本實(shí)用新型涉及一種電網(wǎng)諧波信號(hào)檢測(cè)裝置，特別是涉及一種嵌入式電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)儀。

背景技術(shù)：

隨著電網(wǎng)電力電子裝置中非線(xiàn)性負(fù)荷的不斷增加，使得電壓和電流的波形中出現(xiàn)了一系列頻率為基波頻率整倍數(shù)的諧波。諧波的存在對(duì)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行構(gòu)成了潛在威脅：消耗了電力系統(tǒng)的無(wú)功儲(chǔ)備；增加輸電線(xiàn)損耗；增加了電機(jī)的附加諧波損耗及縮短使用壽命；影響了表計(jì)的計(jì)量精度；導(dǎo)致精密電子設(shè)備嚴(yán)重被干擾，可靠性下降，甚至燒毀等。諧波對(duì)電網(wǎng)設(shè)備造成的危害往往是發(fā)生了事故后才知道事故源，若對(duì)來(lái)源復(fù)雜的諧波不加區(qū)分將給諧波治理造成困難，因此為做到防患于未然，在進(jìn)行諧波治理之前需要實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)電網(wǎng)中諧波的次數(shù)及含量，即進(jìn)行諧波的檢測(cè)。

目前電網(wǎng)諧波檢測(cè)儀一般采用DSP作為主控芯片，電壓和電流信號(hào)的采樣方式為簡(jiǎn)單的“多路開(kāi)關(guān)+采樣保持+A/D轉(zhuǎn)換”的模式，這種模式對(duì)20次以下的諧波檢測(cè)是適用的，而對(duì)高次諧波的檢測(cè)會(huì)帶來(lái)極大的誤差。國(guó)外廠(chǎng)家生產(chǎn)的電網(wǎng)諧波檢測(cè)裝置具有產(chǎn)品性能先進(jìn)、可靠、適用面廣的特點(diǎn)，但售價(jià)較為昂貴；國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的電網(wǎng)諧波檢測(cè)裝置具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，但可靠性和精度有待提高，特別是難以滿(mǎn)足高次諧波的分析要求。因此研制一種便攜、高精度、成本低的實(shí)用型諧波檢測(cè)裝置，在需要的時(shí)候能隨時(shí)隨地對(duì)電網(wǎng)諧波進(jìn)行實(shí)時(shí)在線(xiàn)測(cè)量，是電力工作者必須思考的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為解決現(xiàn)有的諧波檢測(cè)裝置可擴(kuò)展性差、測(cè)量精度低及生產(chǎn)成本高的問(wèn)題，提供一種能滿(mǎn)足測(cè)量精度高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、生產(chǎn)成本低及功能可擴(kuò)展性佳的嵌入式電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)儀。

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：

一種嵌入式電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)儀，其特征在于：包括三相電壓輸入器、三相電流輸入器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、存儲(chǔ)模塊、人機(jī)互動(dòng)模塊、處理器和輸入輸出模塊，所述的三相電壓輸入器的輸入端與交流電的電壓端相連，所述三相電流輸入器的輸入端與交流電的電流端相連；所述三相電壓輸入器和所述三相電流輸入器的輸出端和所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連；所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與所述處理器連接；所述的處理器通過(guò)連接線(xiàn)與所述人機(jī)互動(dòng)模塊、所述存儲(chǔ)模塊及所述輸入輸出模塊連接。

進(jìn)一步，所述的處理器為帶有數(shù)字信號(hào)處理功能的微處理器 STM32F407，該芯片帶FPU浮點(diǎn)Cortex-M4內(nèi)核，通過(guò)ART技術(shù)實(shí)現(xiàn)0等待執(zhí)行Flash中的代碼，最高頻率能達(dá)到168MHz，保證了諧波檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，而且成本低、受電磁干擾較小、適用于工業(yè)環(huán)境工作。

進(jìn)一步，所述的A/D轉(zhuǎn)換模塊主芯片為AD7606，該芯片采用 5v單電源的方式供電，可以處理+5v或者是+10v的真雙極性的輸入信號(hào)，所具有的8個(gè)通道在采樣時(shí)都能達(dá)到最高高達(dá)200ksps的吞吐速率。

進(jìn)一步，所述的三相電壓輸入器為電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，所述電阻分壓網(wǎng)絡(luò)輸入端與所述的交流電的電壓端直接連接，所述的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入端直接連接。

進(jìn)一步，所述的三相電流輸入器為電流互感器與電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，電流互感器輸入端與所述的交流電的電流端連接，所述的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊輸入端直接連接。

更進(jìn)一步，所述的處理器與所述的輸入輸出模塊之間通過(guò)光耦進(jìn)行連接。

本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、諧波檢測(cè)儀功能可擴(kuò)展性好，只需對(duì)軟件進(jìn)行擴(kuò)展即可實(shí)現(xiàn)，不需更改硬件；

2、諧波檢測(cè)儀測(cè)量精度高，適合于高次諧波分量及弱幅值諧波分量的分析與優(yōu)化；

3、諧波檢測(cè)儀成本低，采用32位自帶的DSP函數(shù)庫(kù)的控制芯片STM32F407實(shí)現(xiàn)，保證了檢測(cè)的實(shí)時(shí)性，能大幅降低檢測(cè)裝置的生產(chǎn)成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的諧波監(jiān)測(cè)裝置硬件原理框圖。

圖2為本實(shí)用新型的主程序流程圖。

圖3為本實(shí)用新型的電流采樣流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。

實(shí)施例：

一種嵌入式電力系統(tǒng)諧波檢測(cè)儀，參見(jiàn)附圖1，是由外接電源供電，檢測(cè)儀是由電阻分壓網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的三相電壓輸入器、電流互感器與電阻分壓網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的三相電流輸入器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、存儲(chǔ)模塊、人機(jī)互動(dòng)模塊、處理器和輸入輸出模塊等構(gòu)成。三相電壓輸入器的3個(gè)輸入端與交流電的電壓端相連，三相電流輸入器的3個(gè)輸入端與交流電的電流端相連；三相電壓輸入器和三相電流輸入器的輸出端和A/D 轉(zhuǎn)換模塊輸入端相連；A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與微處理器連接；微處理器通過(guò)連接線(xiàn)與人機(jī)互動(dòng)模塊及輸入輸出連接。

本實(shí)施例中的處理器為帶有數(shù)字信號(hào)處理功能的STM32F407， A/D轉(zhuǎn)換模塊芯片為AD7606，STM32F407與開(kāi)關(guān)量接口及報(bào)警輸出之間為避免電磁干擾使用光耦進(jìn)行連接。

本實(shí)施例在工作時(shí)，三相電壓信號(hào)U_A、U_B、U_C通過(guò)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為幅值為-2.5V～+2.5V的3個(gè)交流電壓采樣信號(hào)，三相電流信號(hào)I_A、I_B、I_C首先通過(guò)電流互感器轉(zhuǎn)換為交流電流信號(hào)，再通過(guò)電阻分壓網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為幅值為-2.5V～+2.5V的3個(gè)交流電流采樣信號(hào)。這6 個(gè)采樣交流信號(hào)通過(guò)6個(gè)模擬輸入通道輸入到AD7606芯片內(nèi)進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)直接輸入STM32F407處理器進(jìn)行處理。

參見(jiàn)附圖2，STM32F407根據(jù)鍵盤(pán)輸入和初始設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行電參數(shù)的提取，實(shí)時(shí)處理采樣數(shù)據(jù)，采用高精度算法對(duì)電壓、電流信號(hào)進(jìn)行諧波分析，得到各次諧波分量有效值、頻率和相位信息，利用這些信息還可以計(jì)算各次諧波功率，同時(shí)計(jì)算出電壓、電流有效值，有功、無(wú)功功率，電網(wǎng)頻率及功率因數(shù)等電網(wǎng)參數(shù)。計(jì)算結(jié)果通過(guò)液晶顯示面板顯示，相關(guān)控制參數(shù)可以觸摸輸入，也能與外部通過(guò)通訊模塊進(jìn)行通信，生成的結(jié)果數(shù)據(jù)可以保存。

參見(jiàn)附圖3，AD7606的處理過(guò)程是主處理器給AD7606發(fā)一個(gè)轉(zhuǎn)化開(kāi)始信號(hào)，然后等待其轉(zhuǎn)換完畢之后發(fā)出一個(gè)采樣標(biāo)志信號(hào)，通知主處理器啟動(dòng)讀取操作，得到采樣值。為保證采樣的精度，采用多次采樣進(jìn)行濾波的方式。

以上結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作了說(shuō)明，但這些說(shuō)明不能被理解為限制了本實(shí)用新型的范圍，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。