CN205157660U - 一种监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种监测装置，包括电能质量监测电路、输入输出单元和控制单元，其中电能质量监测电路包括信号采集处理单元、隔离单元和数据处理单元；信号采集处理单元，与电网连接，用于从电网采集电流信号、电压信号并将电流信号、电压信号转换为数字信号后输出；隔离单元，与信号采集处理单元连接，用于将从信号采集处理单元接收的数字信号隔离变换为隔离信号后输出；数据处理单元，与隔离单元连接，用于根据从隔离单元接收的隔离信号获取电能质量参数。通过在信号处理单元与数据处理单元间设置隔离单元，能够实现强电系统和弱电系统的完全隔离，避免了从电网引入的电流信号和电压信号对器件的冲击，保证了强电系统和弱电系统的电气安全性能。

Description

一种监测装置

技术领域

本实用新型涉及电能质量监测分析技术领域，具体涉及一种监测装置。

背景技术

随着电力电子技术的发展和广泛应用，供电系统中增加了大量的非线性、冲击性负荷(如PWM调速装置、各种整流器、电弧炉等)，易引起电网电流、电压波形发生畸变，使得电压波动、闪变、三相不均衡等现象日趋严重，对电能质量造成严重影响，因电能质量问题而引起的电力事故屡有发生，给电力系统的安全、经济运行带来了不利影响。电能质量问题也越来越受到企业和用户的关注。

传统的电能质量监测方式普遍采用便携式测试仪，不定期的对所关注的某些点进行测试。但这种测量方式实时性不强、监测指标少、工作量大、效率低，难以深入分析造成电能质量差的成因。

为了对电能质量进行实时监测，市场上出现了在线式电能质量监测装置，能够对电能质量进行实时在线监测。授权公告号为CN201402289Y，实用新型名称为“电能质量在线监测装置”就提供了一种能够实时在线对电网电能质量进行监测的装置，包括中央处理模块、模拟量采集模块、人机界面模块、通讯模块等，其中模拟量采集模块将从电网实时采集的电压信号和电流信号转换为数字信号量后送至中央处理模块处理，中央处理模块能够计算电能质量参数，根据电能质量参数对电能质量进行实时监测。但因为电网为强电系统，即使模拟量采集模块将从电网采集的电压信号和电流信号进行了降压限流处理，电压信号和电流信号仍有可能对设备内的芯片、器件等带来冲击，影响设备的使用寿命，并且若设备发生漏电故障，操作人员触摸人机界面模块或者触及接口时都有可能发生触电危险，存在安全隐患。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的电能质量监测装置使用寿命低、存在安全隐患的缺陷，从而提供一种安全可靠、使用寿命长的监测装置。

为此，本实用新型提供了如下技术方案：

本实用新型提供了一种监测装置，包括：电能质量监测电路、输入输出单元和控制单元；

电能质量监测电路包括：信号采集处理单元、隔离单元和数据处理单元；

所述信号采集处理单元，与电网连接，用于从电网采集电流信号、电压信号并将所述电流信号、所述电压信号转换为数字信号后输出；且信号采集处理单元包括：

电流互感器组支路，包括多个电流互感器，每个电流互感器与电网中的一个相线连接，电网中每个相线的电流信号经与之对应的电流互感器后转换为10V以下电压信号输出；

分压支路，包括多条分压电阻支路，每个所述分压电阻支路与电网中的一个相线连接，电网中每个相线的电压信号经与之对应的分压电阻支路后转换为10V以下电压信号输出；

模数转换器，与所述电流互感器组支路和所述分压支路连接，用于将从所述电流互感器组支路和所述分压支路接收的信号转换为数字信号后输出；

所述隔离单元，与所述信号采集处理单元连接，用于将从所述信号采集处理单元接收的所述数字信号隔离变换为隔离信号后输出；

所述数据处理单元，与所述隔离单元连接，用于根据从所述隔离单元接收的所述隔离信号获取电能质量参数；

所述电能质量监测电路，与所述控制单元连接，用于根据从电网采集的电流信号、电压信号获取电能质量参数并传输至所述控制单元，且所述电能质量监测电路与所述控制单元间使用多个串口通信，通信收发均采用直接存储器存取(DMA)传输方式；

所述输入输出单元，与所述控制单元连接，用于建立所述控制单元与外界间的数据传输；

所述控制单元根据从所述电能质量监测电路和所述输入输出单元接收的所述电能质量参数和所述数据进行相应的操作。

本实用新型所述的监测装置，所述模数转换器包括模拟/数字(A/D)转换芯片。

本实用新型所述的监测装置，所述隔离单元包括磁隔离芯片。

本实用新型所述的监测装置，所述数据处理单元包括数字信号处理(DSP)芯片和时钟芯片。

本实用新型所述的监测装置，所述输入输出单元包括触摸屏、通讯接口和开关量输入输出支路；通讯接口包括网络接口、USB接口、RS485接口；

所述触摸屏还用于显示所述控制单元输出的数据。

本实用新型所述的监测装置，还包括：

存储单元，与所述电能质量监测电路和所述控制单元连接，用于存储从所述电能质量监测电路和所述控制单元接收的数据。

本实用新型所述的监测装置，所述电能质量监测电路、所述输入输出单元和所述存储单元都以插件板形式接入，各个所述插件板通过总线的方式与所述控制单元连接。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

本实用新型提供了一种监测装置，包括电能质量监测电路、输入输出单元和控制单元，其中电能质量监测电路包括信号采集处理单元、隔离单元和数据处理单元；信号采集处理单元，与电网连接，用于从电网采集电流信号、电压信号并将电流信号、电压信号转换为数字信号后输出；隔离单元，与信号采集处理单元连接，用于将从信号采集处理单元接收的数字信号隔离变换为隔离信号后输出；数据处理单元，与隔离单元连接，用于根据从隔离单元接收的隔离信号获取电能质量参数。通过在信号处理单元与数据处理单元间设置隔离单元，能够实现强电系统和弱电系统的完全隔离，避免了从电网引入的电流信号和电压信号对器件的冲击，保证了强电系统和弱电系统的电气安全性能。

本实用新型监测装置中的电能质量监测电路，信号采集处理单元包括：电流互感器组支路，其包括多个电流互感器，每个电流互感器与电网中的一个相线连接，电网中每个相线的电流信号经与之对应的电流互感器后转换为10V以下电压信号输出；分压支路，包括多条分压电阻支路，每个所述分压电阻支路与电网中的一个相线连接，电网中每个相线的电压信号经与之对应的分压电阻支路后转换为10V以下电压信号输出；模数转换器，与电流互感器组支路和分压支路连接，用于将从电流互感器组支路和分压支路接收的信号转换为数字信号后输出。通过将从电网采集的电流信号经电流互感器隔离、电压信号经分压电阻支路降压处理后再传输至模数转换器转换为数字信号，能够减少相位漂移造成的误差，提高了测量的准确度。

本实用新型监测装置中的电能质量监测电路，数据处理单元中包括高性能的数字信号处理(DSP)芯片和时钟芯片，数据处理速度快，有利于电能质量的全面监测、长期跟踪和深入评估，同时降低了成本。

本实用新型所述监测装置，通过在电能质量监测电路中的信号处理单元与数据处理单元间设置隔离单元，能够实现强电系统和弱电系统的完全隔离，避免了从电网引入的电流信号和电压信号对器件的冲击，保证了强电系统和弱电系统的电气安全性能，避免了操作人员接触该监测装置时的触电危险，安全可靠、使用寿命长。

本实用新型所述监测装置，电能质量监测电路与控制单元间使用多个串口通信，通信收发均采用直接存储器存取(DMA)传输方式，减少了数据处理单元和控制单元对通信过程的干涉，提高了据处理单元和控制单元的使用效率。

本实用新型所述监测装置，电能质量监测电路、输入输出单元、存储单元都以插件板形式接入，各个插件板通过总线的方式与控制单元连接，配置灵活。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例中监测装置的结构框图。

图2为本实用新型实施例中电能质量监测电路的一个具体实例的结构框图；

图3为本实用新型实施例中电流互感器组支路的电路原理图；

图4为本实用新型实施例中分压支路的电路原理图；

图5为本实用新型实施例中模数转换器的电路原理图；

图6为本实用新型实施例中磁隔离芯片与数字信号处理(DSP)芯片和模拟/数字(A/D)转换芯片间连接关系的电路原理图；

附图标记：

1-信号采集处理单元；2-隔离单元；3-数据处理单元；11-电流互感器组支路；12-分压支路；13-模数转换器；a-电能质量监测电路；b-输入输出单元；c-控制单元。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实施例提供了一种监测装置，如图1所示，包括电能质量监测电路a、输入输出单元b和控制单元c。

如图2所示，电能质量监测电路a包括：信号采集处理单元1、隔离单元2和数据处理单元3。其中：

信号采集处理单元1，与电网连接，用于从电网采集电流信号、电压信号并将电流信号、电压信号转换为数字信号后输出。

优选地，信号采集处理单元1包括：

电流互感器组支路11，包括多个电流互感器，每个电流互感器与电网中的一个相线连接，电网中每个相线的电流信号经与之对应的电流互感器后转换为10V以下电压信号输出。具体应用中，因为电网一般为三相制，电流互感器组支路11中可以包括三个电流互感器，每个电流互感器对应一个相线，如图3所示，每个相线的电流信号经与之对应的电流互感器将大电流转换为小电流，经与电流互感器输出端串接的电阻后转换为10V以下电压信号输出，三个相线同时采集，减少了相位漂移造成的误差，提高了测量准确率。

分压支路12，包括多条分压电阻支路，每个分压电阻支路与电网中的一个相线连接，电网中每个相线的电压信号经与之对应的分压电阻支路后转换为10V以下电压信号输出。具体应用中，分压支路12可以包括三条分压电阻支路，每个分压电阻支路与电网中的一个相线连接，如图4所示，每个相线的电压信号经分压电阻支路中的多个电阻分压后转换为10V以下电压信号输出，三个相线同时采集，减少了相位漂移造成的误差，提高了测量准确率。

模数转换器13，与电流互感器组支路11和分压支路12连接，用于将从电流互感器组支路11和分压支路12接收的信号转换为数字信号后输出。优选地，模数转换器13包括模拟/数字(A/D)转换芯片。具体应用中，可以选用现有的任何一款高性能模拟/数字(A/D)转换芯片来实现上述模数转换功能。如图5所示，为一个具体的连接关系实例，模拟/数字(A/D)转换芯片的引脚49、51、53分别接电流互感器组支路11的三个输出端，接收输出的三个10V以下电压信号ADV1、ADV2和ADV3，其引脚57、59、61分别接分压支路12的三个分压电阻支路的输出端，接收输出的三个10V以下电压信号ADV4、ADV5和ADV6，经模拟/数字(A/D)转换芯片内置的电路结构就可以很快捷的转换为数字信号后传输至隔离单元2。模拟/数字(A/D)转换芯片周边可以设置一些高阶滤波旁路，能够进一步滤除信号中的干扰信息，确保输出准确、清晰的数字信号。

隔离单元2，与信号采集处理单元1连接，用于将从信号采集处理单元1接收的数字信号隔离变换为隔离信号后输出。提升了电路的电气安全性能。

数据处理单元3，与隔离单元2连接，用于根据从隔离单元2接收的隔离信号获取电能质量参数。具体应用中，可以选用现有技术中任何一种电能质量参数计算方法来根据隔离信号计算出电能质量参数(包括线电压、相电压、电流、有功功率、无功功率等)，根据电能质量参数，就可以很明确的知道电网电能质量的好坏，电网中是否存在短时闪变、长时闪变等都一目了然。

其中，电能质量监测电路a，与控制单元c连接，用于根据从电网采集的电流信号、电压信号获取电能质量参数并传输至控制单元c。电能质量监测电路a与控制单元c间使用多个串口通信，通信收发均采用直接存储器存取DMA传输方式。减少了数据处理单元和控制单元对通信过程的干涉，提高了据处理单元和控制单元的使用效率。通过在电能质量监测电路中的信号处理单元与数据处理单元间设置隔离单元，能够实现强电系统和弱电系统的完全隔离，避免了从电网引入的电流信号和电压信号对器件的冲击，保证了强电系统和弱电系统的电气安全性能，避免了操作人员接触该监测装置时的触电危险，安全可靠、使用寿命长。

输入输出单元b，与控制单元c连接，用于建立控制单元c与外界间的数据传输。

控制单元c根据从电能质量监测电路a和输入输出单元b接收的电能质量参数和数据进行相应的操作。用户体验度好。

优选地，隔离单元2包括磁隔离芯片。具体应用中，磁隔离芯片相较于普通的光耦隔离芯片安全性更为可靠，能够实现强电系统和弱电系统的完全隔离，避免了从电网引入的电流信号和电压信号对器件的冲击，保证了强电系统和弱电系统的电气安全性能。

如图6所示，提供了磁隔离芯片与数字信号处理(DSP)芯片和模拟/数字(A/D)转换芯片间连接关系的一个具体的电路原理图，该电路原理图中选用的是一个三路的磁隔离芯片(ISO7231CDWG4)，所以需要两个该磁隔离芯片来完成数字信号处理(DSP)芯片和模拟/数字(A/D)转换芯片间的磁隔离。如果选用的是一个六路的磁隔离芯片，只需一个即可实现上述功能，具体根据需要选用即可。

优选地，数据处理单元3包括数字信号处理DSP芯片和时钟芯片。数据处理速度快，有利于电能质量的全面监测、长期跟踪和深入评估，同时降低了成本。

优选地，输入输出单元b包括触摸屏、通讯接口和开关量输入输出支路等，通讯接口包括网络接口、USB接口、RS485接口。具体应用中，操作人员通过触摸屏或者开关量输入输出支路就可以向控制单元c输入控制指令等数据，实现人机交互。通过网络接口、USB接口、RS485接口等通讯接口可以实现控制单元c与外界的数据传输，从电脑、网络等接收数据，根据输入输出单元输入的控制指令，也可以通过网络将控制单元c的数据提供给远程监控中心调取，非常便捷。触摸屏还用于显示控制单元c输出的数据。形象直观。

优选地，本实施例中的监测装置还包括：存储单元d，与电能质量监测电路a和控制单元c连接，用于存储从电能质量监测电路a和控制单元c接收的数据。便于数据的随时调取和参考。

优选地，电能质量监测电路a、输入输出单元b和存储单元d都以插件板形式接入，各个插件板通过总线的方式与控制单元c连接。配置更为灵活。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种监测装置，其特征在于，包括：电能质量监测电路(a)、输入输出单元(b)和控制单元(c)；

所述电能质量监测电路(a)包括：信号采集处理单元(1)、隔离单元(2)和数据处理单元(3)；

所述信号采集处理单元(1)，与电网连接，用于从电网采集电流信号、电压信号并将所述电流信号、所述电压信号转换为数字信号后输出；且所述信号采集处理单元(1)包括：

电流互感器组支路(11)，包括多个电流互感器，每个电流互感器与电网中的一个相线连接，电网中每个相线的电流信号经与之对应的电流互感器后转换为10V以下电压信号输出；

分压支路(12)，包括多条分压电阻支路，每个所述分压电阻支路与电网中的一个相线连接，电网中每个相线的电压信号经与之对应的分压电阻支路后转换为10V以下电压信号输出；

模数转换器(13)，与所述电流互感器组支路(11)和所述分压支路(12)连接，用于将从所述电流互感器组支路(11)和所述分压支路(12)接收的信号转换为数字信号后输出；

所述隔离单元(2)，与所述信号采集处理单元(1)连接，用于将从所述信号采集处理单元(1)接收的所述数字信号隔离变换为隔离信号后输出；

所述数据处理单元(3)，与所述隔离单元(2)连接，用于根据从所述隔离单元(2)接收的所述隔离信号获取电能质量参数；

所述电能质量监测电路(a)，与所述控制单元(c)连接，用于根据从电网采集的电流信号、电压信号获取电能质量参数并传输至所述控制单元(c)，且所述电能质量监测电路(a)与所述控制单元(c)间使用多个串口通信，通信收发均采用直接存储器存取(DMA)传输方式；

所述输入输出单元(b)，与所述控制单元(c)连接，用于建立所述控制单元(c)与外界间的数据传输；

所述控制单元(c)根据从所述电能质量监测电路(a)和所述输入输出单元(b)接收的所述电能质量参数和所述数据进行相应的操作。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述模数转换器(13)包括模拟/数字(A/D)转换芯片。

3.根据权利要求1或2所述的监测装置，其特征在于，所述隔离单元(2)包括磁隔离芯片。

4.根据权利要求3所述的监测装置，其特征在于，所述数据处理单元(3)包括数字信号处理(DSP)芯片和时钟芯片。

5.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述输入输出单元(b)包括触摸屏、通讯接口和开关量输入输出支路；通讯接口包括网络接口、USB接口、RS485接口；

所述触摸屏还用于显示所述控制单元(c)输出的数据。

6.根据权利要求5所述的监测装置，其特征在于还包括：

存储单元(d)，与所述电能质量监测电路(a)和所述控制单元(c)连接，用于存储从所述电能质量监测电路(a)和所述控制单元(c)接收的数据。

7.根据权利要求6所述的监测装置，其特征在于，所述电能质量监测电路(a)、所述输入输出单元(b)和所述存储单元(d)都以插件板形式接入，各个所述插件板通过总线的方式与所述控制单元(c)连接。