CN209707590U - 一种三相动态谐波电能表装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种三相动态谐波电能表装置，包括：数据采集单元，用于采集电网中的电压、电流信号；AD转换单元，用于将采集的所述电压、电流信号转换为数字信号；双核处理器单元，用于数据处理，包括相互连接的DSP处理器以及ARM核处理器，DSP处理器接收AD转换单元转换得到的数字信号，并将谐波计量结果传输给ARM核处理器，ARM核处理器接收DSP处理器传输的数据并与外部进行数据通讯。本实用新型具有结构简单、成本低、实时性好以及效率高等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及谐波电能表技术领域，尤其涉及一种三相动态谐波电能表装置。
背景技术
电能表作为电网公司与用户之间交易依据，其计量的准确度和合理性直接关系到广大电力用户的切身利益和社会的经济效益，而当前智能电网环境下，广泛应用有大量的电力电子设备等冲击性和非线性负荷，造成电网产生大量谐波畸变干扰，影响电能计量的准确性，因此研制与开发准确实现谐波检测与电能计量产品对于当前电力行业具有重要的意义。
目前谐波电能表通常是采用单一的数据处理器进行谐波分析、计算等数据处理以及与外部数据通讯，数据处理以及所有的逻辑控制都是由一个处理器来实现，而如数据通讯、逻辑控制本身需要占用一定的控制时间，使得装置整体所需的计算时间长，从而影响谐波电能表的计量效率，尤其是随着电能表所需要处理的数据越来越复杂，且对实时性要求越来越高，传统的谐波电能表已不能满足当前对于实时性的需求。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单、成本低、实时性好以及效率高的三相动态谐波电能表装置。
为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：
一种三相动态谐波电能表装置，包括：
数据采集单元，用于采集电网中的电压、电流信号，并转换为数字信号输出；
双核处理器单元，用于数据处理，包括相互连接的DSP处理器以及ARM核处理器，所述DSP处理器接收所述数据采集单元输出的信号进行谐波计量处理，并将谐波计量处理结果传输给所述ARM核处理器，所述ARM核处理器接收所述DSP处理器传输的数据并与外部进行数据通讯。
作为本实用新型的进一步改进：所述数据采集单元包括用于采集电网中电压信号的电压采集电路、用于采集电网中电流信号的电流采集电路以及用于将模拟信号转换为数字信号的AD转换电路，电压采集电路、电流采集电路分别与所述AD转换电路连接。
作为本实用新型的进一步改进：所述电压采集电路包括电阻分压网络。
作为本实用新型的进一步改进：所述电流采集电路包括相互连接的电流互感器以及采样电阻，电网中电流信号经过所述电流互感器进行电流转换后，由所述采样电阻转换为所需的电压信号输出。
作为本实用新型的进一步改进：所述数据采集单元还包括用于信号调理的信号调理电路，所述电压采集电路、电流采集电路分别通过所述信号调理电路与所述AD转换电路连接。
作为本实用新型的进一步改进：所述信号调理电路包括信号转换器以及RC低通滤波器，所述信号转换器的一端分别与所述电压采集电路、电流采集电路连接，另一端通过所述RC低通滤波器与所述AD转换电路连接。
作为本实用新型的进一步改进：所述AD转换电路为多通道同步采样ADC转换器。
作为本实用新型的进一步改进：所述DSP处理器与所述ARM核处理器之间通过SPI接口进行数据传输。
作为本实用新型的进一步改进：所述双核处理器单元还包括用于数据存储的存储器，所述存储器与所述DSP处理器连接。
作为本实用新型的进一步改进：还包括用于数据显示的显示单元，所述显示单元与所述ARM核处理器连接。
作为本实用新型的进一步改进：所述数据采集单元、双核处理器单元集成设置在一壳体内，所述壳体上设置有用于与外部通讯的多种通讯接口。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用信息三相动态谐波电能表装置通过结合DSP处理器以及ARM核处理器的双核架构与数据采集单元构成新型架构的三相谐波电能表，由数据采集单元进行信号采集及转换，DSP处理器接收数据采集单元输出的信号进行谐波计量，谐波计量结果传输给ARM核处理器，由ARM核处理器与外部进行数据通讯，基于双核架构能够充分发挥DSP处理器与ARM核处理器各自的性能优势，有效提高动态谐波检测计量的效率，保证谐波电能表的实时性。
附图说明
图1是本实施例三相动态谐波电能表装置的结构示意图。
图2是本实用新型具体应用实施例中三相动态谐波电能表装置的结构示意图。
图3是本实用新型具体应用实施例中数据采集单元的结构示意图。
图4是本实用新型具体应用实施例中DSP处理器的结构示意图。
图例说明：1、数据采集单元；11、电压采集电路；12、电流采集电路；13、AD转换电路；14、信号调理电路；2、双核处理器单元；21、DSP处理器；22、ARM核处理器；23、存储器；3、显示单元。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本实用新型作进一步描述，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实施例三相动态谐波电能表装置包括：
数据采集单元1，用于采集电网中的电压、电流信号，并转换为数字信号输出；
双核处理器单元2，用于数据处理，包括相互连接的DSP处理器21以及ARM核处理器22，DSP处理器21接收数据采集单元1输出的信号进行谐波计量处理，并将谐波计量处理结果传输给ARM核处理器22，ARM核处理器22接收DSP处理器21传输的数据并与外部进行数据通讯。
本实施例通过结合DSP处理器21以及ARM核处理器22的双核架构与数据采集单元1构成新型架构的三相谐波电能表，由数据采集单元1进行信号采集及转换，DSP处理器21接收数据采集单元1输出的信号进行谐波计量，谐波计量结果传输给ARM核处理器22，由ARM核处理器22与外部进行数据通讯，基于双核架构能够充分发挥DSP处理器21与ARM核处理器22各自的性能优势，有效提高动态谐波检测计量的效率，保证谐波电能表的实时性。
本实施例中，数据采集单元1包括用于采集电网中电压信号的电压采集电路11、用于采集电网中电流信号的电流采集电路12以及用于将模拟信号转换为数字信号的AD转换电路13，电压采集电路11、电流采集电路12分别与AD转换电路13连接。由电压采集电路11、电流采集电路12可以同时采集电网中的电压信号、电流信号，采集到的模拟信号再经过AD转换电路13转换为数字信号后输出。
本实施例中，电压采集电路11具体采用电阻分压网络，电网中的三相大电压信号经过电阻分压网络转换为所需的小电压信号，实现电网电压信号采集。
本实施例中，电流采集电路12具体包括相互连接的电流互感器以及采样电阻，电网中大电流信号经过电流互感器按照指定比例进行电流转换后，由采样电阻转换为所需的小电压信号输出，实现电网电流信号采集。采样电阻具体可采用精密电阻，以进一步提高采集精度。
本实施例中AD转换电路13具体采用8通道同步ADC转换器ADS1178，通过使用ADS1178芯片进行AD转换，具有采样保持功能，内部包括8个独立的16位模数转换器，通过各自的Delta-sigma结构来实现模数转换，8路通道可同时进行采样，同时具有分时复用模式(TDM)和离散模式两种输出模式，且具有良好的抗混叠性能，采样率最高可达52kSPS，信噪比可达97dB，数据通信可选择帧同步协议和SPI接口协议，实现ADC与DSP无缝连接，在进行信号采集时，保证采样和转换的同步，并保留信号的相对相位信息，操作灵活方便。
本实施例中，数据采集单元1还包括用于信号调理的信号调理电路14，电压采集电路11、电流采集电路12分别通过信号调理电路14与AD转换电路13连接，电压采集电路11以及电流采集电路12采集的信号经过信号调理电路14进行调理后，输出给AD转换电路13。为了匹配ADS1178芯片输入端的工作电压，本实施例通过信号调理电路14将电压采集电路11、电流采集电路12采集的信号调理转换为适合ADS1178芯片处理的小电压信号。
本实施例中，信号调理电路14具体包括信号转换器以及RC低通滤波器，信号转换器的一端分别与电压采集电路11、电流采集电路12连接，另一端通过RC低通滤波器与AD转换电路13连接，电压采集电路11、电流采集电路12采集到的信号经过信号转换器转换为所需的小电压信号，由RC低通滤波器滤除信号中的高频干扰，输出给AD转换电路13。
本实施例中数据采集单元1具体结构如图3所示，电网三相高电压信号（UA、UB、UC）通过电阻分压网络转换为适合ADS1178的小电压信号，大电流信号通过电流互感器（TAA、TAB、TAC）按一定比例转换为小电流信号，并由精密取样电阻（RA1、RB1、RC1）转换为适合ADS1178的小电压信号，电流互感器具体采用规格为1.5A/5mA，在额定电流情况下，电流互感器二次侧输出的电流为5mA，经精密采样电阻转换为小电压信号为0.2V；完成信号转化的电压和电流信号再经过RC低通滤波器滤除高频干扰后传输到ADS1178转换电路，ADS1178转换电路将经信号调理电路14转换后的模拟信号由ADS1178转换为数字信号，再将处理后的数字信号传输给DSP处理器21进行数据处理。
如图3所示，电压信号经过电阻分压后，为满足ADS1178芯片对输入端的要求，需在信号进入ADS1178转换器前经过电平移动，本实施例采用ADR121芯片作为ADS1178的参考电压，其VREF=2.5V；电流信号经过电流互感器进行电流转换，电流信号经过转换后也是交流信号，同电压信号一样，需在信号进入ADS1178转换器前经过电平移动。
DSP处理器21作为装置数据信息处理核心，可实时对各种数字信号处理算法进行处理，其性能直接关系到软件运行性能、算法的时效性和其外围电路及装置其他部分电路的设计，DSP处理器21进行谐波计量处理直接采用现有技术中的谐波分析计量算法，得到基波分量及谐波分量等电气参数。DSP处理器21与ARM核处理器22之间通过SPI接口进行数据传输，包括DSP处理器21将处理后的谐波计量结果通过SPI接口发送到ARM核处理器22。
本实施例中DSP处理器21具体采用高性能32位浮点型DSP处理器TMS320C6745，具有低功耗、运算速度快、计算性能好等优点，运算速度可达到3648MIPS和2736MFLOPS，能够满足电网各种复杂信号数据处理的准确性和实时性需求，且TMS320C6745具有1个USB、2个SPI和I2C以及3个UART接口功能，可方便的通过外部存储器接口实现SDRAM、Flash等的扩展，还可通过外部存储器接口实现FLASH和SDRAM的扩展，如图4所示。
如图4所示，本实施例中双核处理器单元2还包括用于数据存储的存储器23，存储器23与DSP处理器21连接，存储器23具体包括外扩SDRAM、Flash，外扩S Flash具体采用高性能串行NandFlash型存储芯片SST25VF016B，可以提供大容量的数据存储，且功耗低、体积小，时钟频率高达80MHz，其串行接口为SPI接口，可通过设备操作指令表得到对芯片读、写、擦除、写保护等操作对应的操作码，高达10万次的写操作，能够匹配TMS320C6745读写速度和程序存储空间的要求；外扩的SDRAM具体采用同步动态存储器MT48LC16M16A2，能够实现高速大容量的CMOS同步动态随机存储，包含4个Bank，每个bank有8192行，512列，每个存储单元数据长度为16位，每个Bank可存储64M的数据量，且采用2n-prefetch的架构，能在每个时钟周期改变其列地址实现高速率、随机访问，主频高达133MHz，输入输出兼容LVTTL，具有自行预充电功能和自动刷新模式。
本实施例中，还包括用于数据显示的显示单元3，显示单元3与ARM核处理器22连接，显示单元3具体采用DMT80480C050001W，实现计量结果的显示。
本实施例中，数据采集单元1、双核处理器单元2具体集成设置在一壳体内，壳体上设置有用于与外部通讯的多种通讯接口，包括RS485接口、以太网接口、无线通信接口等，可以满足多种不同方式的通讯需求，使得可灵活应用于多种电能计量场合。
如图2所示，本实施例中ARM核处理器22具体采用恩智浦公司的ARM芯片K60，构成同步ADC+高速DSP+高性能ARM的三相谐波电能表架构，电网中的电压信号和电流信号经信号调理电路14转换成符合ADS1178输入范围的小电压信号，再由ADS1178将模拟的小电压信号转换为数字信号，数字信号通过ADS1178芯片的串行接口送到DSP芯片TMS320C6745进行实时处理，通过DSP的高速处理能力完成各项电气参数的精确测量和电能计量等任务，最后将获得结果通过SPI接口发送到ARM核K60，ARM核K60将数据进行转换后进行显示以及与外部通信，完成实时显示、通信等各项工作。
上述只是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本实用新型技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种三相动态谐波电能表装置，其特征在于，包括：
数据采集单元（1），用于采集电网中的电压、电流信号，并转换为数字信号输出；
双核处理器单元（2），用于数据处理，包括相互连接的DSP处理器（21）以及ARM核处理器（22），所述DSP处理器（21）接收所述数据采集单元（1）输出的信号进行谐波计量处理，并将谐波计量处理结果传输给所述ARM核处理器（22），所述ARM核处理器（22）接收所述DSP处理器（21）传输的数据并与外部进行数据通讯。
2.根据权利要求1所述的三相动态谐波电能表装置，其特征在于：所述数据采集单元（1）包括用于采集电网中电压信号的电压采集电路（11）、用于采集电网中电流信号的电流采集电路（12）以及用于将模拟信号转换为数字信号的AD转换电路（13），所述电压采集电路（11）、电流采集电路（12）分别与所述AD转换电路（13）连接。
3.根据权利要求2所述的三相动态谐波电能表装置，其特征在于：所述电压采集电路（11）包括电阻分压网络。
4.根据权利要求2所述的三相动态谐波电能表装置，其特征在于：所述电流采集电路（12）包括相互连接的电流互感器以及采样电阻，电网中电流信号经过所述电流互感器进行电流转换后，由所述采样电阻转换为所需的电压信号输出。
5.根据权利要求2或3或4所述的三相动态谐波电能表装置，其特征在于：所述数据采集单元（1）还包括用于信号调理的信号调理电路（14），所述电压采集电路（11）、电流采集电路（12）分别通过所述信号调理电路（14）与所述AD转换电路（13）连接。
6.根据权利要求5所述的三相动态谐波电能表装置，其特征在于：所述信号调理电路（14）包括信号转换器以及RC低通滤波器，所述信号转换器的一端分别与所述电压采集电路（11）、电流采集电路（12）连接，另一端通过所述RC低通滤波器与所述AD转换电路（13）连接。
7.根据权利要求2或3或4所述的三相动态谐波电能表装置，其特征在于：所述AD转换电路（13）为多通道同步采样ADC转换器。
8.根据权利要求1～4中任意一项所述的三相动态谐波电能表装置，其特征在于：所述DSP处理器（21）与所述ARM核处理器（22）之间通过SPI接口进行数据传输。
9.根据权利要求1～4中任意一项所述的三相动态谐波电能表装置，其特征在于：所述双核处理器单元（2）还包括用于数据存储的存储器（23），所述存储器（23）与所述DSP处理器（21）连接。
10.根据权利要求1～4中任意一项所述的三相动态谐波电能表装置，其特征在于：还包括用于数据显示的显示单元（3），所述显示单元（3）与所述ARM核处理器（22）连接。
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| CN201920154855.8U CN209707590U (zh) | 2019-01-29 | 2019-01-29 | 一种三相动态谐波电能表装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN112834819A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-05-25 | 杭州万高科技股份有限公司 | 一种用于电能计量芯片的数字信号处理装置及方法 |
| CN113589008A (zh) * | 2021-07-12 | 2021-11-02 | 浙江瑞银电子有限公司 | 一种高精度谐波三相电能表 |
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