專利名稱：電力諧波與間諧波監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力諧波與間諧波監(jiān)測(cè)技術(shù)，特別是用于電力系統(tǒng)及電力用戶配電網(wǎng)的電力諧波與間諧波監(jiān)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有諧波監(jiān)測(cè)產(chǎn)品大部分為諧波即整數(shù)倍諧波監(jiān)測(cè)裝置(儀器)，缺乏對(duì)間諧波即非整數(shù)倍諧波進(jìn)行監(jiān)測(cè)的儀器(裝置)。
另外，現(xiàn)有諧波監(jiān)測(cè)裝置(儀器)多采用模擬電路方式，或采用工控機(jī)方式，或低速信號(hào)處理器(DSP)方式，在三相實(shí)時(shí)同時(shí)采集、分析處理方面做的考慮的很少，工作可靠性不理想，諧波監(jiān)測(cè)次數(shù)低。
鑒于現(xiàn)有諧波監(jiān)測(cè)技術(shù)存在的上述不足，本實(shí)用新型提出了一種新型諧波與間諧波裝置，不但可以就地監(jiān)測(cè)諧波和間諧波，而且可以同時(shí)可通過電話線或光纖和主服務(wù)器組成實(shí)時(shí)在線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。
本實(shí)用新型的電力諧波與間諧波監(jiān)測(cè)裝置，其組成包括儀用電壓互感器組、儀用電流互感器組、A/D轉(zhuǎn)換器、一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、一個(gè)微控制器(MCU)、2個(gè)程序存儲(chǔ)器(程序存儲(chǔ)器1、程序存儲(chǔ)器2)、I/O控制器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、通信控制單元、顯示器以及鍵盤、觸摸屏以及鼠標(biāo)，其特征是儀用電壓互感器組和儀用電流互感器組構(gòu)成三相電壓電流采樣電路，A/D轉(zhuǎn)換器連接于采樣電路與DSP之間，DSP與MCU之間的通信采用HPI數(shù)據(jù)總線，2個(gè)程序存儲(chǔ)器通過總線分別與DSP、MCU連接，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通過總線與MCU連接，顯示器以及鍵盤、觸摸屏以及鼠標(biāo)均連接于MCU的I/O控制器的相應(yīng)端口。其采用高速浮點(diǎn)DSP、嵌入式MCU、HPI總線、大容量FLASH、嵌入式操作系統(tǒng)等先進(jìn)技術(shù)，在電力諧波監(jiān)控系統(tǒng)中，首次采用DSP完成加窗FFT運(yùn)算，進(jìn)而對(duì)諧波和間諧波進(jìn)行高精度、實(shí)時(shí)檢測(cè)、分析和控制。技術(shù)構(gòu)成思想新穎，結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行可靠、功能強(qiáng)大、智能性能好、信息處理速度和檢測(cè)控制精度較現(xiàn)有技術(shù)有很大提高，實(shí)現(xiàn)對(duì)匯流母線、饋電線路的諧波與間諧波狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析、控制。
本實(shí)用新型能實(shí)時(shí)顯示三相電壓、電流、頻率，三相2～100次諧波電壓、電流、功率，三相0～2500Hz頻率范圍的間諧波電壓、電流，間諧波監(jiān)測(cè)的分辨率小于50/8Hz，電壓、電流實(shí)時(shí)波形，諧波與間諧波頻譜。
本實(shí)用新型配備有以太網(wǎng)、串口和USU通信控制接口，采用電力諧波與間諧波監(jiān)測(cè)裝置組和服務(wù)器可以組成諧波與間諧波監(jiān)測(cè)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)諧波與間諧波參數(shù)以及電力參數(shù)的綜合分析處理和多用戶共享。


圖1為本電力諧波與間諧波監(jiān)測(cè)裝置的原理框圖；圖2為圖1的電力諧波與間諧波監(jiān)測(cè)裝置實(shí)施電路圖。
具體實(shí)施方式
本電力諧波與間諧波監(jiān)測(cè)裝置如原理框圖1和實(shí)施電路圖2所示，它包括儀用電壓互感器組、儀用電流互感器組、A/D轉(zhuǎn)換器、一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、一個(gè)微控制器(MCU)、2個(gè)程序存儲(chǔ)器(程序存儲(chǔ)器1、程序存儲(chǔ)器2)、I/O控制器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、通信控制單元、顯示器以及鍵盤、觸摸屏以及鼠標(biāo)。儀用電壓互感器組和儀用電流互感器組構(gòu)成三相電壓電流采樣電路，A/D轉(zhuǎn)換器連接于采樣電路與DSP之間，DSP與MCU之間的通信采用HPI數(shù)據(jù)總線，2個(gè)程序存儲(chǔ)器通過總線分別與DSP、MCU連接，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通過總線與MCU連接，顯示器以及鍵盤、觸摸屏以及鼠標(biāo)均連接于MCU的I/O控制器的相應(yīng)端口。
三相儀用電壓互感器組的電壓信號(hào)和三相儀用電流互感器組的電流信號(hào)(1)，分別從配備于電力系統(tǒng)(或電力用戶)變電站的電壓互感器(PT)及電流互感器(CT)獲得。三相電壓電流采樣電路由儀用電壓互感器組和儀用電流互感器組(2)以及前端信號(hào)濾波電路組成，將來自CT、PT的高電壓大電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合后續(xù)電路使用的弱電信號(hào)，并濾除信號(hào)線上的尖峰干擾。
A/D變換器(3)采用高精度的16位6路同時(shí)采樣的A/D變換器，A/D轉(zhuǎn)換器采用ADS8364芯片，采樣速率可高達(dá)250K，將各模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，并將其傳送給DSP，6路同時(shí)采樣特性的選用保證了電壓、電流信號(hào)的真正同時(shí)性，實(shí)際使用的采用速度為25.6K。
DSP(4)采用最新數(shù)字化信號(hào)處理技術(shù)的高性能浮點(diǎn)DSP芯片(TMS320C6711DGDPA芯片)，該技術(shù)有別于普通的科學(xué)計(jì)算與分析，適用于面向高性能、重復(fù)性、數(shù)值運(yùn)算密集型的實(shí)時(shí)處理。
程序存儲(chǔ)器1(5)主要用于固化存放DSP運(yùn)算程序。DSP在運(yùn)行開始時(shí)，首先將固化在程序存儲(chǔ)器1中的DSP運(yùn)算程序調(diào)入DSP內(nèi)部以及外擴(kuò)的RAM中，進(jìn)而對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算和處理。
MCU(6)將通過DSP的HPI總線接口直接訪問DSP的內(nèi)存RAM，將DSP經(jīng)加窗FFT后的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析和處理，完成就地大屏幕液晶顯示、就地大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存貯，同時(shí)完成數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)方傳輸控制等功能。MCU芯片采用嵌入式PC104主機(jī)。
程序存儲(chǔ)器2(7)主要用于固化存放MCU運(yùn)算程序。MCU在運(yùn)行開始時(shí)，首先將固化在程序存儲(chǔ)器2中的MCU運(yùn)算程序調(diào)入MCU內(nèi)部以及外擴(kuò)的RAM中，進(jìn)而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、處理和對(duì)顯示、通信、操作等進(jìn)行控制。
程序存儲(chǔ)器1和程序存儲(chǔ)器2均采用FLASH存儲(chǔ)器。
顯示器(8)采用大屏幕液晶顯示器，能夠就地完成對(duì)上述諧波、間諧波以及各種電力參數(shù)的儀上顯示。
以太網(wǎng)接口和串口接口(9)為數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信和組成監(jiān)控網(wǎng)提供方便。
觸摸屏(10)為人機(jī)界面智能化操作提供方便。
USB接口(11)為即插即用接口，可以接入鍵盤、鼠標(biāo)、U盤、應(yīng)動(dòng)硬盤等即插即用設(shè)備。
指示燈(12)可以提供超限和故障的燈光報(bào)警。
以下結(jié)合原理框圖1和實(shí)施電路圖2詳細(xì)描述本裝置的工作過程。
采樣電路將高電壓、大電流信號(hào)經(jīng)過變換器轉(zhuǎn)化為弱電信號(hào)并濾除信號(hào)線上的尖峰干擾，然后經(jīng)過由差分電路與濾波電力組成的信號(hào)耦合電路耦合至A/D轉(zhuǎn)換電路，耦合電路主要濾除高頻信號(hào)，由于采用了差分模式，有效地提高了耦合電路的共模擬制比。
高性能浮點(diǎn)DSP芯片主要接收A/D變換的數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)計(jì)算信號(hào)頻率，運(yùn)用加窗FFT算法計(jì)算三相電壓、電流信號(hào)的2～100次諧波分量的幅值和相位和0～2500Hz頻率的間諧波分量的幅值和相位(每周波采樣514點(diǎn)，采樣頻率25600HZ)，并進(jìn)一步計(jì)算三相2～100次諧波功率，將此信號(hào)通過HPI接口傳輸給MCU進(jìn)一步分析處理，HPI接口的采用，既確保了信號(hào)高速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、無誤的傳遞，也節(jié)省了元器件，進(jìn)而降低成本和提高可靠性；MCU主要完成數(shù)據(jù)的進(jìn)一步計(jì)算分析(計(jì)算各次諧波電壓、電流含有率，總畸變率)，同時(shí)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的就地存儲(chǔ)、比較、通訊、實(shí)時(shí)顯示、系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置等功能。
1Gbit的大容量CF卡主要完成實(shí)時(shí)記錄、報(bào)警數(shù)據(jù)的就地存儲(chǔ)；利用觸摸屏或鼠標(biāo)，能夠很方便地實(shí)現(xiàn)各種顯示操作；利用鍵盤，能夠很方便地完成系統(tǒng)參數(shù)(包括電壓PT參數(shù)、電流CT參數(shù)、系統(tǒng)短路容量、各次諧波參數(shù)的報(bào)警限值等參數(shù))的設(shè)置整定。
本實(shí)用新型的監(jiān)控界面包括主界面實(shí)時(shí)波形顯示、諧波與間諧波綜合數(shù)據(jù)顯示、諧波綜合數(shù)據(jù)顯示、間諧波綜合數(shù)據(jù)顯示、電壓諧波與間諧波頻譜顯示、電流諧波與間諧波頻譜顯示、諧波有功功率頻譜顯示、諧波無功功率頻譜顯示、其它電力參數(shù)顯示以及指示燈等。
串口及以太網(wǎng)用于為數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸提供通道。串口通訊接口有RS485和RS232兩個(gè)接口，以太網(wǎng)通信接口則可以充分利用現(xiàn)有帶寬實(shí)現(xiàn)高速傳輸，USB接口為利用U盤、移動(dòng)硬盤等存儲(chǔ)器直接下載數(shù)據(jù)提供方便，另外，USB接口為接入即插即用鼠標(biāo)和鍵盤提供方便。
本實(shí)用新型打破了傳統(tǒng)諧波監(jiān)測(cè)概念，將諧波監(jiān)測(cè)從整數(shù)倍諧波擴(kuò)展到非整數(shù)諧波，實(shí)現(xiàn)了諧波的全面監(jiān)控。
權(quán)利要求1.一種新型電力諧波與間諧波監(jiān)測(cè)裝置，其組成包括儀用電壓互感器組、儀用電流互感器組、A/D轉(zhuǎn)換器、一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、一個(gè)微控制器(MCU)、2個(gè)程序存儲(chǔ)器(程序存儲(chǔ)器1、程序存儲(chǔ)器2)、I/O控制器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、通信控制單元、顯示器以及鍵盤、觸摸屏以及鼠標(biāo)，其特征是儀用電壓互感器組和儀用電流互感器組構(gòu)成三相電壓電流采樣電路，A/D轉(zhuǎn)換器連接于采樣電路與DSP之間，DSP與MCU之間的通信采用HPI數(shù)據(jù)總線，2個(gè)程序存儲(chǔ)器通過總線分別與DSP、MCU連接，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器通過總線與MCU連接，顯示器以及鍵盤、觸摸屏以及鼠標(biāo)均連接于MCU的I/O控制器的相應(yīng)端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電力諧波與間諧波監(jiān)測(cè)裝置，其特征是所述的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)采用TMS320C6711DGDPA芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電力諧波與間諧波監(jiān)測(cè)裝置，其特征是所述的A/D轉(zhuǎn)換器采用ADS8364芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述電力諧波與間諧波監(jiān)測(cè)裝置，其特征是所述的微控制器(MCU)采用嵌入式PC104主機(jī)。
專利摘要一種新型電力諧波與間諧波監(jiān)測(cè)裝置，其組成包括儀用電壓互感器組、儀用電流互感器組、A/D轉(zhuǎn)換器、一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、一個(gè)微控制器(MCU)、2個(gè)程序存儲(chǔ)器、I/O控制器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、通信控制單元、顯示器以及鍵盤、觸摸屏以及鼠標(biāo)，其特征是儀用電壓互感器組和儀用電流互感器組構(gòu)成三相電壓電流采樣電路，A/D轉(zhuǎn)換器連接于采樣電路與DSP之間，DSP與MCU之間的通信采用HPI數(shù)據(jù)總線，2個(gè)程序存儲(chǔ)器通過總線分別與DSP、MCU連接，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與MCU連接，顯示器以及鍵盤、觸摸屏以及鼠標(biāo)連接于MCU的I/O控制器的相應(yīng)端口，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)及電力用戶配電網(wǎng)的諧波與間諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析。
文檔編號(hào)G01R23/16GK2932397SQ200620051198
公開日2007年8月8日 申請(qǐng)日期2006年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月2日
發(fā)明者粟時(shí)平, 劉桂英 申請(qǐng)人:粟時(shí)平, 劉桂英