專利名稱：電能質量在線監測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力系統的電能質量監測裝置，特別是涉及ー種電能質量在線監測裝置。
背景技術：
在全社會倡導“節能減排”的形勢下，節電和電能質量已成為電カ部門及廣大用戶日益關注的問題，對用電量及電能質量的在線監測和分 析是電能監測管理系統的重要手段，具有重要的現實意義。現有的電能質量在線監測設備主要針對穩態指標進行監側，系統的實時性、穩定性難以保證，智能化和網絡化水平也不高。主要有以下不足①實時性差，時頻分析手段落后，不具備對瞬時擾動和暫態諧波的跟蹤和捕獲能力；②遠程通信能力有限，不易實現遠程監控、數據共享和長期評估及預測對干擾的分類和故障的辨識能力有限，不具備智能分析功能，不能提供給用戶可直接用于決策的信息；④現場裝置不具備實時數據處理、分析能力，大量未經處理的數據都通過網絡通訊上傳，容易造成通訊中斷和數據丟失。

實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種電能質量在線監測裝置，能就地、實時、準確、快速的對電能數據進行采集、計算、分析和傳輸，能通過無線傳輸的方式實現遠程監控，不需要布置通訊電纜，能節約成本。為解決上述技術問題，本實用新型提供的電能質量在線監測裝置包括信號處理模塊、A/D (模擬/數字)轉換模塊、DSP (數字信號處理)計算模塊、ARM管理模塊、人機交互模塊、無線通訊模塊和存儲模塊。所述信號處理模塊的輸入端連接三相電壓和電流信號，所述信號處理模塊的輸出端和所述A/D轉換模塊的輸入端連接，所述A/D轉換模塊的輸出端和所述DSP計算模塊的輸入端連接，所述DSP計算模塊的輸出端和所述ARM管理模塊的輸入端連接；ARM管理模塊分別和所述人機交互模塊、所述無線通訊模塊和所述存儲模塊連接。進ー步的改進是，所述信號處理模塊包括電流型電壓互感器和電流互感器、以及ニ階低通濾波器。進ー步的改進是，所述A/D轉換模塊采用MAX125芯片。進ー步的改進是，所述DSP計算模塊采用TMS320LF2407芯片。進ー步的改進是，所述ARM管理模塊采用S3C2410芯片。進ー步的改進是，所述人機交互模塊包括鍵盤和液晶顯示器。進ー步的改進是，所述鍵盤由6個鍵組成，分別為復位、返回、上移、下移、取消和確定鍵；所述液晶顯示器為640X480的TFT液晶屏。進ー步的改進是，所述無線通訊模塊采用PTR8000模塊。進ー步的改進是，所述存儲模塊采用32G的SD卡。[0015]本實用新型是基于物聯網無線傳輸技術，采用數字信號處理能力極高的DSP和嵌入式ARM系統，能保證電能數據的實時、準確、快速的采集、計算、分析和傳輸。能通過無線傳輸的方式實現遠程監控。本實用新型能廣泛用于公共供電點電能質量的連續監測和多點監測組成區域電能質量監測網，能連續監測公共點的電量、電壓偏差、頻率偏差、諧波、三相電壓不平衡度、有功功率、無功功率、功率因素以及用戶注入電網的諧波電流和負序電流，就地、實時地進行數據處理和分析，具有電能質量指標超限報警、數據錄取和電能質量故障分析預報等功能，能通過無線傳輸到電能管理中心，進行統一分析和管理。本實用新型不需要布置通訊電纜或光纜、能使系統布設簡單、減少工作量、節省人
力物力，能夠節約成本、能提高測量效率和測量精度、能實現長距離的無線測量且具有互操作性、尤其適合對現有大樓的電能管理改造工程。
以下結合附圖
和具體實施方式
對本實用新型作進ー步詳細的說明圖I是本實用新型實施例的結構框圖。
具體實施方式
如圖I所示，是本實用新型實施例的結構框圖。本實用新型實施例電能質量在線監測裝置包括信號處理模塊1、A/D轉換模塊2、DSP計算模塊3、ARM管理模塊4、人機交互模塊5、無線通訊模塊6和存儲模塊7。所述信號處理模塊I的輸入端連接三相電壓和三相電流信號，所述三相電壓和電流信號都是以模擬量輸入的。所述信號處理模塊I的輸出端和所述A/D轉換模塊2的輸入端連接，所述A/D轉換模塊2的輸出端和所述DSP計算模塊3的輸入端連接，所述DSP計算模塊3的輸出端和所述ARM管理模塊4的輸入端連接；ARM管理模塊4分別和所述人機交互模塊5、所述無線通訊模塊6和所述存儲模塊7連接。本實用新型實施例的工作過程為實時的三相電壓和電流信號經過所述信號處理模塊I的電壓互感器(PT)和電流互感器(CT)的轉換，成為可處理的低電平信號。經過預處理電路即ニ階低通濾波器，預處理電路主要完成對信號的濾波，濾除測量要求之外的高次諧波。電壓和電流互感器采集進來的信號還必須經過抗混疊濾波器，濾掉50次以上的諧波。然后在信號采集電路即A/D轉換模塊中對信號進行多路同步采樣，并通過集成在A/D轉換模塊中的通信単元送給所述DSP計算模塊3進行數據處理，得出電能質量參數。然后將處理過的數據提供給所述ARM管理模塊4，所述ARM管理模塊4利用這些數據進行顯示、存儲和通信等。所述信號處理模塊I包括電流型電壓互感器和電流互感器、以及ニ階低通濾波器。分別用電流型電壓互感器和電流互感器獲取電壓和電流信號。采用ニ階低通濾波器對采集進來的電壓和電流信號進行抗混疊濾波，濾掉50次以上的諧波。經過濾波的信號經過A/D轉換模塊中的采樣保持器，將時間連續信號轉換為一連串時間不連續的脈沖信號。為了保證采樣的同步性，本發明實施例中還采用頻率跟蹤和倍頻鎖相技木。所述A/D轉換模塊2實現模擬信號向數字信號的轉換。所述A/D轉換模塊2中的核心器件是AD轉換芯片；如果模數轉換的位數低時，將引起較大的測量誤差，因此本實用新型中的AD轉換芯片采用MAX頂公司的MAX125，其轉換位數為14位，量化誤差為O. 008%，滿足本實用新型最高精度等級為O. I級的要求。MAX125是ー種高速、8通道、，14位的數據采集系統芯片。它內設采樣/保持器，精度達14位，單通道最快轉換時間為3 μ s，逐次逼近式模擬數字轉換器(ADC)，ー個+2. 5V電壓基準，一個經過緩沖的電壓基準輸入端。ΜΑΧ125采用雙極性供電，轉換器的最高輸入過電壓高達士 17V，而且任意一個通道的損壞不會影響整個芯片的正常工作。ΜΑΧ125的輸入電壓范圍為士 5V。它有4個同時采樣的采樣/保持(T/Η)器，每個T/Η器對應ー個兩路復用的輸入端，所以最多允許8路輸入。所述DSP計算模塊3負責讀取ΜΑΧ125采樣來的數據，進行計算，計算分析主要是完成對采樣數據的分類計算，包括電壓電流有效值的計算、有功和無功功率計算、電壓偏差 計算、三相不平衡度計算、諧波計算和各相電壓電流諧波畸變率計算，將計算結果與國家標準進行比較，最后將實時數據和計算結果傳遞給ARM。本實用新型的所述DSP計算模塊3采用TI公司的TMS320LF2407，具有如下特點①采用高性能靜態CMOS技術，使得供電電壓降為3. 3V，減小了控制器的功耗；最高40MIPS (毎秒百萬條指令)的執行速度使得指令周期縮短為25ns，從而提高了控制器的實時控制能力。②內核為16位的處理器，采用改進的哈佛結構，程序存儲器和數據存儲器具有各自的總線結構，系統地址空間分為程序地址空間、數據地址空間和外部I/o地址空間，三個空間可獨立尋址，尋址能力分別達到64KB。具有4級流水線操作方式，取指令、指令譯碼、取操作數和執行指令這四個階段是獨立的，在任意給定的指令周期里，DSP可能同時執行4條指令的四個不同階段。③片內有高達32KB的FLASH程序存儲器，I. 5KB的數據/程序RAM，5KB雙ロ RAM和2KB的單ロ RAM。④32位的中央算術邏輯單元(CALU)及32位的累加器，用于CALU的輸入與輸出數據比例移位器和16位X16位乘法器及乘積比例移位器。⑤16位的串行外圍(SPI)接ロ、串行通信(SCI)接ロ、控制器局域網絡(CAN)控制器接ロ。⑥40個可單獨編程或復用的通用輸入輸出接ロ，5個外部中斷源。⑦利用片內32KB的片內FLASH，無需再擴展程序存儲器，同時DSP高達40MHz的運行頻率足以滿足系統的速度要求。40個可單獨編程或復用的通用輸入輸出接ロ提供了足夠的I/O資源，不必額外擴展I/O。控制器局域網絡(CAN)接ロ現場抗干擾能力強，便于擴展到エ業控制領域。所述ARM管理模塊4負責通信管理、人機界面、本地存儲等功能。本實用新型的所述ARM管理模塊4選用SAMSUNG公司的S3C2410型ARM芯片，采用了由ARM公司設計的16/32位ARM920TRISC處理器，因此S3C2410實現了 MMU和獨立的16KB指令和16KB數據哈佛結構的緩存，且每個緩存均為8個字節長度的流水線。S3C2410芯片的低功耗、精簡而出色的全靜態設計特別適合于對成本和功耗敏感的領域。所述人機交互模塊5包括鍵盤和液晶顯示器。所述鍵盤由6個鍵組成，分別是復位、返回、上移、下移、取消、確定。[0037]所述液晶顯示器選用640X480的TFT液晶屏，通過與IXD的菜單配合進行相應的操作；液晶顯示直接查詢監測記錄的各項電能質量指標數據，主要顯示的內容包括:①實時的電流、電壓波形。②含有2-50次諧波的電流和電壓頻譜。③電能質量基本信息顯示界面，主要顯示三相線電壓、有功功率、視在功率、功率因數、電壓偏差、正序電壓、負序電壓、正序電流、負序電流、以及電壓電流不平衡度。④裝置參數顯示界面，主要顯示裝置運行額定電壓、額定電流、CT變比、PT變比、通訊速率及裝置地址信息。所述存儲模塊7用于就地存儲實時監測和計算的數據，以保證當通訊因故障臨時中斷吋，不會丟失數據。本實用新型的所述存儲模塊7選用32GB的SD卡作為存儲器，它是ー種大容量、性價比高、體積小、訪問接ロ簡單的存儲卡。所述無線通訊模塊6用于數據無線收發，即無線接收和發射數據。所述無線通訊模塊6根據一定的通訊規則對數據進行編碼解碼，提供相應的接ロ與所述ARM管理模塊4的微控制単元(MCU)進行數據交換。并實現上位機和所述無線通訊模塊6的通信和數據傳輸。所述無線通訊模塊6包括無線接ロ、數據接收模塊、數據發送模塊、數據編碼模塊、數據解碼模塊和SPI接ロ，所述無線通訊模塊6通過SPI接口和所述微控制単元相連，所述無線通訊模塊6的發射功率最高值大于+20dBm，所述無線通訊模塊6的室內通信距離的最大值為60米 150米、室外通信距離的最大值為200米 400米。在考慮低功耗的基礎上，本發明實施例的所述無線通訊模塊6選用高傳輸速率的PTR8000模塊。該PTR8000模塊內核使用nRF905，硬件電路己經焊好，使用起來較方便。該PTR8000模塊的發射功率最高+20dBm，室內通信60米 150米，室外通信200米 400米。在硬件設計時把MCU的SPI接口和nRF905的SPI接ロ相連即可，另外還可以再選幾個I/O ロ連接nRF905的輸入輸出信號。以上通過具體實施例對本實用新型進行了詳細的說明，但這些并非構成對本實用新型的限制。在不脫離本實用新型原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，這些也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種電能質量在線監測裝置，其特征在于，包括信號處理模塊、A/D轉換模塊、DSP計算模塊、ARM管理模塊、人機交互模塊、無線通訊模塊和存儲模塊； 所述信號處理模塊的輸入端連接三相電壓和電流信號，所述信號處理模塊的輸出端和所述A/D轉換模塊的輸入端連接，所述A/D轉換模塊的輸出端和所述DSP計算模塊的輸入端連接，所述DSP計算模塊的輸出端和所述ARM管理模塊的輸入端連接；ARM管理模塊分別和所述人機交互模塊、所述無線通訊模塊和所述存儲模塊連接。
2.如權利要求I所述電能質量在線監測裝置，其特征在于所述信號處理模塊包括電流型電壓互感器和電流互感器、以及ニ階低通濾波器。
3.如權利要求I所述電能質量在線監測裝置，其特征在于所述A/D轉換模塊采用MAX125 芯片。
4.如權利要求I所述電能質量在線監測裝置，其特征在于所述DSP計算模塊采用TMS320LF2407 芯片。
5.如權利要求I所述電能質量在線監測裝置，其特征在于所述ARM管理模塊采用S3C2410 芯片。
6.如權利要求I所述電能質量在線監測裝置，其特征在于所述人機交互模塊包括鍵盤和液晶顯示器。
7.如權利要求6所述電能質量在線監測裝置，其特征在于所述鍵盤由6個鍵組成，分別為復位、返回、上移、下移、取消和確定鍵；所述液晶顯示器為640X480的TFT液晶屏。
8.如權利要求I所述電能質量在線監測裝置，其特征在于所述無線通訊模塊采用PTR8000 模塊。
9.如權利要求I所述電能質量在線監測裝置，其特征在于所述存儲模塊采用32G的SD卡。
專利摘要本實用新型公開了一種電能質量在線監測裝置，包括依次連接的信號處理模塊、A/D轉換模塊、DSP計算模塊、ARM管理模塊，以及分別和ARM管理模塊連接的人機交互模塊、無線通訊模塊和存儲模塊。本實用新型能就地、實時、準確、快速的對電能數據進行采集、計算、分析和傳輸，能通過無線傳輸的方式實現遠程監控，不需要布置通訊電纜，能節約成本。
文檔編號H02J13/00GK202424310SQ20112050169
公開日2012年9月5日 申請日期2011年12月6日 優先權日2011年12月6日
發明者柳松 申請人:上海朗之德能源科技有限公司