利要求2所述的基于双DSP的配电网电能质量综合监测仪，其特征在于，所述测量通道入口包括5PT、4CT测量通道入口。

4.根据权利要求1所述的基于双DSP的配电网电能质量综合监测仪，其特征在于，所述通信模块包括RS232单元、RS485单元、以太网通讯单元、USB连接线以及GPRS通讯单元。

5.根据权利要求1所述的基于双DSP的配电网电能质量综合监测仪，其特征在于，所述人机接口模块包括液晶显示器和键盘。

6.根据权利要求1所述的基于双DSP的配电网电能质量综合监测仪，其特征在于，所述存储模块包括SD卡、EEPROM铁电存储芯片、FLASH存储芯片、和U盘。