CN203720285U - 一种电能质量在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
一种电能质量在线监测装置，包括单片机、数字信号处理器以及模数转换器，单片机与数字信号处理器之间、数字信号处理器与模数转换器之间均通过高速的串行接口SPI进行数据交互；所述数字信号处理器与存储单元SDRAM、Flash和EEPROM电连接，数字信号处理器通过UART串口与GPS时钟同步模块进行通信；模数转换器分别与电压互感器调理电路和电流互感器调理电路电连接；电压互感器调理电路依次通过隔直带通滤波器、整形电路和锁相环电路分别与模数转换器和数字信号处理器电连接，单片机连接有人机交互模块、存储接口模块和通信模块。本实用新型结构简单，制造成本低；检测精度高，误差小，能采集并完整记录瞬变信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及电气技术领域，尤其是涉及一种电能质量在线监测装置。
背景技术
随着科学技术的飞速发展和经济实力的逐步增强，一方面，由于扰动性负荷（如非线性、冲击性或不对称负荷等等）的大量使用，导致了很多电能质量问题，比如三相不平衡度、电压骤升骤降、电压闪变和谐波污染等等；另一方面，由于电力电子技术和微电子技术的广泛使用，使得对电能质量的要求越来越高。因此，需要电能质量在线监测装置实时监测、记录、分析电网电能质量。
现有的电能质量在线监测装置的采样速率为512点/周波、1024点/周波，往往不能采集到瞬变信号或不能真实完整地记录瞬变信号，并且电能质量事件时间标签采用的是单片机的时钟，导致所记录的事件发生的时间不可避免地存在误差。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能对电网电能质量实时智能监测、显示、记录以及分析的电能质量在线监测装置。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是，一种电能质量在线监测装置，包括单片机、数字信号处理器以及模数转换器，所述单片机与数字信号处理器之间、数字信号处理器与模数转换器之间均通过高速的串行接口SPI进行数据交互；所述数字信号处理器与存储单元SDRAM、Flash和EEPROM电连接，所述数字信号处理器通过UART串口与GPS时钟同步模块进行通信；所述模数转 换器分别与电压互感器调理电路和电流互感器调理电路电连接；所述电压互感器调理电路依次通过隔直带通滤波器、整形电路和锁相环电路分别与模数转换器和数字信号处理器电连接，所述单片机连接有人机交互模块、存储接口模块和通信模块。
进一步，所述人机交互模块为TFT液晶显示屏。
进一步，所述存储接口模块为USB OTG2.0接口。
进一步，所述通信模块为10/100M自适应以太网口、双RS-485口。
进一步，所述电流互感器调理电路为5A/5mA的电流互感器调理电路，其采样信号为Ia、Ib、Ic；将采样信号转换成模数转换器量程范围内的小模拟信号。
进一步，所述电压互感器调理电路为380V/1V的电压互感器调理电路，其采样信号为Ua、Ub、Uc；将采样信号转换成模数转换器量程范围内的小模拟信号。
进一步，所述锁相环电路通过数字信号处理器上的捕获引脚ECAP0、ECAP1、ECAP2与数字信号处理器电连接。
进一步，所述单片机为Cortex-M4内核的嵌入式芯片，具体型号是MK70FX512VMJ15。
进一步，所述模数转换器为6通道同步采样的高速芯片ADS8556，串行时最高转换速率达450kSPS。
进一步，所述数字信号处理器的芯片为C674x内核的6000系列定点/浮点数字信号处理器TMS320C6747，时钟主频最快可达456MHz，内部采样DMA技术进行数据的转存。
与现有技术相比，本实用新型结构简单，制造成本低；模数转换器能实现6通道同步采样，采样率设置为409.6kHz，每周波采样8192点；检测精度高，采 用锁相环电路，能实现三相电网频率的实时跟踪，精确的测量电网信号基波频率，并对跟踪的三相电网频率8192倍频用于驱动模数转换器同步采样；误差小，能采集并完整记录瞬变信号。
附图说明
图1为本实用新型一实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。
本实施例包括单片机9、数字信号处理器4以及模数转换器3，单片机9与数字信号处理器4之间、数字信号处理器4与模数转换器3之间均通过高速的串行接口SPI进行数据交互；数字信号处理器4与存储单元SDRAM10、Flash11、EEPROM12电连接，数字信号处理器4通过UART串口与GPS时钟同步模块8进行通信；模数转换器3分别与电压互感器调理电路2和电流互感器调理电路1电连接；电压互感器调理电路2依次通过隔直带通滤波器5、整形电路6和锁相环电路7分别与模数转换器3和数字信号处理器4电连接，单片机9连接有TFT液晶显示屏13、USB OTG2.0接口14、10/100M自适应以太网口15、双RS-485口16。
电流互感器调理电路1为5A/5mA的电流互感器调理电路，其采样信号为Ia、Ib、Ic；将采样信号转换成模数转换器量程范围内的小模拟信号。
电压互感器调理电路2为380V/1V的电压互感器调理电路，其采样信号为Ua、Ub、Uc；将采样信号转换成模数转换器量程范围内的小模拟信号。
锁相环电路7通过数字信号处理器4上的捕获引脚ECAP0、ECAP1、ECAP2与数字信号处理器4电连接。
单片机9为Cortex-M4内核的嵌入式芯片，具体型号是MK70FX512VMJ15。
MK70FX512VMJ15的时钟主频最高达150MHz，片内高达128KB的静态RAM数据存储器、512KB的Flash程序存储器以及512KB的飞思卡尔特有的可编程的FlexNVM，最新的ARM处理器架构，抗干扰能力强，能满足工业现场的需求，单片机9与数字信号处理器4之间通过高速的串行接口SPI进行数据交互获取电能质量数据，并移植了嵌入式实时操作系统MQX用于Cortex-M4功能单元的管理功能。
模数转换器3为6通道同步采样的高速的ADS8556，采样率设置为409.6kHz，每周波采样8192点，并且6通道同步采样。
数字信号处理器4的芯片为C674x内核的6000系列定点/浮点数字信号处理器TMS320C6747，时钟主频最快可达456MHz，内部采样DMA技术进行数据的转存。
工作时，6通道采样信号Ua、Ia、Ub、Ib、Uc、Ic经电压互感器调理电路2和电流互感器调理电路1隔离、处理之后，将采样信号Ua、Ia、Ub、Ib、Uc、Ic分别送给模数转换器3的6个采样通道，且得到模数转换器3量程范围内的采样信号，同时将采样信号与模数转换器3隔离，保护模数转换器3芯片；同时，将三相电压信号Ua、Ub、Uc经隔直带通滤波器5滤除直流分量以及高频分量，再通过整形电路6得到与三相电压基波同频的方波，然后送给锁相环电路7；锁相环电路7对方波进行精确测量和信号同步采样，采样的芯片是FS7145，FS7145会同步锁定电网工频信号，FS7145输出的电网工频方波信号通过捕获引脚ECAP0、ECAP1、ECAP2传送给数字信号处理器4的，即得到三相电压基波频率，同时倍频用于驱动模数转换器3启动采样。
GPS时钟同步模块8通过串口与数字信号处理器4进行通信，定期对数字信号处理器4内部的RTC进行校时，能准确记录电网电能质量事件发生的时间。
数字信号处理器4负责数字信号的处理以及通信，外部扩展存储器SDRAM10、FLASH11、EEPROM12，分别用于加载运行程序、存储程序、存储校表数据；数字信号处理器4与模数转换器3通过SPI进行数据交互，数字信号处理器4的SPI采用DMA技术，获取模数转换器3采样数据后，数字信号处理器4采用傅里叶变换对采样数据进行频谱分析，获取常规电能质量数据以及事件分析数据，常规电能质量参数包括电压、电流、功率、电压偏差、频率偏差、谐波、闪变、三相不平衡度、电压总谐波畸变率、电流总谐波畸变率；事件分析包括电压偏差超限、频率偏差超限、电压波动超限、负序不平衡度超限、长时间闪变超限、总谐波畸变率超限、谐波含有率超限、奇次谐波电压超限、偶次谐波电压超限。
Claims (10)
1.一种电能质量在线监测装置，包括单片机、数字信号处理器以及模数转换器，其特征在于，所述单片机与数字信号处理器之间、数字信号处理器与模数转换器之间均通过高速的串行接口SPI进行数据交互；所述数字信号处理器与存储单元SDRAM、Flash和EEPROM电连接，所述数字信号处理器通过UART串口与GPS时钟同步模块进行通信；所述模数转换器分别与电压互感器调理电路和电流互感器调理电路电连接；所述电压互感器调理电路依次通过隔直带通滤波器、整形电路和锁相环电路分别与模数转换器和数字信号处理器电连接，所述单片机连接有人机交互模块、存储接口模块和通信模块。
2.根据权利要求1所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述人机交互模块为TFT液晶显示屏。
3.根据权利要求1所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述存储接口模块为USB OTG2.0接口。
4.根据权利要求1所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述通信模块为10/100M自适应以太网口、双RS-485口。
5.根据权利要求1所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述电流互感器调理电路为5A/5mA的电流互感器调理电路，采样信号为Ia、Ib、Ic；将采样信号转换成模数转换器量程范围内的模拟信号。
6.根据权利要求1所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述电压互感器调理电路为380V/1V的电压互感器调理电路，采样信号为Ua、Ub、Uc；将采样信号转换成模数转换器量程范围内的模拟信号。
7.根据权利要求1所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述锁相环电路通过数字信号处理器上的捕获引脚ECAP0、ECAP1、ECAP2与数字信号处理器电连接。
8.根据权利要求1所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述单片机为Cortex-M4内核的嵌入式芯片，具体型号是MK70FX512VMJ15。
9.根据权利要求1所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述模数转换器为6通道同步采样的高速芯片ADS8556，串行时转换速率达450kSPS。
10.根据权利要求1所述的电能质量在线监测装置，其特征在于，所述数字信号处理器的芯片为C674x内核的6000系列定点/浮点数字信号处理器TMS320C6747，时钟主频达456MHz，内部采样DMA技术进行数据的转存。
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