專利名稱：電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電能質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)，特別是用于電力系統(tǒng)及電力用戶配電網(wǎng)的電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置。
另外，現(xiàn)有裝置均未采用面向?qū)ο蟮目刂品绞?即一對(duì)一監(jiān)控)，采用多路監(jiān)控出現(xiàn)的問(wèn)題是任何一路的故障均有可能影響到其它回路的監(jiān)控，任何一個(gè)元件的故障都將威脅整臺(tái)裝置的安全運(yùn)行，不能適應(yīng)電力系統(tǒng)要求的高可靠性穩(wěn)定性要求，也難以適應(yīng)把事故縮小到最小范圍的要求。
本實(shí)用新型的電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置，其特征在于包括三相電流電壓采樣電路、兩個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP1、DSP2)、雙端口RAM、A/D變換器、I/O控制器、程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、通訊控制單元、FLASH存儲(chǔ)器、顯示器以及鍵盤，A/D變換器連接于采樣電路和DSP1之間，雙端口RAM通過(guò)總線連接于DSP1和DSP2之間，程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O控制器以及通訊控制單元均通過(guò)總線與DSP2連接，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器、顯示器和鍵盤均連接于I/O控制器的相應(yīng)端口。
其中，DSP1根據(jù)A/D變換的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算信號(hào)頻率，用FFT算法計(jì)算三相電壓、電流信號(hào)的1～25次分量的幅值和相位，并將此信號(hào)通過(guò)雙端口RAM傳輸給DSP2，由DSP2完成采樣數(shù)據(jù)的進(jìn)一步計(jì)算分析，同時(shí)完成數(shù)據(jù)的就地存儲(chǔ)、比較、通訊、實(shí)時(shí)顯示以及系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置等。
本電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置采用雙數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)、雙端口RAM、就地大容量FLASH、大屏幕液晶顯示等先進(jìn)技術(shù)。在電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中，首次采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)完成FFT運(yùn)算，進(jìn)而對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的分析跟蹤。技術(shù)構(gòu)思新穎，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠，信息處理速度、控制精度較現(xiàn)有技術(shù)大大提高。
本電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置能實(shí)時(shí)顯示三相基波電壓、電流、頻率偏差，三相2～25次諧波電壓、電流、功率，負(fù)序電壓、電流，三相不平衡度，電壓偏差，功率因數(shù)，電壓波動(dòng)閃變等電能質(zhì)量參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示波形、頻譜曲線等電能參數(shù)。
本實(shí)用新型配備有通訊控制接口，采用若干在線監(jiān)控裝置通過(guò)網(wǎng)線可與服務(wù)器組成實(shí)時(shí)在線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量參數(shù)的綜合分析處理和多用戶共響。


圖1為本電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置的原理框圖；圖2為圖1的PQM-1電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置實(shí)施電路圖；圖3為其數(shù)據(jù)采集程序流程圖；圖4為其主控制程序流程圖；圖5為采用若干本裝置與服務(wù)器組成的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)示意圖。
三相電壓、電流信號(hào)，從配置于電力系統(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。變換器(2)由信號(hào)變換器和前端信號(hào)濾波電路組成，將來(lái)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，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DSP1，6路同時(shí)采樣特性的選用保證了U、I信號(hào)的真正同時(shí)性，采樣速率可高達(dá)64K。
數(shù)字信號(hào)處理器DSP1(4)采用最新數(shù)字化信號(hào)處理技術(shù)的高性能DSP芯片(DSP 320F206)，該技術(shù)有別于普通的科學(xué)計(jì)算與分析，DSP主要強(qiáng)調(diào)運(yùn)算處理的實(shí)時(shí)性，DSP與MPU(通用微處理器)、MCU(微控制器)的主要區(qū)別在于DSP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；MPU大量應(yīng)用于計(jì)算機(jī)，MCU則適應(yīng)于以控制為主的處理過(guò)程。
PQM系統(tǒng)應(yīng)用DSP實(shí)現(xiàn)FFT算法，從而確定信號(hào)頻率、三相電壓電流的2～25次諧波數(shù)值，其速度不僅是MPU的4-10倍，而且可以流水無(wú)間斷地完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)輸入/出。DSP技術(shù)結(jié)合FFT算法在此領(lǐng)域的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外尚屬首次，主要將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT實(shí)時(shí)變換以形成后續(xù)電路所需數(shù)據(jù)。
雙端口RAM(5)主要完成將數(shù)據(jù)從DSP1高速互不干擾地搬移到DSP2以便進(jìn)行進(jìn)一步后續(xù)處理。雙端口RAM可選用DUAL-PORT-SRAM(2K*16bit)電路，雙端口RAM的應(yīng)用確保了數(shù)據(jù)能夠高速、同時(shí)、互不干擾地傳遞，實(shí)時(shí)性好，而且便于實(shí)現(xiàn)。比較而言，不采用雙端口RAM的電路不僅復(fù)雜(需用其它元件組合實(shí)現(xiàn))，而且實(shí)時(shí)性差，容易發(fā)生數(shù)據(jù)傳遞沖突、出錯(cuò)。
DSP2(6)將DSP1經(jīng)FFT后的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析并判斷是否超標(biāo)，完成就地大屏幕液晶顯示、就地大容量FLASH存貯，同時(shí)完成數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)方傳輸控制等功能。DSP2芯片也可采用DSP 320F206電路等。
FLASH存儲(chǔ)器(7)就地大容量FLASH主要完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的當(dāng)?shù)卮娣?。該?xiàng)技術(shù)的應(yīng)用確保了該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方法的真正實(shí)用，從而不必采用龐大的工控機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存放，同時(shí)大大減少裝置的外形尺寸。
液晶顯示(8)能夠就地大屏幕液晶顯示，完成對(duì)上述各種電能質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)及實(shí)時(shí)波形、頻譜的當(dāng)?shù)仫@示，便于現(xiàn)場(chǎng)分析觀察，又確保了該裝置能夠不組網(wǎng)而單獨(dú)運(yùn)行。
監(jiān)控裝置的核心部分(11)，采用最新數(shù)字化技術(shù)，形成雙端口RAM+雙DSP、配合就地大容量FLASH及大屏幕液晶顯示的全新硬件結(jié)構(gòu)，一個(gè)DSP主要完成FFT，另一個(gè)DSP完成數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析處理、存貯、顯示、遠(yuǎn)傳功能，互不干擾，高效、實(shí)時(shí)、簡(jiǎn)單、實(shí)用、方便，充分利用了當(dāng)今數(shù)字化處理的最新技術(shù)。
以下結(jié)合流程圖3、4詳細(xì)描述監(jiān)控裝置的工作過(guò)程。
采樣電路將高電壓、大電流信號(hào)經(jīng)過(guò)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(guò)由差分電路與濾波電路組成的信號(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抑制比。
高性能DSP1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FFT算法計(jì)算三相電壓、電流信號(hào)的1～25次分量的幅值和相位(每周波采樣128點(diǎn)，采樣頻率6400HZ)，并將此信號(hào)通過(guò)2K*16bit的雙端口RAM傳輸給第二個(gè)DSP2進(jìn)一步分析處理，雙端口RAM的采用，確保了信號(hào)高速、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、無(wú)誤的傳遞；DSP2主要完成采樣數(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，各次諧波的有功無(wú)功功率，總的有功、無(wú)功功率，功率因數(shù)，線電壓，電壓偏差，電壓不平衡度，負(fù)序電壓電流、電壓波動(dòng)閃變)，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。
128Mbit大容量FLASH主要完成實(shí)時(shí)記錄、報(bào)警數(shù)據(jù)的就地存儲(chǔ)；利用單元面板自帶的軟觸摸按鍵，能夠很方便地實(shí)現(xiàn)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、各種電能質(zhì)量參數(shù)的報(bào)警限值等參數(shù))的設(shè)置整定，并將此類信息參數(shù)存貯在高速的small sector FLASH中。
面板配置的大容量就地液晶實(shí)時(shí)顯示包括三相基波電壓、電流、頻率偏差，三相2～25次諧波電壓、電流、功率，負(fù)序電壓、電流，頻率，三相不平衡度，電壓偏差，功率因數(shù)，電壓波動(dòng)閃變等電能質(zhì)量參數(shù)，同時(shí)顯示三相電壓電流實(shí)時(shí)波形、2～25次諧波電壓、電流、功率頻譜曲線等。通訊控制回路完成各種控制命令及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸。
控制主程序(圖4)主要執(zhí)行如下操作初始化，根據(jù)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)命令設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)；根據(jù)讀取系統(tǒng)參數(shù)命令，讀取已經(jīng)更新后的DARAM中的數(shù)據(jù)，分析處理報(bào)警信號(hào)；接著運(yùn)行通訊控制模塊，處理與I/O口有關(guān)通訊命令；然后根據(jù)當(dāng)前顯示界面跳轉(zhuǎn)到需要的監(jiān)控界面，顯示相應(yīng)的參數(shù)；最后處理與I/O口有關(guān)通訊命令，刷新LCD顯示器返回，完成一次循環(huán)。本實(shí)施例的監(jiān)控界面包括主界面實(shí)時(shí)波形顯示、諧波綜合數(shù)據(jù)顯示、電壓諧波頻譜顯示、電流諧波頻譜顯示、有功功率諧波頻譜顯示、無(wú)功功率諧波頻譜顯示、其它電能質(zhì)量參數(shù)顯示等。
本實(shí)用新型能夠安裝于電力系統(tǒng)或用戶配電網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，也可用來(lái)組網(wǎng)。圖5為采用若干本裝置與服務(wù)器組成的電能質(zhì)量實(shí)時(shí)在線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)示意圖。該系統(tǒng)主要由若干PQM-1就地監(jiān)控裝置(或單元)和至少一個(gè)遠(yuǎn)方主服務(wù)器(多用戶)通過(guò)電話線(或光纖)組成。
其中各PQM-1就地監(jiān)控單元(裝置)主要實(shí)現(xiàn)在當(dāng)?shù)赝瓿砂ㄈ嗷妷?、電流、頻率偏差，三相2～25次諧波電壓、電流、功率，負(fù)序電壓、電流，頻率，三相不平衡度，電壓偏差，功率因數(shù)，電壓波動(dòng)閃變等電能質(zhì)量參數(shù)的采集、實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)顯示以及就地存儲(chǔ)功能。PQM-1就地監(jiān)控裝置也能夠?qū)崿F(xiàn)就地實(shí)時(shí)顯示三相電壓電流實(shí)時(shí)波形、2～25次諧波電壓、電流、功率頻譜曲線等，并完成所有實(shí)時(shí)參數(shù)的遠(yuǎn)方傳輸，接受遠(yuǎn)方發(fā)布的指令。
光纖、電話線及Morden，用于為數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸提供通道。通訊接口可在RS485與RS232之間任意切換，電話線傳輸速率為38.4K，光纖傳輸速率為115.2K，既可直接與PC機(jī)通訊，也可通過(guò)光纖和電話線與遠(yuǎn)方的PC機(jī)進(jìn)行通訊。充分利用現(xiàn)有帶寬，在極小損失傳輸速度的情況下，有效地解決了沖突的發(fā)生，使一個(gè)監(jiān)控中心最多可同時(shí)控制安裝于同一變電站的99臺(tái)監(jiān)測(cè)裝置。
遠(yuǎn)方監(jiān)控中心服務(wù)器用于完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的接收、遠(yuǎn)方監(jiān)控，波形、記錄的顯示，以供進(jìn)一步根據(jù)電能質(zhì)量的五項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)報(bào)表及電能質(zhì)量動(dòng)態(tài)變化曲線，同時(shí)實(shí)時(shí)在線地顯示實(shí)時(shí)波形、各次諧波頻譜等圖形。
總之，本實(shí)用新型的監(jiān)控方案打破了傳統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的概念，形成了全方位的電能質(zhì)量信息監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了電能這一特殊商品的質(zhì)量參數(shù)之直觀描述和實(shí)時(shí)分析處理。
權(quán)利要求1.一種電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置，其特征在于包括三相電流電壓采樣電路、兩個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP1、DSP2)、雙端口RAM、A/D變換器、I/O控制器、程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、通訊控制單元、FLASH存儲(chǔ)器、顯示器以及鍵盤，A/D變換器連接于采樣電路和DSP1之間，雙端口RAM通過(guò)總線連接于DSP1和DSP2之間，程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O控制器以及通訊控制單元均通過(guò)總線與DSP2連接，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器、顯示器和鍵盤均連接于I/O控制器的相應(yīng)端口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置，其特征在于所述的顯示器采用液晶顯示器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置，其特征在于所述數(shù)字信號(hào)處理器(DSP1、DSP2)采用DSP 320F206芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置，其特征在于所述雙端口RAM選用DUAL-PORT-SRAM(2K*16bit)電路。
專利摘要一種電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置,其特征在于包括:三相電流電壓采樣電路、雙數(shù)字信號(hào)處理器(DSP1、DSP2)、雙端口RAM、A/D變換器、I/O控制器、存儲(chǔ)器、通訊控制單元、FLASH存儲(chǔ)器、顯示器以及鍵盤,A/D變換器連接于采樣電路和DSP1之間,雙端口RAM通過(guò)總線連接于DSP1和DSP2之間,程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、I/O控制器以及通訊控制單元均通過(guò)總線與DSP2連接,FLASH存儲(chǔ)器、顯示器和鍵盤均連接于I/O控制器的相應(yīng)端口。其采用雙DSP、雙端口RAM、大容量FLASH等先進(jìn)技術(shù),在電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中,首次采用DSP完成FFT運(yùn)算,進(jìn)而對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)分析跟蹤。技術(shù)構(gòu)思新穎,結(jié)構(gòu)緊湊,運(yùn)行可靠,信息處理速度、控制精度較現(xiàn)有技術(shù)大大提高。
文檔編號(hào)H02J13/00GK2513276SQ01257838
公開日2002年9月25日 申請(qǐng)日期2001年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月4日
發(fā)明者王海峰, 杜仁勛, 劉軍成, 王建強(qiáng) 申請(qǐng)人:深圳市領(lǐng)步科技有限公司