CN206178031U - 电压暂降记录仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电压暂降记录仪。该电压暂降记录仪包括：电源模块、主中央处理单元CPU系统、人机界面MMI模块、数据存储模块、模数AD采样模块和电压信号前端处理模块。通过本实用新型，提供了一种电压暂降记录设备，解决了电力系统变电站和企业用户对电压暂降的监测需求，实现了对电压暂降的监测。

Description

电压暂降记录仪

技术领域

本实用新型涉及电力系统维护领域，具体而言，涉及一种适用于变电站及企业用户的电压暂降记录仪。

背景技术

随着社会经济的发展，电能质量越来越受到电网公司、发电企业及用电客户的重视。国家电网公司和南方电网公司下属的各省级电网公司陆续部署了省级的电能质量管理系统，对全网的电能质量进行实时、在线的监测。但省级系统的监测点主要集中在电网公司内部的各级变电站里，且主要关注电能质量稳态指标的监测，对配电网或用电企业内部的电能质量监测则较少涉及。

中国目前正处于传统制造业向高端制造业转型的阶段，在很多行业里面，生产工业的自动化程度越来越高，自动化程度高的生产线对电能质量，尤其是对电压暂降越来越敏感。这些行业包括汽车、化工、冶金、精密制造、半导体、纺织甚至食品加工等等。电压暂降是一个复杂的、随机性的电能质量事件，可能导致电压暂降的因素很多，如：电网的网架结构、设备缺陷、天气及用电客户。因此，对电网公司或先进制造业聚集的企业园区来说，合理的配置监测点，进行长期、在线的电压暂降事件的捕捉及分析，可以定量或定性的分析出输、配电网络中的薄弱点，并采取相应的改进措施，以提高供电可靠性。对电压暂降敏感的企业用户来说，可以在企业内部选择若干监测点，进行长期监测或一定时间段内的专项监测，查找出受电压暂降影响的设备，进行定量的分析后采取合理的治理措施，以保证敏感设备的可靠工作，减少经济损失。

针对电压暂降的实际需求，如何满足电力系统变电站需求以及企业用户需求，做到易安装、免维护、可远程升级等，如何降低其建设成本，同时又能满足相关的技术规定，是其必须要考虑的问题。因此一种能适用于变电站以及企业用户的电压暂降记录仪需要我们去研究。

实用新型内容

本实用新型提供了一种电压暂降记录仪，以至少解决相关技术中电力系统变电站和企业用户对电压暂降的监测需求。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种电压暂降记录仪，包括：电源模块、主中央处理单元CPU系统、人机界面MMI模块、数据存储模块、模数AD采样模块和电压信号前端处理模块，其中，

所述电源模块与主CPU系统电性连接；所述电压信号前端处理模块与所述AD采样模块电性连接；所述AD采样模块通过第一数据总线与所述主CPU系统电性连接；所述MMI模块通过第二数据总线与所述主CPU系统电性连接；所述数据存储模块通过串行外设接口SPI总线与所述主CPU系统电性连接。

可选地，所述电源模块的输入采用宽电压设计，并采用电磁兼容性EMC输入隔离。

可选地，所述电压信号前端处理模块采用电阻分压模式进行信号转换，自适应地将交流信号转换为5V小信号输出给所述AD采样模块；所述电压信号前端处理模块对输出的5V小信号采用瞬态抑制二极管TVS保护。

可选地，所述AD采样模块为8通道16位高精度地AD转换器；其中，

所述主CPU系统通过一根IO信号控制所述AD转换器的转换，通过16位总线获取所述AD转换器的16位数字转换结果。

可选地，所述主CPU系统为型号为LPC1788的ARM处理器。

可选地，所述主CPU系统包括：用于进行电压稳态计算处理的模块，和/或，用于进行电压暂态计算处理的模块。

可选地，所述电压暂降记录仪还包括：与所述主CPU系统电性连接的通讯模块，所述通讯模块用于实现远程通讯功能和远程升级软件功能。

可选地，所述通讯模块包括：用于通过接入以太网的WEB服务与用户进行人机交互的WEB模块。

可选地，所述数据存储模块包括：安全数码卡SD卡或者micro SD卡。

可选地，所述MMI模块包括：液晶显示器和键盘。

通过本实用新型，采用的电压暂降记录仪包括：电源模块、主中央处理单元CPU系统、人机界面MMI模块、数据存储模块、模数AD采样模块和电压信号前端处理模块，从而提供了一种电压暂降记录设备，解决了电力系统变电站和企业用户对电压暂降的监测需求，实现了对电压暂降的监测。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的电压暂降记录仪的硬件结构框图；

图2是根据本实用新型实施例的电压暂降记录仪的软件结构框图；

图3是根据本实用新型实施例的电压暂降记录仪的应用场景示意图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

为了解决电力系统变电站和企业用户对电压暂降的监测需求，在本实用新型实施例中提供了一种电压暂降记录仪，图1是根据本实用新型实施例的电压暂降记录仪的硬件结构框图。如图1所示，该电压暂降仪包括：电源模块1、主中央处理单元(CPU)系统2、人机界面(MMI)模块3、数据存储模块4、模数(AD)采样模块5和电压信号前端处理模块6，其中，电源模块1与主CPU系统2电性连接；电压信号前端处理模块6与AD采样模块5电性连接；AD采样模块5通过第一数据总线与主CPU系统2电性连接；MMI模块3通过第二数据总线与主CPU系统2电性连接；数据存储模块4通过串行外设接口SPI总线与主CPU系统2电性连接。

下面对电压暂降仪中各个功能模块进行介绍和说明。

电源模块

电源模块输入采用宽电压设计，增强了适用性，输入从交/直流90-220V都可以使用，输出单路5V电源。电源输入采用EMC输入隔离，可以很好的提高整个设备的抗干扰性能。

电压信号前端处理模块

电压信号前端处理模块可采用电阻分压模式进行信号转换，可以自适应的将57V～380V的交流信号转换为5V小信号输出给AD采样模块。同时电压信号前端处理模块对输出的5V小信号采用了瞬态抑制二极管(TVS)保护。

AD采样模块

AD采样模块可选用8通道16位高精度的AD转换器AD7606，AD转换器将输入的模拟信号转换为数字信号，主CPU系统通过一根IO信号控制AD转换器的转换，通过16位总线获取AD转换器的16位数字转换结果。

主CPU系统

主CPU系统优选为恩智浦半导体(NXP)的高性价比ARM处理器LPC1788，该微处理器包含有LCD控制器，10/100的以太网EMAC，串行数据总线USB全速设备Device/主机Host/OTG控制器，控制器局域网络(CAN)总线控制器，SPI控制器，同步串行接口(SSP)控制器，集成电路总线IIC控制器，集成音频接口IIS控制器，以及外部存储控制器(EMC)等资源，此外主CPU系统还可配置256M的闪存(FLASH)以及铁电存储器FM3164。

主CPU系统还包括：用于进行电压稳态计算处理的软件或者硬件模块，和/或，用于进行电压暂态计算处理的软件或者硬件模块。

数据存储模块

主CPU系统通过SPI总线与数据存储模块交互，电压暂降记录仪的波形数据可记录在数据存储模块中的TF(micro SD)存储卡或者SD存储卡当中。

人机界面(MMI)模块；

MMI模块优选采用4个键盘输入，通过126X64的蓝屏液晶与用户进行交互。

此外，本实施例提供的电压暂降记录仪还可以包括：用于实现远程通讯功能和远程升级软件功能的通讯模块，该通讯模块具体可以包括：用于通过接入以太网的WEB服务与用户进行人机交互的WEB模块。

本实施例提供的电压暂降记录仪的工作流程如下所示：

电源模块从外部接入AC或DC的90-220V电压，转换为5V电源输出给主CPU系统；电压信号前端处理模块将57V～380V交流信号转换为5V小信号输出给AD采样模块；主CPU系统通过数据总线连接AD采样模块，通过采样终端定时读取AD采样转换值。主CPU系统读取AD采样转换值后存放在内部开设的环形数据缓冲中，并由CPU对AD采样转换值进行计算等后续处理。处理的计算结果、事件结果等需要显示的通过数据总线传递给MMI模块进行显示交互，还可以通过以太网接口在网页上进行交互；主CPU系统还对计算结果进行判别，需要录波的则将记录的波形数据存储在数据存储模块当中。

基于本实用新型实施例提供的电压暂降记录仪，在本实施例中提供了一种与电压暂降记录仪配套的软件结构。图2是根据本实用新型实施例的电压暂降记录仪的软件结构框图，如图2所示，该软件结构包括：电压信号AD采样模块、电压稳态计算处理模块、电压暂态计算处理模块、通讯模块、MMI模块、WEB模块。

下面对软件结构框图中各个软件模块进行描述和说明。

电压信号AD采样模块

主CPU系统通过处理器内部时钟定时产生每周波256点的采样脉冲输出给AD转换器启动AD转换，等转换结束后AD转换器输出一个转换结束脉冲，该脉冲让主CPU系统进入采样中断获取读取转换结果，将转换结果存放于环形缓冲内存，以供电压暂降计算模块使用。

电压稳态计算处理模块

电压稳态计算模块采用环形缓冲中的采样原始数据做相关计算，计算电压相关稳态指标得出频率、频率偏差；电压有效值(RMS)、供电电压偏差；三相电压不平衡度、各序分量；电压谐波畸变率；2-50谐波电压的含有率、幅值、相角；电压间谐波(5Hz分辨率)；

电压暂态计算处理模块

电压暂态计算模块采用环形缓冲中的采样原始数据做相关计算，并与设定的越限门槛进行比较，从而判别电压暂态指标是否越限，如越限则认为发生电压暂态事件，将此事件进行记录，同时将电压波形记录并存储到TF(即micro SD)存储卡。

通讯模块

通讯模块可实现远程通讯功能以及远程升级软件功能，可以通过各种规约将装置稳态数据以及暂态数据传送到电能质量数据中心或当地监控系统。用户还可以通过网络远程对装置进行软件升级维护，通过文件传输协议(FTP协议)将新软件固化到主CPU系统的系统引导文件(BOOT)当中后远程重启装置即可实现软件升级。

MMI模块

MMI模块通过按键输入对显示界面进行不同反应，可实现装置参数整定，电能质量数据显示等人机交互功能。

WEB模块

装置内嵌WEB服务器软件模块，可以让用户通过以太网连接装置，通过网页方式浏览电压稳态数据以及电压暂态数据，还可实现装置参数整定等人机交互功能。

本实施例提供的电压暂降记录仪的软件结构的运行流程如下所示：

电压信号AD采样模块定时产生采样信号控制AD转换器进行AD转换并将转换结果存放在AD采样缓冲当中；电压稳态计算处理功能模块从AD采样缓冲当中取出AD采样值，进行电压稳态计算，计算得出相应电压稳态数据并将数据送至MMI模块、WEB模块进行显示并可经通讯模块由网络远传到远方数据中心；通讯模块与以上软件模块并列运行，通讯模块等待远方数据中心和当地主站来询问装置数据信息，通讯模块还能接收数据中心发布的最新版本软件，远程对装置软件进行升级。

本实用新型实施例提供的电压暂降记录仪基于可以自适应多电压等级的电压信号前端处理模块，可以实现多电压等级的电压暂降记录。图3是根据本实用新型实施例的电压暂降记录仪的应用场景示意图。如图3所示，电压暂降记录仪既可在1号位置的220/110KV进线上接入进行监测，也可在2号位置10KV母线上进行接入监测，还能直接在3号位置400V母线进行监测；并可通过以太网交换机跟数据中心工作站进行组网，将监测数据上传，一个记录仪即可针对园区各电压等级进行电压监测，大大的节约了投资成本，也方便工程安装、施工。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电压暂降记录仪，其特征在于包括：电源模块、主中央处理单元CPU系统、人机界面MMI模块、数据存储模块、模数AD采样模块和电压信号前端处理模块，其中，

所述电源模块与主CPU系统电性连接；所述电压信号前端处理模块与所述AD采样模块电性连接；所述AD采样模块通过第一数据总线与所述主CPU系统电性连接；所述MMI模块通过第二数据总线与所述主CPU系统电性连接；所述数据存储模块通过串行外设接口SPI总线与所述主CPU系统电性连接。

2.根据权利要求1所述的电压暂降记录仪，其特征在于，所述电源模块的输入采用宽电压设计，并采用电磁兼容性EMC输入隔离。

3.根据权利要求1所述的电压暂降记录仪，其特征在于，所述电压信号前端处理模块采用电阻分压模式进行信号转换，自适应地将交流信号转换为5V小信号输出给所述AD采样模块；所述电压信号前端处理模块对输出的5V小信号采用瞬态抑制二极管TVS保护。

4.根据权利要求1所述的电压暂降记录仪，其特征在于，所述AD采样模块为8通道16位高精度地AD转换器；其中，

所述主CPU系统通过一根IO信号控制所述AD转换器的转换，通过16位总线获取所述AD转换器的16位数字转换结果。

5.根据权利要求1所述的电压暂降记录仪，其特征在于，所述主CPU系统为型号为LPC1788的ARM处理器。

6.根据权利要求1所述的电压暂降记录仪，其特征在于，所述主CPU系统包括：用于进行电压稳态计算处理的模块，和/或，用于进行电压暂态计算处理的模块。

7.根据权利要求1所述的电压暂降记录仪，其特征在于，所述电压暂降记录仪还包括：与所述主CPU系统电性连接的通讯模块，所述通讯模块用于实现远程通讯功能和远程升级软件功能。

8.根据权利要求7所述的电压暂降记录仪，其特征在于，所述通讯模块包括：用于通过接入以太网的WEB服务与用户进行人机交互的WEB模块。

9.根据权利要求1所述的电压暂降记录仪，其特征在于，所述数据存储模块包括：安全数码卡SD卡或者micro SD卡。

10.根据权利要求1所述的电压暂降记录仪，其特征在于，所述MMI模块包括：液晶显示器和键盘。