CN208156088U - 一种基于电能质量指标监测的报警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于电能质量指标监测的报警装置，包括信号采集模块、扰动分析模块、报警模块和加密展示模块，所述信号采集模块与扰动分析模块的输入端连接，所述扰动分析模块的输出端分别与报警模块和加密展示模块连接；所述信号采集模块包括三相模拟信号采集传感器、低速A/D转换芯片、高速A/D转换芯片、FPGA芯片和频率跟踪器，所述三相模拟信号采集器设置于电力设备上，所述低速A/D转换芯片和高速A/D转换芯片的两端均分别与三相模拟信号采集传感器和FPGA芯片连接，所述FPGA芯片分别与频率跟踪器和扰动分析模块连接。与现有技术相比，本实用新型具有扰动分析精度高、安全性能高以及报警及时等优点。

Description

一种基于电能质量指标监测的报警装置

技术领域

本实用新型涉及电能质量监测领域，尤其是涉及一种基于电能质量指标监测的报警装置。

背景技术

随着社会的发展，电能质量问题越来越受到社会的关注，其原因不但与电力部门有关，有的电能质量指标(例如谐波、电压波动和闪变、三相电压不平衡度)往往是由用户干扰引起的，牵涉发电方、供电方和用电方，关系到各方的利益。因此，为了切实维护电力部门和电力用户的共同利益，保证电网的安全运行，净化电气环境，必须加强电力系统电能质量的管理，建立完善的电能质量监测与分析系统，以便对电能质量进行准确的检测、评估和分类电能质量监测技术的发展与完善关系到电网和用电的安全问题。然而现有的电能质量指标监测，往往仅仅是对电能质量进行记录，在电能质量指标发生扰动时，并不能及时提醒工作人员发现并解决问题。

专利CN205404703U提供了一种电能质量扰动报警系统，该系统通过扰动分析记录仪分别与信号同步采集器和报警器连接，在分析到电能质量发生扰动时，可以及时对用户发出警报。然而该报警系统仍然存在如下问题：

1、该信号同步采集器以一定的频率对三相模拟信号进行采集，而有时电能的扰动可能发生瞬变扰动，如果采集频率不够高，则信号同步采集器无法采集到这样的瞬变信号，因此报警会存在不准确的情况，而如果持续以高频进行采集，则会降低扰动分析的精度，而且会带来巨大的成本消耗；

2、扰动分析记录仪可以对电能质量扰动分析的情况进行记录，而且通过显示仪等进行展示，然而电能质量的情况实际上会关联到供电方和用电方各方利益，直接进行记录显示，则任何人都可以对该情况进行查阅，有时会造成企业秘密的泄漏，安全性较差；

3、报警器为声光报警器，可以提示附近的工作人员发生电能质量扰动，然而如果工作人员不在附近，则可能会发生未及时处理电能质量指标扰动的情况，因此报警不够及时。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于电能质量指标监测的报警装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于电能质量指标监测的报警装置，包括信号采集模块、扰动分析模块、报警模块和加密展示模块，所述信号采集模块与扰动分析模块的输入端连接，所述扰动分析模块的输出端分别与报警模块和加密展示模块连接；所述信号采集模块包括三相模拟信号采集传感器、低速A/D转换芯片、高速A/D转换芯片、FPGA芯片和频率跟踪器，所述三相模拟信号采集传感器设置于电力设备上，所述低速A/D 转换芯片和高速A/D转换芯片的两端均分别与三相模拟信号采集传感器和FPGA 芯片连接，所述FPGA芯片分别与频率跟踪器和扰动分析模块连接。

优选地，所述FPGA芯片上还设有IRIG-B时间码发生器。

优选地，所述扰动分析模块包括相互连接的DSP处理芯片和电能质量信息存储器，所述DSP处理芯片与FPGA芯片连接，所述电能质量信息存储器上还设有 USB外设接口。

优选地，所述报警模块包括近程报警组件和远程报警组件，所述近程报警组件和远程报警组件均与扰动分析模块连接。

优选地，所述近程报警组件包括蜂鸣器和闪烁报警灯，所述蜂鸣器和闪烁报警灯均与扰动分析模块连接。

优选地，所述远程报警组件包括相互连接的第一ARM处理器和无线通信器，所述第一ARM处理器与扰动分析模块连接，所述无线通信器与工作人员的智能移动终端相互通信。

优选地，所述无线通信器包括无线网络通信器、蓝牙通信器或GPRS网络通信器。

优选地，所述加密展示模块包括第二ARM处理器、用户身份验证器和显示器，所述第二ARM处理器的输入端分别与扰动分析模块和用户身份验证器连接，所述第二ARM处理器的输出端与显示器连接。

优选地，所述用户身份验证器包括射频识别器、指纹识别器或人脸识别器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1)本实用新型提出的基于电能质量指标监测的报警装置，通过在信号采集端分别通过低速A/D转换芯片和高速A/D转换芯片进行采集，并传输至FPGA芯片，因此可以既实现低速信号的捕捉，也可以实现高速信号的捕捉，而且通过频率跟踪器的控制，可以以一定的周期利用高速A/D转换芯片进行高频率的采集，这样无需一直通过高频进行数据采集，从而可以减小FPGA芯片和扰动分析模块的工作量，节省工作成本，同时通过加密展示模块，可以只对有权限的相关人员进行数据展示，保障了企业的数据安全。

2)在FPGA芯片上设置IRIG-B时间码发生器，可以与外部GPS校时装置连接，从而对本报警装置进行时间校对，保证数据的准确性。

3)扰动分析模块包括相互连接的DSP处理芯片和电能质量信息存储器，DSP 处理芯片与FPGA芯片连接，电能质量信息存储器上还设有USB外设接口，扰动分析模块既可以根据信号采集模块采集到的信号进行扰动分析，又可以与电能质量信息存储器上的历史数据进行比对，提高分析的准确程度，而且电能质量信息存储器上还设有USB外设接口，方便数据的存储和上传。

4)报警模块包括近程报警组件和远程报警组件，这样即使工作人员不在报警装置附近，也能及时发现电能质量指标的异常，尽快对此异常处理，提高了系统的安全性。

5)远程报警模块的无线通信器包括无线网络通信器、蓝牙通信器或GPRS网络通信器，选用方式灵活，可以根据实际情况选择，因此灵活程度高，适用范围广。

6)加密展示模块包括第二ARM处理器、用户身份验证器和显示器，通过用户身份验证器，可以对进行数据查阅的用户进行身份验证，避免了数据的泄漏，提高了企业的安全。

7)用户身份验证器包括射频识别器、指纹识别器或人脸识别器，可以根据安全等级灵活选用验证器的实现方式，在保障安全的同时避免成本过高的情况。

附图说明

图1为本实用新型基于电能质量指标监测的报警装置的结构示意图；

其中，1为三相模拟信号采集传感器，2为低速A/D转换芯片，3为高速A/D 转换芯片，4为FPGA芯片，5为频率跟踪器，6为IRIG-B时间码发生器，7为DSP 处理芯片，8为电能质量信息存储器，9为第二ARM处理器，10为用户身份验证器， 11为显示器，12为近程报警组件，13为远程报警组件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，为本实施例提出的一种基于电能质量指标监测的报警装置，包括信号采集模块、扰动分析模块、报警模块和加密展示模块，信号采集模块与扰动分析模块的输入端连接，扰动分析模块的输出端分别与报警模块和加密展示模块连接；信号采集模块包括三相模拟信号采集传感器1、低速A/D转换芯片2、高速 A/D转换芯片3、FPGA芯片4和频率跟踪器5，三相模拟信号采集器设置于电力设备上，低速A/D转换芯片2和高速A/D转换芯片3的两端均分别与三相模拟信号采集传感器1和FPGA芯片4连接，FPGA芯片4分别与频率跟踪器5和扰动分析模块连接。

其中，FPGA芯片4上还设有IRIG-B时间码发生器6。扰动分析模块包括相互连接的DSP处理芯片7和电能质量信息存储器8，DSP处理芯片7与FPGA芯片4连接，电能质量信息存储器8上还设有USB外设接口。报警模块包括近程报警组件12和远程报警组件13，近程报警组件12和远程报警组件13均与扰动分析模块连接。近程报警组件12包括蜂鸣器和闪烁报警灯，蜂鸣器和闪烁报警灯均与扰动分析模块连接。远程报警模块包括相互连接的第一ARM处理器和无线通信器，第一ARM处理器与扰动分析模块连接，无线通信器与工作人员的智能移动终端相互通信。无线通信器包括无线网络通信器、蓝牙通信器或GPRS网络通信器。加密展示模块包括第二ARM处理器9、用户身份验证器10和显示器11，第二ARM处理器9的输入端分别与扰动分析模块和用户身份验证器10连接，第二ARM处理器9的输出端与显示器11连接。用户身份验证器10包括射频识别器、指纹识别器或人脸识别器。

该装置的工作过程如下，首先三相模拟信号采集传感器1采集电力设备的三相电流信息和三相电压信息，低速A/D转换芯片2以较低频率进行低速信号采样和A/D转换，一般的低速采样频率为20～40kHz左右，而高速A/D转换芯片3则在频率跟踪器5作用下的FPGA芯片4的控制下以一定的周期，进行高频信号采样和 A/D转换，一般的高速采样频率为2～4MHz左右，FPGA芯片4对于采集到的低频信号和高频信号经过滤波等信号处理后，传输至DSP处理芯片7内，DSP处理芯片7对采集到低频信号和高频信号分别进行频谱分析，实时基波频率计算、并以此为频率基础进行各通道的真有效值计算、并以此为频率基础采用复数FFT进行各通道电能质量特征参数如各次谐波幅值、相位计算，基波线电压、有功功率、无功功率，功率因数等的计算，作为计算电能质量指标的数据基础，最终计算电能质量指标如正序、负序以及零序电压或者电流、三项电压或电流的不平衡度、电压偏差、频率偏差、电压波动和闪变等。另一方面，对所述采样值进行畸变判别以及扰动性质判别，并记录与电能质量指标对应的畸变波形数据以及扰动事件波形数据，具体的采用突变量启动算法对各通道中采集的采样值进行畸变判别，实现暂态扰动检测，同时启动录波，根据不同扰动事件采用不同的分辨率数据以及录波长度，大大缩小了录波记录文件的大小，由于现有技术中长期启动录波保存大量无畸变无扰动的正常数据，在大量数据中寻找畸变波形数据或者扰动事件波形数据浪费存储空间和传输带宽，采用实时突变量算法，提高了畸变波形数据以及扰动事件波形数据的提取准确度。

在DSP处理芯片7实现了扰动分析后，一方面通过具有USB的电能质量信息存储器8进行存储，另一方面，在发现存在扰动等情况的发生时，向报警模块发出报警信号。报警模块在接收到报警信号后，首先启动蜂鸣器和闪烁报警灯，提醒工作人员存在电能质量指标存在扰动，同时第一ARM处理器记录当前报警时间，并判断此报警时间与上一次的报警时间是否中奖不存在间断且差值超过阈值，如果超过阈值则说明该报警一直未有人处理，则第一ARM处理器控制无线通信器发出无线报警信号至工作人员的智能移动终端处，否则则不做任何处理。

同时，DSP处理芯片7还将扰动记录传递至加密展示模块的第二ARM处理器 9，第二ARM处理器9记录数据并保存，用户身份验证器10用于接收外界传递的展示请求信号，在接收到请求时，首先判断用户身份，该验证可以是通过射频识别器识别用户的身份RFID标签，也可以是指纹或人脸识别器等直接对用户进行身份识别的设备，在用户身份验证通过时，则向第二ARM处理器9传递请求信息，此时第二ARM处理器9将保存的记录数据通过显示屏进行展示。

Claims (9)

1.一种基于电能质量指标监测的报警装置，其特征在于，包括信号采集模块、扰动分析模块、报警模块和加密展示模块，所述信号采集模块与扰动分析模块的输入端连接，所述扰动分析模块的输出端分别与报警模块和加密展示模块连接；所述信号采集模块包括三相模拟信号采集传感器、低速A/D转换芯片、高速A/D转换芯片、FPGA芯片和频率跟踪器，所述三相模拟信号采集传感器设置于电力设备上，所述低速A/D转换芯片和高速A/D转换芯片的两端均分别与三相模拟信号采集传感器和FPGA芯片连接，所述FPGA芯片分别与频率跟踪器和扰动分析模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于电能质量指标监测的报警装置，其特征在于，所述FPGA芯片上还设有IRIG-B时间码发生器。

3.根据权利要求1所述的一种基于电能质量指标监测的报警装置，其特征在于，所述扰动分析模块包括相互连接的DSP处理芯片和电能质量信息存储器，所述DSP处理芯片与FPGA芯片连接，所述电能质量信息存储器上还设有USB外设接口。

4.根据权利要求1所述的一种基于电能质量指标监测的报警装置，其特征在于，所述报警模块包括近程报警组件和远程报警组件，所述近程报警组件和远程报警组件均与扰动分析模块连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于电能质量指标监测的报警装置，其特征在于，所述近程报警组件包括蜂鸣器和闪烁报警灯，所述蜂鸣器和闪烁报警灯均与扰动分析模块连接。

6.根据权利要求4所述的一种基于电能质量指标监测的报警装置，其特征在于，所述远程报警组件包括相互连接的第一ARM处理器和无线通信器，所述第一ARM处理器与扰动分析模块连接，所述无线通信器与工作人员的智能移动终端相互通信。

7.根据权利要求6所述的一种基于电能质量指标监测的报警装置，其特征在于，所述无线通信器包括无线网络通信器、蓝牙通信器或GPRS网络通信器。

8.根据权利要求1所述的一种基于电能质量指标监测的报警装置，其特征在于，所述加密展示模块包括第二ARM处理器、用户身份验证器和显示器，所述第二ARM处理器的输入端分别与扰动分析模块和用户身份验证器连接，所述第二ARM处理器的输出端与显示器连接。

9.根据权利要求8所述的一种基于电能质量指标监测的报警装置，其特征在于，所述用户身份验证器包括射频识别器、指纹识别器或人脸识别器。