CN206132884U - 一种电能质量监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电能质量监测装置，包括：依次连接的转换电路、FPGA处理器、双核DSP处理器、通信接口、上位机；其中，转换电路用于将采集到的电信号转化为数字信号的转换电路；双核DSP处理器用于并行计算各类电能质量参数得到电能质量监测数据；上位机用于接收所述电能质量监测数据；该电能质量监测装置采用基于双核DSP与FPGA协同处理，主要完成对A/D的控制、数据的计算以及相应的逻辑控制，并通过以太网接口完成数据的传输，满足电能质量监测计算实时性好、速度快、精度高等要求，提高实时监测的计算精度与速度。

Description

一种电能质量监测装置

技术领域

本实用新型涉及电气信息技术领域，特别涉及一种电能质量监测装置。

背景技术

电能作为一种经济实用、清洁方便且容易传输、控制和转化的能源形式，已成为全世界经济发展及人民生活的重要基础。然而，随着现代科学技术的迅猛发展，一方面，由于电力电子设备的应用领域越来越广，特别是各类冲击性负荷和非线性负荷容量的不断扩展，同时分布式电源的接入给电网带来了电压波动、高次谐波等问题，使得电网中的电能质量问题日益复杂，严重威胁着电网的安全可靠运行；另一方面，由于人们越来越多地使用精密和复杂的电子设备，电能质量的要求也越来越高。因此，追求高质量的电能已成为一种必然趋势。因此，如何准确、快速的实现对电能质量监测，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电能质量监测装置，该电能质量监测装置采用基于双核DSP与FPGA协同处理，满足电能质量监测计算实时性好、速度快、精度高等要求，提高实时监测的计算精度与速度。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电能质量监测装置，包括：依次连接的转换电路、FPGA处理器、双核DSP处理器、通信接口、上位机；其中，

所述转换电路用于将采集到的电信号转化为数字信号的转换电路；

所述双核DSP处理器用于并行计算各类电能质量参数得到电能质量监测数据；

所述上位机用于接收所述电能质量监测数据。

可选的，所述转换电路包括依次连接的电信号变送电路、信号调理电路、A/D转换芯片。

可选的，所述通信接口具体为以太网接口。

可选的，所述电信号变送电路与电网节点母线上的电压电流互感器二次侧电连接，采集母线三相电压与三相电流信号。

可选的，所述A/D转换芯片具体为ADS8364芯片。

可选的，所述FPGA处理器具体为EP2C5型芯片。

可选的，所述双核DSP处理器具体为DM3730高性能双核DSP芯片。

可选的，该电能质量监测装置还包括：

与所述上位机相连，根据所述电能质量监测数据进行报警的报警器。

可选的，所述报警器为语音报警器。

本实用新型所提供的一种电能质量监测装置，包括：依次连接的转换电路、FPGA处理器、双核DSP处理器、通信接口、上位机；其中，转换电路用于将采集到的电信号转化为数字信号的转换电路；双核DSP处理器用于并行计算各类电能质量参数得到电能质量监测数据；上位机用于接收所述电能质量监测数据；

可见，该电能质量监测装置采用基于双核DSP与FPGA协同处理，主要完成对A/D的控制、数据的计算以及相应的逻辑控制，并通过以太网接口完成数据的传输，由于双核DSP能够并行处理，因此可以满足电能质量监测计算实时性好、速度快、精度高等要求，提高实时监测的计算精度与速度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的一种电能质量监测装置的结构框图；

图2为本实用新型实施例所提供的另一种电能质量监测装置的结构框图；

图3为本实用新型实施例所提供的又一种电能质量监测装置的结构框图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种电能质量监测装置，该电能质量监测装置采用基于双核DSP与FPGA协同处理，满足电能质量监测计算实时性好、速度快、精度高等要求，提高实时监测的计算精度与速度。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中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。

请参考图1，图1为本实用新型实施例所提供的一种电能质量监测装置的结构框图；该电能质量监测装置可以包括：依次连接的转换电路100、FPGA处理器200、双核DSP处理器300、通信接口400、上位机500；其中，

所述转换电路100用于将采集到的电信号转化为数字信号；其中，这里的电信号可以包括电压信号和电流信号。该转换电路100的主要作用是将采集到的模拟电信号转化成为电能质量监测装置中处理器可以进行计算使用的数字信号。以便于后续处理器根据采集到的信息对电能质量进行监测。因此该转换电路100对采集到的信号的处理准确度直接影响到后续计算的参数的准确性和可靠性。因此，这里的转换电路100可以包括具有模数转换功能的电路以及对信号处理的调理电路。具体的电路形式可以根据用户的需要进行功能增减。具体的，请参考图2，转换电路100可以包括依次连接的电信号变送电路110、信号调理电路120、A/D转换芯片130。

具体的，电信号变送电路110及信号调理电路120的综合作用是把输入的模拟电压、电流信号转换成适合A/D采样的电信号，A/D转换芯片130的作用是将模拟信号转换为数字信号。

其中，所述电信号变送电路110与电网节点母线上的电压电流互感器二次侧电连接，采集母线三相电压与三相电流信号。这里的采集频率可以由用户进行确定，一般为了实现实时监测电能质量，这里的采集频率可以是实时采集。即具体的，电能质量监测装置与电网节点母线上的电压电流互感器二次侧电连接，实时采集母线三相电压与三相电流信号。母线上的电压电流互感器二次侧信号经过信号变送电路与信号调理电路后将转变为适合A/D转换芯片130进行A/D采样的电信号(例如电压信号通常为±5V电压信号)。

进一步为了提高A/D转换芯片130的采样效率以及降低A/D转换芯片130的功耗，可以选取市场上具有低功耗、高速率，采样接口多的A/D转换芯片。可选的，所述A/D转换芯片130具体为采用6通道同步采样的16位模数转换器ADS8364，同时采集A、B、C三相电流及A、B、C三相电压。以提高采样速度，保证电能质量监测的实时性。即A/D转换芯片130可以采用TI公司的高速、低功耗、6通道同步采样的16位模数转换器ADS8364。且ADS8364采用+5V工作电压，具有80dB共模抑制能力的全差分输入通道，6个模拟输入通道可以同时并行采样和转换。

其中，FPGA处理器200(可以简称为FPGA)用于控制信号采样频率，保证转换能够根据电网的实际频率采集数据。即这里的FPGA需要满足对频率的灵活控制，以保证采样数据的频率可靠。优选的，FPGA处理器200具体为EP2C5型芯片，该EP2C5型芯片是Altera公司生产的可以灵活地改变时钟频率，进而改变系统的采样频率，所以ADS8364提供时钟和复位信号，最高频率为5MHz，其相应采样频率为250kHz，从而实现FPGA控制A/D的采样频率(即信号采样频率)，保证A/D转换能够根据电网的实际频率采集数据。A/D转换结束后的产生的数字信号，同时通过FPGA传入双核DSP处理器300中进行电能质量计算。

其中，这里的通信接口400主要负责双核DSP处理器300与上位机500之间的通信，具体可以为以太网接口。

所述双核DSP处理器300用于并行计算各类电能质量参数得到电能质量监测数据；

具体的，由于电能质量监测的数据采集要求采集数据量大，多路信号同时采集，且需要计算的电能质量参数繁多，算法具有复杂性，要求实时性好、速度快、精度高，特别是间谐波检测的计算量较大、内存要求较高，因此本实施例采用双核DSP处理器(简称双核DSP)300完成对电能质量参数的计算。例如将双核DSP划分双核DSP内的DSP-A与DSP-B可以并行的计算不同的电能质量参数，从而提高实时监测的计算精度与速度。

其中，数字信号由FPGA200传入双核DSP处理器300中的DSP-A和DSP-B中，两者同时计算不同的电能质量参数，并通过数据总线进行数据交互。其中DSP-A可以主要负责计算基本电能参数包括频率、电压、电流有效值，总的有功、无功功率、功率因素，以及计算基本电能指标，包括三相基波电压/电流有效值、基波电压/电流相位、基波功率/功率因数电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、负序量、电压电流谐波的总谐波畸变率、各次谐波的含有率、幅值、相位、有功、无功等。DSP-B可以主要负责计算高级电能指标和记录暂态波形，包括间谐波、电压波动、闪变、骤升、骤降、短时中断、暂时过电压、瞬时过电压等。具体两个处理器分配的处理内容可以根据用户实际需要进行调整本实施例并不对此进行限定。用户在进行任务划分时为了提高并行处理的效率可以在划分时尽量实现任务的平均分配，以及相关联计算任务放在一个处理器中的原则进行，以便最大程度上利用双核资源，提高计算速度。

优选的，双核DSP处理器300具体为DM3730高性能双核DSP芯片。采用DM3730高性能双核DSP芯片，不仅能够有效避免单个处理器负荷过重的情况，而且更好地拓展双核心芯片的并行运行能力，极大的提高了实时计算能力。DSP-A和DSP-B的计算结果通过以太网接口实时传入上位机软件中，以便后台分析。

所述上位机500用于接收所述电能质量监测数据。

基于上述技术方案，本实用新型实施例提的电能质量监测装置，该电能质量监测装置中电信号变送电路与信号调理电路的综合作用是把输入的模拟电压信号、模拟电流信号转换成适合A/D采样的电信号，A/D转换将模拟信号转换为数字信号，FPGA处理器用于控制A/D采样频率，保证A/D转换能够根据电网的实际频率采集数据，双核DSP处理器用于实时并行分析处理和计算各类电能质量参数，用于通信的以太网接口，以及接收监测数据的上位机，实现电网各母线节点的全电气参数监测，为后台软件分析电能质量问题和治理提供数据支撑。双核DSP能够并行处理，因此可以满足电能质量监测计算实时性好、速度快、精度高等要求，提高实时监测的计算精度与速度。

基于上述实施例，请参考图3，该电能质量监测装置还可以包括：

与所述上位机500相连，根据所述电能质量监测数据进行报警的报警600。当根据电能质量监测数据确定电能质量时可以发出报警信号以便提醒用户注意。这里并不限定具体的报警器600的结构，可选的，报警器600可以为语音报警器。

基于上述技术方案，本实用新型实施例提的电能质量监测装置，该电能质量监测装置采用基于双核DSP与FPGA协同处理，主要完成对A/D的控制、数据的计算以及相应的逻辑控制，并通过以太网接口完成数据的传输，由于双核DSP能够并行处理，因此可以满足电能质量监测计算实时性好、速度快、精度高等要求，提高实时监测的计算精度与速度，且通过报警器可以及时通知注意电能质量，进一步保证该装置的可靠性。

以上对本实用新型所提供的电能质量监测装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电能质量监测装置，其特征在于，包括：依次连接的转换电路、FPGA处理器、双核DSP处理器、通信接口、上位机；其中，

所述转换电路用于将采集到的电信号转化为数字信号的转换电路；

所述双核DSP处理器用于并行计算各类电能质量参数得到电能质量监测数据；

所述上位机用于接收所述电能质量监测数据。

2.根据权利要求1所述的电能质量监测装置，其特征在于，所述转换电路包括依次连接的电信号变送电路、信号调理电路、A/D转换芯片。

3.根据权利要求2所述的电能质量监测装置，其特征在于，所述通信接口具体为以太网接口。

4.根据权利要求3所述的电能质量监测装置，其特征在于，所述电信号变送电路与电网节点母线上的电压电流互感器二次侧电连接，采集母线三相电压与三相电流信号。

5.根据权利要求4所述的电能质量监测装置，其特征在于，所述A/D转换芯片具体为ADS8364芯片。

6.根据权利要求5所述的电能质量监测装置，其特征在于，所述FPGA处理器具体为EP2C5型芯片。

7.根据权利要求1-6任一项所述的电能质量监测装置，其特征在于，所述双核DSP处理器具体为DM3730高性能双核DSP芯片。

8.根据权利要求7所述的电能质量监测装置，其特征在于，还包括：

与所述上位机相连，根据所述电能质量监测数据进行报警的报警器。

9.根据权利要求8所述的电能质量监测装置，其特征在于，所述报警器为语音报警器。