一種電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置制造方法
【專利摘要】一種電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，包括單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器之間、數(shù)字信號(hào)處理器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間均通過(guò)高速的串行接口SPI進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；所述數(shù)字信號(hào)處理器與存儲(chǔ)單元SDRAM、Flash和EEPROM電連接，數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)UART串口與GPS時(shí)鐘同步模塊進(jìn)行通信；模數(shù)轉(zhuǎn)換器分別與電壓互感器調(diào)理電路和電流互感器調(diào)理電路電連接；電壓互感器調(diào)理電路依次通過(guò)隔直帶通濾波器、整形電路和鎖相環(huán)電路分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理器電連接，單片機(jī)連接有人機(jī)交互模塊、存儲(chǔ)接口模塊和通信模塊。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低；檢測(cè)精度高，誤差小，能采集并完整記錄瞬變信號(hào)。
【專利說(shuō)明】一種電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及電氣【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)實(shí)力的逐步增強(qiáng)，一方面，由于擾動(dòng)性負(fù)荷(如非線性、沖擊性或不對(duì)稱負(fù)荷等等)的大量使用，導(dǎo)致了很多電能質(zhì)量問(wèn)題，比如三相不平衡度、電壓驟升驟降、電壓閃變和諧波污染等等；另一方面，由于電力電子技術(shù)和微電子技術(shù)的廣泛使用，使得對(duì)電能質(zhì)量的要求越來(lái)越高。因此，需要電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、記錄、分析電網(wǎng)電能質(zhì)量。
[0003]現(xiàn)有的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置的采樣速率為512點(diǎn)/周波、1024點(diǎn)/周波，往往不能采集到瞬變信號(hào)或不能真實(shí)完整地記錄瞬變信號(hào)，并且電能質(zhì)量事件時(shí)間標(biāo)簽采用的是單片機(jī)的時(shí)鐘，導(dǎo)致所記錄的事件發(fā)生的時(shí)間不可避免地存在誤差。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種能對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量實(shí)時(shí)智能監(jiān)測(cè)、顯示、記錄以及分析的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置。
[0005]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是，一種電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，包括單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器之間、數(shù)字信號(hào)處理器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間均通過(guò)高速的串行接口 SPI進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；所述數(shù)字信號(hào)處理器與存儲(chǔ)單元SDRAM、Flash和EEPROM電連接，所述數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)UART串口與GPS時(shí)鐘同步模塊進(jìn)行通信；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器分別與電壓互感器調(diào)理電路和電流互感器調(diào)理電路電連接；所述電壓互感器調(diào)理電路依次通過(guò)隔直帶通濾波器、整形電路和鎖相環(huán)電路分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理器電連接，所述單片機(jī)連接有人機(jī)交互模塊、存儲(chǔ)接口模塊和通信模塊。
[0006]進(jìn)一步，所述人機(jī)交互模塊為T(mén)FT液晶顯示屏。
[0007]進(jìn)一步，所述存儲(chǔ)接口模塊為USB 0TG2.0接口。
[0008]進(jìn)一步，所述通信模塊為10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)口、雙RS-485 口。
[0009]進(jìn)一步，所述電流互感器調(diào)理電路為5A/5mA的電流互感器調(diào)理電路，其采樣信號(hào)為la、lb、Ic ;將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成模數(shù)轉(zhuǎn)換器量程范圍內(nèi)的小模擬信號(hào)。
[0010]進(jìn)一步，所述電壓互感器調(diào)理電路為380V/1V的電壓互感器調(diào)理電路，其采樣信號(hào)為Ua、Ub、Uc ;將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成模數(shù)轉(zhuǎn)換器量程范圍內(nèi)的小模擬信號(hào)。
[0011]進(jìn)一步，所述鎖相環(huán)電路通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器上的捕獲引腳ECAPO、ECAPU ECAP2與數(shù)字信號(hào)處理器電連接。
[0012]進(jìn)一步，所述單片機(jī)為Cortex_M4內(nèi)核的嵌入式芯片，具體型號(hào)是MK70FX512VMJ15。
[0013]進(jìn)一步，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為6通道同步采樣的高速芯片ADS8556，串行時(shí)最高轉(zhuǎn)換速率達(dá)450kSPS。
[0014]進(jìn)一步，所述數(shù)字信號(hào)處理器的芯片為C674x內(nèi)核的6000系列定點(diǎn)/浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6747，時(shí)鐘主頻最快可達(dá)456MHz，內(nèi)部采樣DMA技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低；模數(shù)轉(zhuǎn)換器能實(shí)現(xiàn)6通道同步采樣，采樣率設(shè)置為409.6kHz，每周波采樣8192點(diǎn)；檢測(cè)精度高，采用鎖相環(huán)電路，能實(shí)現(xiàn)三相電網(wǎng)頻率的實(shí)時(shí)跟蹤，精確的測(cè)量電網(wǎng)信號(hào)基波頻率，并對(duì)跟蹤的三相電網(wǎng)頻率8192倍頻用于驅(qū)動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器同步采樣；誤差小，能采集并完整記錄瞬變信號(hào)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0018]本實(shí)施例包括單片機(jī)9、數(shù)字信號(hào)處理器4以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器3，單片機(jī)9與數(shù)字信號(hào)處理器4之間、數(shù)字信號(hào)處理器4與模數(shù)轉(zhuǎn)換器3之間均通過(guò)高速的串行接口 SPI進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；數(shù)字信號(hào)處理器4與存儲(chǔ)單元SDRAM10、Flashl1、EEPR0M12電連接，數(shù)字信號(hào)處理器4通過(guò)UART串口與GPS時(shí)鐘同步模塊8進(jìn)行通信；模數(shù)轉(zhuǎn)換器3分別與電壓互感器調(diào)理電路2和電流互感器調(diào)理電路I電連接；電壓互感器調(diào)理電路2依次通過(guò)隔直帶通濾波器5、整形電路6和鎖相環(huán)電路7分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器3和數(shù)字信號(hào)處理器4電連接，單片機(jī)9連接有TFT液晶顯示屏13、USB 0TG2.0接口 14、10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)口 15、雙RS-485Π 16。
[0019]電流互感器調(diào)理電路I為5A/5mA的電流互感器調(diào)理電路，其采樣信號(hào)為la、lb、Ic ;將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成模數(shù)轉(zhuǎn)換器量程范圍內(nèi)的小模擬信號(hào)。
[0020]電壓互感器調(diào)理電路2為380V/1V的電壓互感器調(diào)理電路，其采樣信號(hào)為Ua、Ub、Uc ;將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成模數(shù)轉(zhuǎn)換器量程范圍內(nèi)的小模擬信號(hào)。
[0021]鎖相環(huán)電路7通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器4上的捕獲引腳ECAPO、ECAP1、ECAP2與數(shù)字信號(hào)處理器4電連接。
[0022]單片機(jī)9為Cortex_M4內(nèi)核的嵌入式芯片，具體型號(hào)是MK70FX512VMJ15。
[0023]MK70FX512VMJ15的時(shí)鐘主頻最高達(dá)150MHz，片內(nèi)高達(dá)128KB的靜態(tài)RAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、512KB的Flash程序存儲(chǔ)器以及512KB的飛思卡爾特有的可編程的FlexNVM，最新的ARM處理器架構(gòu)，抗干擾能力強(qiáng)，能滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需求，單片機(jī)9與數(shù)字信號(hào)處理器4之間通過(guò)高速的串行接口 SPI進(jìn)行數(shù)據(jù)交互獲取電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，并移植了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)MQX用于Cortex-M4功能單元的管理功能。
[0024]模數(shù)轉(zhuǎn)換器3為6通道同步采樣的高速的ADS8556，采樣率設(shè)置為409.6kHz，每周波采樣8192點(diǎn)，并且6通道同步采樣。
[0025]數(shù)字信號(hào)處理器4的芯片為C674x內(nèi)核的6000系列定點(diǎn)/浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6747,時(shí)鐘主頻最快可達(dá)456MHz，內(nèi)部采樣DMA技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存。
[0026]工作時(shí)，6通道采樣信號(hào)Ua、Ia、Ub、Ib、Uc、Ic經(jīng)電壓互感器調(diào)理電路2和電流互感器調(diào)理電路I隔離、處理之后，將采樣信號(hào)Ua、la、Ub、lb、Uc、Ic分別送給模數(shù)轉(zhuǎn)換器3的6個(gè)采樣通道，且得到模數(shù)轉(zhuǎn)換器3量程范圍內(nèi)的采樣信號(hào)，同時(shí)將采樣信號(hào)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器3隔離，保護(hù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器3芯片；同時(shí)，將三相電壓信號(hào)Ua、Ub、Uc經(jīng)隔直帶通濾波器5濾除直流分量以及高頻分量，再通過(guò)整形電路6得到與三相電壓基波同頻的方波，然后送給鎖相環(huán)電路7 ;鎖相環(huán)電路7對(duì)方波進(jìn)行精確測(cè)量和信號(hào)同步采樣，采樣的芯片是FS7145，F(xiàn)S7145會(huì)同步鎖定電網(wǎng)工頻信號(hào)，F(xiàn)S7145輸出的電網(wǎng)工頻方波信號(hào)通過(guò)捕獲引腳ECAPO、ECAPUECAP2傳送給數(shù)字信號(hào)處理器4的，即得到三相電壓基波頻率，同時(shí)倍頻用于驅(qū)動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器3啟動(dòng)米樣。
[0027]GPS時(shí)鐘同步模塊8通過(guò)串口與數(shù)字信號(hào)處理器4進(jìn)行通信，定期對(duì)數(shù)字信號(hào)處理器4內(nèi)部的RTC進(jìn)行校時(shí)，能準(zhǔn)確記錄電網(wǎng)電能質(zhì)量事件發(fā)生的時(shí)間。
[0028]數(shù)字信號(hào)處理器4負(fù)責(zé)數(shù)字信號(hào)的處理以及通信，外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器SDRAM10、FLASHlK EEPR0M12，分別用于加載運(yùn)行程序、存儲(chǔ)程序、存儲(chǔ)校表數(shù)據(jù)；數(shù)字信號(hào)處理器4與模數(shù)轉(zhuǎn)換器3通過(guò)SPI進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，數(shù)字信號(hào)處理器4的SPI采用DMA技術(shù)，獲取模數(shù)轉(zhuǎn)換器3采樣數(shù)據(jù)后，數(shù)字信號(hào)處理器4采用傅里葉變換對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，獲取常規(guī)電能質(zhì)量數(shù)據(jù)以及事件分析數(shù)據(jù)，常規(guī)電能質(zhì)量參數(shù)包括電壓、電流、功率、電壓偏差、頻率偏差、諧波、閃變、三相不平衡度、電壓總諧波畸變率、電流總諧波畸變率；事件分析包括電壓偏差超限、頻率偏差超限、電壓波動(dòng)超限、負(fù)序不平衡度超限、長(zhǎng)時(shí)間閃變超限、總諧波畸變率超限、諧波含有率超限、奇次諧波電壓超限、偶次諧波電壓超限。
【權(quán)利要求】
1.一種電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，包括單片機(jī)、數(shù)字信號(hào)處理器以及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，所述單片機(jī)與數(shù)字信號(hào)處理器之間、數(shù)字信號(hào)處理器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器之間均通過(guò)高速的串行接口 SPI進(jìn)行數(shù)據(jù)交互；所述數(shù)字信號(hào)處理器與存儲(chǔ)單元SDRAM、Flash和EEPROM電連接，所述數(shù)字信號(hào)處理器通過(guò)UART串口與GPS時(shí)鐘同步模塊進(jìn)行通信；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器分別與電壓互感器調(diào)理電路和電流互感器調(diào)理電路電連接；所述電壓互感器調(diào)理電路依次通過(guò)隔直帶通濾波器、整形電路和鎖相環(huán)電路分別與模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號(hào)處理器電連接，所述單片機(jī)連接有人機(jī)交互模塊、存儲(chǔ)接口模塊和通信模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述人機(jī)交互模塊為T(mén)FT液晶顯示屏。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述存儲(chǔ)接口模塊為USB 0TG2.0 接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述通信模塊為10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)口、雙RS-485 口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述電流互感器調(diào)理電路為5A/5mA的電流互感器調(diào)理電路，采樣信號(hào)為Ia、Ib、Ic ;將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成模數(shù)轉(zhuǎn)換器量程范圍內(nèi)的模擬信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述電壓互感器調(diào)理電路為380V/1V的電壓互感器調(diào)理電路，采樣信號(hào)為Ua、Ub、Uc ;將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成模數(shù)轉(zhuǎn)換器量程范圍內(nèi)的模擬信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述鎖相環(huán)電路通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理器上的捕獲弓I腳ECAPO、ECAPl、ECAP2與數(shù)字信號(hào)處理器電連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述單片機(jī)為Cortex-M4內(nèi)核的嵌入式芯片，具體型號(hào)是MK70FX512VMJ15。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為6通道同步采樣的高速芯片ADS8556，串行時(shí)轉(zhuǎn)換速率達(dá)450kSPS。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，所述數(shù)字信號(hào)處理器的芯片為C674x內(nèi)核的6000系列定點(diǎn)/浮點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6747，時(shí)鐘主頻達(dá)456MHz,內(nèi)部采樣DMA技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK203720285SQ201420038773
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】王康, 滕召勝, 唐求, 高云鵬, 溫和, 姚文軒, 譚霞, 張海煥, 左培麗, 成達(dá), 吳禹, 李峰, 溫冠華, 孟卓 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)