CN221281094U - 一种高精度电力信号采集系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高精度电力信号采集系统，该系统包括高精度电子式互感器、信号放大环节、信号取样环节、信号处理环节、无线传输环节、信号接收环节；电子式互感器与信号放大环节之间用光纤连接、信号取样环节与信号处理环节之间用光纤连接进行电气隔离；整个系统面积小，运算能力强，采集精度高，利用FPGA与ARM相结合可提高系统的灵活性、可编程性以及抗干扰能力。利用极化码消除噪声可极大减少无线信号传输过程中的损耗。在不增加硬件成本和功耗情况下可以实现远距离数据同步传送。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力信号采集技术领域，具体涉及到一种高精度电力信号采集系统。
背景技术
无人值守的变电站对线路的监测，首先是对数据进行精准采集，其次是对数据进行分析，因此采集高精度数据是必要工作；然而，目前大多数变电站采用的数据采集方式达不到较高精度，易对后期信号的分析与预测造成影响，因而，对数据采集测量提出了更高的要求；此外，电力机器人与电力巡检无人机较多被应用，但电力系统中缺乏可低噪声、低损耗传输数据的方式，当输电线路出现故障时，无法具体定位故障地点，耗费了大量人力与物力。因此需要设计一种高精度电力信号采集系统来解决上述问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种高精度电力信号采集系统，该装置解决了现有技术电力系统中缺乏可低噪声、低损耗传输数据的方式，当输电线路出现故障时，无法具体定位故障地点，耗费了大量人力与物力的问题，具有可靠性好，采集精度高，传输完整性好的特点。
为实现上述设计，本实用新型所采用的技术方案是：一种高精度电力信号采集系统，包括电子式互感器、信号放大环节、信号取样环节、信号处理环节、无线传输环节和信号接收环节；电子式互感器与信号放大环节之间通过光纤连接，信号取样环节与信号处理环节之间通过光纤连接进行电气隔离。
优选地，高精度电子式互感器包括多个高精度电子式互感器与电缆连接，用于同步进行数据采集，以确保各个通道能够获得准确的数据。
优选地，信号放大环节由两路信号组成，一路信号直接利用反相放大器与反相器进行信号放大，另一路信号经移相器移相后利用反相放大器与反相器进行信号放大，负责放大信号。
进一步地，为了确保调相过程中的一组信号在经过A/D转换器采样后与未经调相处理的另一组信号的各个采样点不会重合，可以通过计算来确定具体的调相角度。
优选地，信号取样环节包括两个12位A/D转换器，其中一路以4K频率取样，另一路以8K频率取样，该系统用于捕获经过放大的模拟信号，并在不重复的情况下对这些信号进行采样，进而将其转换为数字格式的信号。
优选地，信号处理环节由FPGA及ARM处理器组成。
进一步地，FPGA可集成各元件，负责数据的处理和传输，而ARM则主要承担计算任务。只需对FPGA进行编程就可以构建一个内置电路的ARM处理器。FPGA与ARM的结合可以充分利用它们的优点，通过对FPGA进行HDL编程，可以在其内部可构建N个并行电路，从而处理N个并行的高速信号，图1展示了两个并行高速信号为例子，其中最大可以处理20M数据。FPGA具有极高灵活性和可编程性，还可灵活地调整内部电路。根据不同的环境，可以设计不同的电路以增强抗干扰能力，输入到FPGA中的信号首先会被整合，然后在FPGA中首先恢复经过调相的信号，接着将4K和8K频率采集到的两路信号整合为一个12K信号，从而提高了处理的精度，整合后的信号会通过平均值电路，对N路信号的各采样点数值进行平均计算，这样可以提高采集信号的可靠性及准确性。
优选地，无线传输环节由ZigBee收发模块与超宽带收发模块组成，可实现百米内的信号传输。
进一步地，在十米范围内，超宽带收发模块负责高速数据的传输。在十米外，ZigBee收发模块负责预发送数据。由于无线传输过程中存在噪声和其他损耗，本实用新型专利采用了极化码来降低噪声的影响，从而减少传输过程中的损耗。
优选地，信号接收环节包括PC机配合软件实现信号可视化接收。
本实用新型一种多通道高精度电力信号采集系统具有以下有益效果：
1，利用该实用新型提供的方法可实现多通道采集超高精度信号，为后期的信号分析及预测做好前提条件。
2，该实用新型利用FPGA与ARM相配合可同一时间处理20M数据，可针对不同环境进行不同的HDL编程设计从而极大程度抗干扰。
3，该实用新型利用极化码消除噪声可极大减少无线信号在传输过程中的损耗。
附图说明
图1是本实用新型结构设计图；
图2是本实用新型实施例中极化码传输经编制的1024bit正确概率图；
图中附图标记为：电子式互感器1，信号放大环节2，信号取样环节3，信号处理环节4，无线传输环节5，信号接收环节6。
具体实施方式
如图1中，一种高精度电力信号采集系统，包括电子式互感器1、信号放大环节2、信号取样环节3、信号处理环节4、无线传输环节5和信号接收环节6；电子式互感器1与信号放大环节2之间通过光纤连接，信号取样环节3与信号处理环节4之间通过光纤连接进行电气隔离。
优选地，高精度电子式互感器1包括多个高精度电子式互感器1与电缆连接，用于同步进行数据采集，以确保各个通道能够获得准确的数据。
优选地，信号放大环节2由两路信号组成，一路信号直接利用反相放大器与反相器进行信号放大，另一路信号经移相器移相后利用反相放大器与反相器进行信号放大，负责放大信号。
进一步地，为了确保调相过程中的一组信号在经过A/D转换器采样后与未经调相处理的另一组信号的各个采样点不会重合，可以通过计算来确定具体的调相角度。
优选地，信号取样环节3包括两个12位A/D转换器，其中一路以4K频率取样，另一路以8K频率取样，该系统用于捕获经过放大的模拟信号，并在不重复的情况下对这些信号进行采样，进而将其转换为数字格式的信号。
优选地，信号处理环节4由FPGA及ARM处理器组成。
进一步地，FPGA可集成各元件，负责数据的处理和传输，而ARM则主要承担计算任务。只需对FPGA进行编程就可以构建一个内置电路的ARM处理器。FPGA与ARM的结合可以充分利用它们的优点，通过对FPGA进行HDL编程，可以在其内部可构建N个并行电路，从而处理N个并行的高速信号，图1展示了两个并行高速信号为例子，其中最大可以处理20M数据。FPGA具有极高灵活性和可编程性，还可灵活地调整内部电路。根据不同的环境，可以设计不同的电路以增强抗干扰能力，输入到FPGA中的信号首先会被整合，然后在FPGA中首先恢复经过调相的信号，接着将4K和8K频率采集到的两路信号整合为一个12K信号，从而提高了处理的精度，整合后的信号会通过平均值电路，对N路信号的各采样点数值进行平均计算，这样可以提高采集信号的可靠性及准确性。
优选地，无线传输环节5由ZigBee收发模块与超宽带收发模块组成，可实现百米内的信号传输。
进一步地，在十米范围内，超宽带收发模块负责高速数据的传输。在十米外，ZigBee收发模块负责预发送数据。由于无线传输过程中存在噪声和其他损耗，本实用新型专利采用了极化码来降低噪声的影响，从而减少传输过程中的损耗。
优选地，信号接收环节6包括PC机配合软件实现信号可视化接收。
本实用新型的工作原理如下：
高精度电子式互感器1通常是由多个电子式互感器在输电线路上同时进行数据采集，然后将这些数据提供给每个信号放大环节2，以确保数据的准确性和可靠性。为了实现更高的准确度和稳定性，需要在各个通道之间设置相互独立的信号调理模块，以确保整个系统工作时能够正常运行。
图1展示了两个并行高速信号的示例，其中最大可以处理20M的数据。FPGA不仅具有很高的灵活性和可编程性，还可以根据需要调整内部电路，并为不同的环境设计不同的电路以增强抗干扰能力；输入到FPGA的信号首先会被整合，在FPGA中首先恢复经过调相处理的信号，然后将4K和8K频率采集的两路信号合并为一个12K信号，从而提高传输精度。整合后的信号通过平均值电路，对N路信号的采样点进行平均计算，从而提高采集信号的可靠性和准确性；处理后的信号会进入无线传输环节5；最后，通过ZigBee进行无线传输。
图2展示了极化码传输经编制的1024bit正确概率图。
上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高精度电力信号采集系统，其特征在于：包括电子式互感器（1）、信号放大环节（2）、信号取样环节（3）、信号处理环节（4）、无线传输环节（5）和信号接收环节（6）；电子式互感器（1）与信号放大环节（2）之间通过光纤连接，信号取样环节（3）与信号处理环节（4）之间通过光纤连接进行电气隔离。
2.根据权利要求1所述的一种高精度电力信号采集系统，其特征在于：所述电子式互感器（1）包括多个高精度电子式互感器与电缆连接，用于数据采集。
3.根据权利要求1所述的一种高精度电力信号采集系统，其特征在于：所述信号放大环节（2）由两路信号组成，一路信号直接利用反相放大器与反相器进行信号放大，另一路信号经移相器移相后利用反相放大器与反相器进行信号放大。
4.根据权利要求1所述的一种高精度电力信号采集系统，其特征在于：所述信号取样环节（3）包括两个A/D转换器，其中一路以4K频率取样，另一路以8K频率取样。
5.根据权利要求1所述的一种高精度电力信号采集系统，其特征在于：所述信号处理环节（4）由FPGA及ARM处理器组成。
6.根据权利要求1所述的一种高精度电力信号采集系统，其特征在于：所述无线传输环节（5）由ZigBee收发模块与超宽带收发模块组成。
7.根据权利要求1所述的一种高精度电力信号采集系统，其特征在于：所述信号接收环节（6）包括PC机。
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN221281094U true CN221281094U (zh) | 2024-07-05 |
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