CN212808429U - 一种谐波监测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种谐波监测装置及系统，属于电力设备技术领域，包括FPGA芯片和处理器，所述FPGA芯片所在的芯片板上设有用于与外置的电子式电流互感器和/或电子式电压互感器连接的光电转换接口，所述FPGA芯片的输出端口与处理器连接；本实用新型适用于数字式变电站，克服了使用电子式电压互感器和电流互感器时信号转换不方便的问题。

Description

一种谐波监测装置及系统

技术领域

本实用新型涉及电力设备技术领域，特别涉及一种谐波监测装置及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本实用新型相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

随着电力行业的发展，用户对电力的要求也越来越高，而谐波是影响电能质量的一个重要因素，如果不能及时对电力系统中的谐波进行监测、处理，将会严重影响用户的使用及电网的安全经济运行。所以，谐波监测装置就逐渐在各变电站得到应用。

在变电站，谐波监测装置不能直接输入电网的电压、电流信号，大多数谐波监测装置使用A/D转换器(模拟/数字转换器)，对外部输入的电压、电流信号进行变换，将采样到的数据送到装置的处理器中进行处理、计算。

但是，本实用新型发明人发现，虽然，A/D转换器具有转换精度高、转换速度快、同步采样等优点，但是其动态范围较小，频率响应范围较窄，无法适应大动态范围和高响应频响的电压和电流信号的采集。

实用新型内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种谐波监测装置及系统，适用于数字式变电站，克服了使用A/D转换器对电压和电流信号进行转换不方便的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型第一方面提供了一种谐波监测装置。

一种谐波监测装置，包括FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)芯片和处理器，所述FPGA芯片所在的芯片板上设有用于与外置的电子式电流互感器和/或电子式电压互感器连接的光电转换接口，所述FPGA芯片的输出端口与处理器连接。

作为可能的一些实现方式，所述处理器为双核处理器。

作为进一步的限定，所述双核处理器包括DSP(Digital Signal Processing)处理器和ARM处理器，所述FPGA芯片的输出端口与DSP处理器连接，所述DSP处理器与ARM处理器通过总线连接。

作为可能的一些实现方式，所述FPGA芯片和处理器均设置在箱体内，所述箱体的一个侧面上设有显示屏，所述处理器与显示屏连接。

作为进一步的限定，所述显示屏的一侧设有多个指示灯，所述指示灯均与处理器连接。

作为更进一步的限定，所述箱体为方形箱体。

作为更进一步的限定，所述方形箱体与显示屏相对的一侧至少设有电源板、采集板和FT3板。

作为更进一步的限定，所述FPGA芯片设置在FT3板上。

作为更进一步的限定，所述处理器设置在采集板上。

作为更进一步的限定，显示屏所在的侧面的两条相对的侧边向外延伸形成两个耳板。

作为更进一步的限定，每个耳板上设置至少一个通孔。

本实用新型第二方面提供了一种谐波监测系统。

一种谐波监测系统，包括至少一台电子式电流互感器、至少一台电子式电压互感器和本实用新型第一方面所述的谐波监测装置；

所述电子式电流互感器和/或电子式电压互感器与光电转换接口连接。

作为可能的一些实现方式，所述电子式电流互感器和电子式电压互感器均通过光缆与光电转换接口连接；

所述电子式电流互感器和电子式电压互感器先通过光纤收发器将数字信号转换为光信号后与光电转换接口连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型所述的谐波监测装置，全面支持基于IEC60044-8扩展22通道FT3通讯格式的智能变电站，克服了使用A/D转换器对电压、电流信号进行转换不方便的问题。

本实用新型所述的谐波监测装置，采用光缆传输信号，极大地降低了数据失真，降低了绝缘成本。

本实用新型所述的谐波监测装置，集成度高，板卡集中在一个机箱，维护方便。

本实用新型所述的谐波监测装置，安装方便，操作简单，可单独组屏或嵌入到现场已有的屏体上。

本实用新型所述的谐波监测装置，通过在箱体两侧设置耳板，能够方便的实现谐波监测装置的固定。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，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。

图1为本实用新型实施例1提供的谐波监测装置硬件结构原理图。

图2为本实用新型实施例1提供的谐波监测装置侧视图。

图3为本实用新型实施例1提供的谐波监测装置后面板视图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图1-3所示，本实用新型实施例1提供了一种谐波监测装置，包括FPGA芯片和处理器，所述FPGA芯片所在的芯片板上设有用于与外置的电子式电流互感器和/或电子式电压互感器连接的光电转换接口，所述FPGA芯片的输出端口与处理器连接。

为了适应电子式电流互感器的使用趋势，本装置将电子式电流互感器和电子式电压互感器采集到的数据，经光缆输送到FPGA所在板卡的光电转换接口，使用光缆传输能极大地降低数据的失真，同时，光纤的绝缘性能好，能够降低成本。

再将经过光电转换接口转化的电信号，输送给FPGA芯片，FPGA芯片能够按照IEC60044-8传输协议中规定的FT3传输协议标准，读取光口所接收到的数据，并进行解析，将解析得到的电信号送到谐波监测装置的CPU处理器中，不需要使用A/D转换器对电压和电流信号进行转换。

本实施例所述的谐波监测装置采用高性能双核CPU，其中包含32位ARM处理器和32位浮点数字信号处理器(DSP)，充分保证装置强大的数据吞吐及处理能力。

FPGA解析得到的数据，先由DSP处理，再由内部总线将DSP处理后的数据送给ARM，由ARM进行数据的统计、存储、分析及远传，并判断谐波是否超标。

本实施例中的双核CPU采用OMAPL138BZWTA3型号，充分保证了装置强大的数据吞吐及处理能力。

所述FPGA芯片和处理器均设置在箱体内，所述箱体的一个侧面上设有显示屏，所述处理器与显示屏连接。

所述显示屏的一侧设有多个指示灯，所述指示灯均与处理器连接。

所述箱体为方形箱体，所述方形箱体与显示屏相对的一侧至少设有电源板、采集板和FT3板。

显示屏所在的侧面的两条相对的侧边向外延伸形成两个耳板，每个耳板上设置至少一个通孔，用于通过螺栓或者螺钉与其他装置的固定连接。

具体工作方法如下：

(1)将外部输入的光信号接入装置的FT3板，输送给FT3板的FPGA芯片，FPGA芯片能够按照IEC60044-8传输协议中规定的FT3传输协议标准，读取光口所接收到的数据，并进行解析，将解析得到的电信号送到采集板对数据进行处理、计算。

(2)采集板CPU接收到FT3板的采样数据后，DSP进行数据计算、ARM进行数据的统计、存储、分析及远传。

(3)电源板为整个装置提供电源。

实施例2：

本实用新型实施例2提供了一种谐波监测装置，包括FPGA芯片和处理器，所述FPGA芯片所在的芯片板上设有用于与外置的电子式电流互感器和/或电子式电压互感器连接的光电转换接口，所述FPGA芯片的输出端口与处理器连接。

为了适应电子式电流互感器的使用趋势，本装置将电子式电流互感器和电子式电压互感器采集到的数据，经光缆输送到FPGA所在板卡的光电转换接口，使用光缆传输能极大地降低数据的失真，同时，光纤的绝缘性能好，能够降低成本。

再将经过光电转换接口转化的电信号，输送给FPGA芯片，FPGA芯片能够按照IEC60044-8传输协议中规定的FT3传输协议标准，读取光口所接收到的数据，并进行解析，将解析得到的电信号送到谐波监测装置的CPU处理器中，不需要使用A/D转换器对电压、电流信号进行转换。

本实施例所述的谐波监测装置采用高性能双核CPU，其中包含32位ARM处理器和32位浮点数字信号处理器(DSP)，充分保证装置强大的数据吞吐及处理能力。FPGA解析得到的数据，先由DSP处理，再由内部总线将DSP处理后的数据送给ARM，由ARM进行数据的统计、存储、分析及远传，判断谐波是否超标。

本实施例中的双核CPU采用OMAPL138BZWTA3型号，充分保证了装置强大的数据吞吐及处理能力。

所述FPGA芯片和处理器均设置在箱体内，所述箱体的一个侧面上设有显示屏，所述处理器与显示屏连接。

所述显示屏的一侧设有多个指示灯，所述指示灯均与处理器连接。

所述箱体为方形箱体，所述方形箱体与显示屏相对的一侧至少设有电源板、采集板和FT3板。

显示屏所在的侧面的两条相对的侧边向外延伸形成两个耳板，每个耳板上设置至少一个通孔，用于通过螺栓或者螺钉与其他装置的固定连接。

本实施例所述的谐波监测装置采用全嵌入式硬件结构平台，采用高性能双核CPU，如图3所示，包含32位ARM处理器和32位浮点数字信号处理器(DSP)，集数据采集、数据分析、GPS对时和通讯功能于一体，所述装置的对时系统是基于GPS的同步脉冲锁相的同步采样技术。

所述装置采用基于最小二乘最优原理的模拟通道矢量校正技术(包括幅值、相角误差校正)。

所述装置实时计算所有测量电压、电流2-52次谐波，测量的基本时间窗口为10个工频周期，取3秒内15个测量数值的方均根值作为谐波的一个测量结果。

所述装置采取了频率自动跟踪补偿技术，消除了频率的“泄露”，防止了基波频率偏离额定值情况下造成的测量误差。

所述装置采用的谐波计算方法可选择基本算法、谐波子组算法或谐波组算法。

所述装置具备IEC61850通讯功能，谐波数据格式支持PQDIF，录波数据可转换成IEEE COMTRADE标准格式。

需要说明的是，上述算法或者方法均为对现有技术的选用，并无实质的方法创新，所述方法只是用于本实施例提出的谐波监控装置的工作方式说明，不构成对具体结构的限定。

实施例3：

本实用新型实施例3提供了一种谐波监测系统，包括电子式电压互感器、电子式电流互感器和实施例1或实施例2所述的谐波监测装置；

所述电子式电流互感器和/或电子式电压互感器与光电转换接口连接。

所述电子式电流互感器和电子式电压互感器均通过光缆与光电转换接口连接；

所述电子式电流互感器和电子式电压互感器先通过光纤收发器将数字信号转换为光信号后与光电转换接口连接。

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)

1.一种谐波监测装置，其特征在于，包括FPGA芯片和处理器，所述FPGA芯片所在的芯片板上设有用于与外置的电子式电流互感器和/或电子式电压互感器连接的光电转换接口，所述FPGA芯片的输出端口与处理器连接。

2.如权利要求1所述的谐波监测装置，其特征在于，所述处理器为双核处理器。

3.如权利要求2所述的谐波监测装置，其特征在于，所述双核处理器包括DSP处理器和ARM处理器，所述FPGA芯片的输出端口与DSP处理器连接，所述DSP处理器与ARM处理器通过总线连接。

4.如权利要求1所述的谐波监测装置，其特征在于，所述FPGA芯片和处理器均设置在箱体内，所述箱体的一个侧面上设有显示屏，所述处理器与显示屏连接。

5.如权利要求4所述的谐波监测装置，其特征在于，所述显示屏的一侧设有多个指示灯，所述指示灯均与处理器连接。

6.如权利要求4所述的谐波监测装置，其特征在于，所述箱体为方形箱体。

7.如权利要求6所述的谐波监测装置，其特征在于，所述方形箱体与显示屏相对的一侧至少设有电源板、采集板和FT3板。

8.如权利要求7所述的谐波监测装置，其特征在于，所述FPGA芯片设置在FT3板上；

或者，所述处理器设置在采集板上；

或者，显示屏所在的侧面的两条相对的侧边向外延伸形成两个耳板；

或者，每个耳板上设置至少一个通孔。

9.一种谐波监测系统，其特征在于，包括至少一台电子式电流互感器、至少一台电子式电压互感器和权利要求1-8任一项所述的谐波监测装置；

所述电子式电流互感器和/或电子式电压互感器与光电转换接口连接。

10.如权利要求9所述的谐波监测系统，其特征在于，所述电子式电流互感器和电子式电压互感器均通过光缆与光电转换接口连接；

所述电子式电流互感器和电子式电压互感器先通过光纤收发器将数字信号转换为光信号后与光电转换接口连接。

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