專利名稱：綜合電力監(jiān)控分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電力監(jiān)控設(shè)備，特別涉及一種運(yùn)用于三相交流電的綜合監(jiān)控 分析儀。
背景技術(shù)：
由于用電負(fù)荷日趨復(fù)雜化和多樣化，一些具有非線性、沖擊性、諧波豐富的應(yīng)用設(shè) 備，如電視機(jī)、復(fù)印機(jī)、電子式照明設(shè)備、變頻調(diào)速裝置、電弧爐等都是諧波源，這些諧波電 流注入公用電網(wǎng)，會(huì)影響變壓器工作，加速金屬化膜電容器老化，增加輸電線路功耗，影響 或干擾測(cè)量控制儀器等。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，電網(wǎng)中電壓波動(dòng)是引起電能質(zhì)量問(wèn)題主要原因；電 壓波動(dòng)引起的用戶投訴，占整個(gè)電能質(zhì)量問(wèn)題的80%以上；同時(shí)由于電壓波動(dòng)而造成用戶 設(shè)備受到影響的投訴越來(lái)越多，引起我國(guó)電力企業(yè)對(duì)以電壓波動(dòng)問(wèn)題為主的電能質(zhì)量問(wèn)題 的關(guān)注。電網(wǎng)電壓偏差過(guò)大，會(huì)造成用電設(shè)備壽命縮短、電力系統(tǒng)穩(wěn)定極限下降以及電網(wǎng)運(yùn) 行費(fèi)用增加。由于諧波、電壓波動(dòng)及電壓偏差等影響用電安全，人們急需要對(duì)用電質(zhì)量進(jìn)行 監(jiān)控和分析以做調(diào)整，避免出現(xiàn)故障。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種綜合電力監(jiān)控分析儀，能綜合地測(cè)量三相電的電力 參數(shù)，包括各種諧波參數(shù)、電壓偏差、電壓波動(dòng)、頻率偏差等，并保存、傳輸及主動(dòng)保護(hù)三相 電回路，便于用戶全面地監(jiān)控分析用電質(zhì)量以做出適當(dāng)調(diào)整。上述目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種綜合電力監(jiān)控分析儀，其特征在于，包括三相電流采集模塊和三相電壓采集模塊，用以對(duì)三相電進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并轉(zhuǎn)成數(shù)字 數(shù)據(jù)；MCU單元，其接收所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，計(jì)算出電力參數(shù)并分析，及控制其他模塊工作， 所述電力參數(shù)為各種諧波參數(shù)、電壓偏差、電壓波動(dòng)、頻率偏差；顯示模塊，其與所述MCU單元連接，用以顯示所述電力參數(shù)；存儲(chǔ)模塊，其與所述MCU單元連接，用以存儲(chǔ)所述電力參數(shù)；按鍵模塊，其與所述MCU單元連接，用以查詢所述電力參數(shù)；通訊模塊，其與所述MCU單元連接，用以傳輸所述電力參數(shù)；及繼電器輸出模塊，其包括多個(gè)與所述MCU單元連接的繼電器，用以主動(dòng)保護(hù)電路。進(jìn)一步的方案是，所述通訊模塊包括與所述MCU單元連接的RS485通訊模塊、以太 網(wǎng)通訊模塊、GPRS通訊模塊及USB通訊模塊。進(jìn)一步的方案是，所述存儲(chǔ)模塊包括鐵電存儲(chǔ)模塊和實(shí)時(shí)存儲(chǔ)模塊，所述實(shí)時(shí)存 儲(chǔ)模塊由實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC和FLASH存儲(chǔ)器或EEPROM構(gòu)成。本實(shí)用新型綜合電力監(jiān)控分析儀通過(guò)三相電壓、電流采集模塊對(duì)三相電進(jìn)行采 集，然后通過(guò)MCU單元計(jì)算出計(jì)算出各種諧波參數(shù)、電壓偏差、電壓波動(dòng)、頻率偏差等電力 參數(shù)和設(shè)置越限參數(shù)，通過(guò)存儲(chǔ)模塊和顯示模塊分別存儲(chǔ)、顯示電力參數(shù)和越限記錄，通過(guò) 通訊模塊傳輸電力參數(shù)和越限記錄，使得用戶能全面了解用電情況并根據(jù)用電參數(shù)來(lái)調(diào)整用電設(shè)備的使用以提高用電質(zhì)量、延長(zhǎng)電氣設(shè)備的使用壽命、達(dá)到節(jié)能目標(biāo)，發(fā)現(xiàn)潛在故障 并避免故障發(fā)生；通過(guò)設(shè)置繼電器輸出模塊，以根據(jù)越限情況來(lái)主動(dòng)保護(hù)三相電路。本實(shí)用 新型的通訊模塊包括多種通訊方式，具體包括與所述MCU單元連接的RS485通訊模塊、以太 網(wǎng)通訊模塊、GPRS通訊模塊及USB通訊模塊，使得本儀器功能多樣化，以滿足各用戶、工作 環(huán)境的需求。
圖1為本實(shí)用新型的工作電路功能模塊圖；圖2為本實(shí)用新型的工作電路原理圖。
具體實(shí)施方式
如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型綜合電力監(jiān)控分析儀包括MCU單元1、三相電流采 集模塊2、三相電壓采集模塊3、顯示模塊4、存儲(chǔ)模塊、RS485通訊模塊6、以太網(wǎng)通訊模塊 7>GPRS通訊模塊8、USB通訊模塊9、按鍵模塊11、指示燈模塊12及繼電器輸出模塊13 ；其 中，三相電流采集模塊2和三相電壓采集模塊3都為6通道、12bit高精度的ADC (數(shù)模轉(zhuǎn)換 器)，能滿足0. 2級(jí)計(jì)量精度；所述存儲(chǔ)模塊包括鐵電存儲(chǔ)器5及實(shí)時(shí)存儲(chǔ)模塊10 ；MCU單 元1通過(guò)自帶的DMA控制器(Direct Memory Access，直接存儲(chǔ)器訪問(wèn))連接三相電流采集 模塊2和三相電壓采集模塊3 ；MCU單元1通過(guò)URAT接口連接顯示模塊4和RS485通訊模 塊6，通過(guò)SPI通訊方式與鐵電存儲(chǔ)器5和以太網(wǎng)通訊模塊7交換數(shù)據(jù)，通過(guò)模擬串口連接 GPRS通訊模塊8，通過(guò)I2C總線與實(shí)時(shí)存儲(chǔ)模塊10連接，通過(guò)DO 口(DO 開關(guān)量信號(hào)輸出) 連接繼電器輸出模塊13 ；實(shí)時(shí)存儲(chǔ)模塊10由一塊FLASH存儲(chǔ)器或EEPR0M(電可擦可編程 只讀存儲(chǔ)器)和實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC構(gòu)成；繼電器輸出模塊13包括多個(gè)與DO 口連接的繼電器。本實(shí)用新型綜合電力監(jiān)控分析儀的工作原理及過(guò)程通過(guò)三相電流采集模塊2和三相電壓采集模塊3對(duì)當(dāng)前三相電流、三相電壓進(jìn)行 實(shí)時(shí)采樣，采樣后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)送入MCU單元1，MCU單元1采用直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)DMA控制器 來(lái)處理接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)(Direct MemoryAccess, DMA)是在外設(shè)和RAM中緩 沖區(qū)或存儲(chǔ)在RAM中的變量間復(fù)制數(shù)據(jù)的非常高效的機(jī)制，它極少需要MCU單元1干預(yù)，及 DMA控制器使用專用的總線傳輸數(shù)據(jù)，因此，MCU單元1能夠很迅速地接收數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；MCU單 元1對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理后通過(guò)顯示模塊以波形圖實(shí)時(shí)顯示或以電壓電流的相位矢量圖 顯示，使得用戶對(duì)自身的用電環(huán)境有個(gè)更直觀的認(rèn)識(shí)和方便用戶做接線檢查，從而極大的 提高了維護(hù)的方便性、節(jié)省維護(hù)成本。MCU單元1內(nèi)設(shè)相關(guān)軟件，對(duì)數(shù)據(jù)數(shù)字進(jìn)行計(jì)算分析，從而計(jì)算出各種諧波參數(shù)、 電壓偏差、電壓波動(dòng)、頻率偏差等電力參數(shù)，這些算法對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，是熟知的； 其中，本實(shí)用新型提供電壓、電流諧波分量達(dá)63次，并分別統(tǒng)計(jì)出三相電壓、電流總諧波畸 變率(THD)、奇次諧波畸變率(THD Odd)、偶次諧波畸變率(THD Even)，通過(guò)顯示模塊4采用 各次諧波分量與基波比值的表達(dá)方式描繪前31次諧波分量的柱狀圖，并顯示奇次/偶次/ 總電壓諧波畸變率。本實(shí)用新型還針對(duì)各電力參數(shù)設(shè)定越限參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)出現(xiàn)越限情況進(jìn) 行記錄和提示；當(dāng)電壓偏差值越限，本實(shí)用新型會(huì)自動(dòng)保存該電壓偏差及產(chǎn)生該電壓的日 期，時(shí)間和穩(wěn)定在該電壓運(yùn)行的持續(xù)時(shí)間；如果當(dāng)前頻率超過(guò)頻率偏差允許值，本實(shí)用新型 會(huì)自動(dòng)保存該頻率偏差及產(chǎn)生該頻率的日期，時(shí)間和穩(wěn)定在該頻率運(yùn)行的持續(xù)時(shí)間。本實(shí) 用新型還提供故障錄波功能，就是當(dāng)電網(wǎng)遇到?jīng)_擊負(fù)荷投切或其他干擾導(dǎo)致電壓或電流產(chǎn)生很大波動(dòng)時(shí)將該相電壓或電流波形保存下來(lái)，主要包括電壓的上沖/下陷，電壓短時(shí)中 斷的電壓、電流波形等。本實(shí)用新型還提供對(duì)平均電流，總有功功率，總無(wú)功功率，總視在功 率的需量統(tǒng)計(jì)。對(duì)于以上數(shù)據(jù)，本實(shí)用新型將其存儲(chǔ)到鐵電存儲(chǔ)器5及實(shí)時(shí)存儲(chǔ)模塊10。本實(shí)用新型綜合電力監(jiān)控分析儀能以多種方式傳輸和告示各種數(shù)據(jù)(包括越限 記錄)。所述RS485通訊模塊6，與MCU單元1連接，一般情況下，主要是以這種方式給上位 機(jī)上傳數(shù)據(jù)。所述以太網(wǎng)通訊模塊7，與MCU單元1連接，當(dāng)數(shù)據(jù)量傳輸量比較大時(shí)，比如一 些數(shù)據(jù)記錄、故障錄波數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量分析數(shù)據(jù)等等，必須采用傳輸速率快的以太網(wǎng)通訊模 塊7來(lái)上傳數(shù)據(jù)，且以太網(wǎng)通訊模塊7的響應(yīng)速度快，可以滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控的需求。所述GPRS 通訊模塊8，與MCU單元1連接，以無(wú)線通訊方式傳輸數(shù)據(jù)，可以滿足遠(yuǎn)距離的監(jiān)控。所述 USB通訊模塊9，與MCU單元1連接，以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)讀取數(shù)據(jù)，可以解決布線困難等?，F(xiàn)場(chǎng)的顯示模塊或通訊模塊的傳輸及時(shí)告知用戶用電質(zhì)量，可以方便用戶及時(shí)地 調(diào)整用電情況，包括通過(guò)無(wú)功補(bǔ)償來(lái)提高功率因數(shù)和降低有功損耗、用電設(shè)備的使用時(shí)間 及消除潛在故障，從而達(dá)到節(jié)能、提高管理水平及與用電質(zhì)量。除了上傳越限情況，本實(shí)用新型綜合電力監(jiān)控分析儀還具有主動(dòng)保護(hù)功能，所述 繼電器輸出模塊13與MCU單元1的DO 口(DO 開關(guān)量信號(hào)輸出)連接，當(dāng)出現(xiàn)越限情況， MCU單元1給所述繼電器輸出模塊13—個(gè)信號(hào)，繼電器輸出模塊13中的相關(guān)繼電器就會(huì)啟 動(dòng)，斷開相關(guān)設(shè)備或回路，達(dá)到主動(dòng)保護(hù)電路目的。所述指示燈模塊12，與MCU單元1連接，以顯示一些模塊的正常工作與否，便于維 護(hù)設(shè)備。用戶可以通過(guò)按鍵模塊11查詢存儲(chǔ)模塊中的數(shù)據(jù)。本實(shí)用新型不局限于上述實(shí)施例，基于上述實(shí)施例的、未做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的簡(jiǎn)單 替換，應(yīng)當(dāng)屬于本實(shí)用新型揭露的范圍。
權(quán)利要求一種綜合電力監(jiān)控分析儀，其特征在于，包括三相電流采集模塊和三相電壓采集模塊，用以對(duì)三相電進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并轉(zhuǎn)成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；MCU單元，其接收所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，計(jì)算出電力參數(shù)并分析，及控制其他模塊工作，所述電力參數(shù)為各種諧波參數(shù)、電壓偏差、電壓波動(dòng)、頻率偏差；顯示模塊，其與所述MCU單元連接，以顯示所述電力參數(shù)；存儲(chǔ)模塊，其與所述MCU單元連接，以存儲(chǔ)所述電力參數(shù)；按鍵模塊，其與所述MCU單元連接，以查詢所述電力參數(shù)；通訊模塊，其與所述MCU單元連接，用以傳輸所述電力參數(shù)；及繼電器輸出模塊，其包括多個(gè)與所述MCU單元連接的繼電器，用以主動(dòng)保護(hù)電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合電力監(jiān)控分析儀，其特征在于，所述通訊模塊包括與所 述MCU單元連接的RS485通訊模塊、以太網(wǎng)通訊模塊、GPRS通訊模塊及USB通訊模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合電力監(jiān)控分析儀，其特征在于，所述存儲(chǔ)模塊包括鐵電 存儲(chǔ)模塊和實(shí)時(shí)存儲(chǔ)模塊，所述實(shí)時(shí)存儲(chǔ)模塊由實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC和FLASH存儲(chǔ)器或EEPR0M構(gòu) 成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合電力監(jiān)控分析儀，其特征在于，還包括與所述MCU單元連 接的指示燈模塊。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種綜合電力監(jiān)控分析儀，包括三相電流采集模塊和三相電壓采集模塊，用以對(duì)三相電進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并轉(zhuǎn)成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；MCU單元，其接收所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，計(jì)算出各種諧波參數(shù)、電壓偏差、電壓波動(dòng)、頻率偏差等電力參數(shù)并分析，及控制其他模塊工作；顯示模塊，用以顯示所述電力參數(shù)；存儲(chǔ)模塊，用以存儲(chǔ)所述電力參數(shù)；按鍵模塊，用以查詢所述電力參數(shù)；通訊模塊，用以傳輸所述電力參數(shù)；及繼電器輸出模塊，其包括多個(gè)與所述MCU單元連接的繼電器，用以主動(dòng)保護(hù)電路。本實(shí)用新型能夠綜合地分析用電質(zhì)量，并以現(xiàn)場(chǎng)的顯示或長(zhǎng)距離地傳輸電力參數(shù)，便于人們進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整；本實(shí)用新型通過(guò)繼電器輸出模塊到達(dá)主動(dòng)保護(hù)回路的目的。
文檔編號(hào)H02J13/00GK201758306SQ20092029620
公開日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者朱家祿, 楊敬敢, 熊慶生, 黃沛明 申請(qǐng)人:珠海派諾電子有限公司