本實(shí)用新型涉及電氣信息技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

電能作為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、清潔方便且容易傳輸、控制和轉(zhuǎn)化的能源形式，已成為全世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人民生活的重要基礎(chǔ)。然而，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，一方面，由于電力電子設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，特別是各類沖擊性負(fù)荷和非線性負(fù)荷容量的不斷擴(kuò)展，同時(shí)分布式電源的接入給電網(wǎng)帶來了電壓波動(dòng)、高次諧波等問題，使得電網(wǎng)中的電能質(zhì)量問題日益復(fù)雜，嚴(yán)重威脅著電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行；另一方面，由于人們?cè)絹碓蕉嗟厥褂镁芎蛷?fù)雜的電子設(shè)備，電能質(zhì)量的要求也越來越高。因此，追求高質(zhì)量的電能已成為一種必然趨勢(shì)。因此，如何準(zhǔn)確、快速的實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，是本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，該電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置采用基于雙核DSP與FPGA協(xié)同處理，滿足電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)計(jì)算實(shí)時(shí)性好、速度快、精度高等要求，提高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的計(jì)算精度與速度。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，包括：依次連接的轉(zhuǎn)換電路、FPGA處理器、雙核DSP處理器、通信接口、上位機(jī)；其中，

所述轉(zhuǎn)換電路用于將采集到的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路；

所述雙核DSP處理器用于并行計(jì)算各類電能質(zhì)量參數(shù)得到電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

所述上位機(jī)用于接收所述電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

可選的，所述轉(zhuǎn)換電路包括依次連接的電信號(hào)變送電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片。

可選的，所述通信接口具體為以太網(wǎng)接口。

可選的，所述電信號(hào)變送電路與電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)母線上的電壓電流互感器二次側(cè)電連接，采集母線三相電壓與三相電流信號(hào)。

可選的，所述A/D轉(zhuǎn)換芯片具體為ADS8364芯片。

可選的，所述FPGA處理器具體為EP2C5型芯片。

可選的，所述雙核DSP處理器具體為DM3730高性能雙核DSP芯片。

可選的，該電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置還包括：

與所述上位機(jī)相連，根據(jù)所述電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警的報(bào)警器。

可選的，所述報(bào)警器為語音報(bào)警器。

本實(shí)用新型所提供的一種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，包括：依次連接的轉(zhuǎn)換電路、FPGA處理器、雙核DSP處理器、通信接口、上位機(jī)；其中，轉(zhuǎn)換電路用于將采集到的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換電路；雙核DSP處理器用于并行計(jì)算各類電能質(zhì)量參數(shù)得到電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；上位機(jī)用于接收所述電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

可見，該電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置采用基于雙核DSP與FPGA協(xié)同處理，主要完成對(duì)A/D的控制、數(shù)據(jù)的計(jì)算以及相應(yīng)的邏輯控制，并通過以太網(wǎng)接口完成數(shù)據(jù)的傳輸，由于雙核DSP能夠并行處理，因此可以滿足電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)計(jì)算實(shí)時(shí)性好、速度快、精度高等要求，提高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的計(jì)算精度與速度。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的一種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的另一種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的又一種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的核心是提供一種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，該電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置采用基于雙核DSP與FPGA協(xié)同處理，滿足電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)計(jì)算實(shí)時(shí)性好、速度快、精度高等要求，提高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的計(jì)算精度與速度。

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參考圖1，圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所提供的一種電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖；該電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置可以包括：依次連接的轉(zhuǎn)換電路100、FPGA處理器200、雙核DSP處理器300、通信接口400、上位機(jī)500；其中，

所述轉(zhuǎn)換電路100用于將采集到的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；其中，這里的電信號(hào)可以包括電壓信號(hào)和電流信號(hào)。該轉(zhuǎn)換電路100的主要作用是將采集到的模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)化成為電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置中處理器可以進(jìn)行計(jì)算使用的數(shù)字信號(hào)。以便于后續(xù)處理器根據(jù)采集到的信息對(duì)電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。因此該轉(zhuǎn)換電路100對(duì)采集到的信號(hào)的處理準(zhǔn)確度直接影響到后續(xù)計(jì)算的參數(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性。因此，這里的轉(zhuǎn)換電路100可以包括具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的電路以及對(duì)信號(hào)處理的調(diào)理電路。具體的電路形式可以根據(jù)用戶的需要進(jìn)行功能增減。具體的，請(qǐng)參考圖2，轉(zhuǎn)換電路100可以包括依次連接的電信號(hào)變送電路110、信號(hào)調(diào)理電路120、A/D轉(zhuǎn)換芯片130。

具體的，電信號(hào)變送電路110及信號(hào)調(diào)理電路120的綜合作用是把輸入的模擬電壓、電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合A/D采樣的電信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換芯片130的作用是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

其中，所述電信號(hào)變送電路110與電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)母線上的電壓電流互感器二次側(cè)電連接，采集母線三相電壓與三相電流信號(hào)。這里的采集頻率可以由用戶進(jìn)行確定，一般為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量，這里的采集頻率可以是實(shí)時(shí)采集。即具體的，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置與電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)母線上的電壓電流互感器二次側(cè)電連接，實(shí)時(shí)采集母線三相電壓與三相電流信號(hào)。母線上的電壓電流互感器二次側(cè)信號(hào)經(jīng)過信號(hào)變送電路與信號(hào)調(diào)理電路后將轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合A/D轉(zhuǎn)換芯片130進(jìn)行A/D采樣的電信號(hào)(例如電壓信號(hào)通常為±5V電壓信號(hào))。

進(jìn)一步為了提高A/D轉(zhuǎn)換芯片130的采樣效率以及降低A/D轉(zhuǎn)換芯片130的功耗，可以選取市場(chǎng)上具有低功耗、高速率，采樣接口多的A/D轉(zhuǎn)換芯片?？蛇x的，所述A/D轉(zhuǎn)換芯片130具體為采用6通道同步采樣的16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8364，同時(shí)采集A、B、C三相電流及A、B、C三相電壓。以提高采樣速度，保證電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性。即A/D轉(zhuǎn)換芯片130可以采用TI公司的高速、低功耗、6通道同步采樣的16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADS8364。且ADS8364采用+5V工作電壓，具有80dB共模抑制能力的全差分輸入通道，6個(gè)模擬輸入通道可以同時(shí)并行采樣和轉(zhuǎn)換。

其中，F(xiàn)PGA處理器200(可以簡(jiǎn)稱為FPGA)用于控制信號(hào)采樣頻率，保證轉(zhuǎn)換能夠根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際頻率采集數(shù)據(jù)。即這里的FPGA需要滿足對(duì)頻率的靈活控制，以保證采樣數(shù)據(jù)的頻率可靠。優(yōu)選的，F(xiàn)PGA處理器200具體為EP2C5型芯片，該EP2C5型芯片是Altera公司生產(chǎn)的可以靈活地改變時(shí)鐘頻率，進(jìn)而改變系統(tǒng)的采樣頻率，所以ADS8364提供時(shí)鐘和復(fù)位信號(hào)，最高頻率為5MHz，其相應(yīng)采樣頻率為250kHz，從而實(shí)現(xiàn)FPGA控制A/D的采樣頻率(即信號(hào)采樣頻率)，保證A/D轉(zhuǎn)換能夠根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際頻率采集數(shù)據(jù)。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后的產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)，同時(shí)通過FPGA傳入雙核DSP處理器300中進(jìn)行電能質(zhì)量計(jì)算。

其中，這里的通信接口400主要負(fù)責(zé)雙核DSP處理器300與上位機(jī)500之間的通信，具體可以為以太網(wǎng)接口。

所述雙核DSP處理器300用于并行計(jì)算各類電能質(zhì)量參數(shù)得到電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；

具體的，由于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集要求采集數(shù)據(jù)量大，多路信號(hào)同時(shí)采集，且需要計(jì)算的電能質(zhì)量參數(shù)繁多，算法具有復(fù)雜性，要求實(shí)時(shí)性好、速度快、精度高，特別是間諧波檢測(cè)的計(jì)算量較大、內(nèi)存要求較高，因此本實(shí)施例采用雙核DSP處理器(簡(jiǎn)稱雙核DSP)300完成對(duì)電能質(zhì)量參數(shù)的計(jì)算。例如將雙核DSP劃分雙核DSP內(nèi)的DSP-A與DSP-B可以并行的計(jì)算不同的電能質(zhì)量參數(shù)，從而提高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的計(jì)算精度與速度。

其中，數(shù)字信號(hào)由FPGA200傳入雙核DSP處理器300中的DSP-A和DSP-B中，兩者同時(shí)計(jì)算不同的電能質(zhì)量參數(shù)，并通過數(shù)據(jù)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。其中DSP-A可以主要負(fù)責(zé)計(jì)算基本電能參數(shù)包括頻率、電壓、電流有效值，總的有功、無功功率、功率因素，以及計(jì)算基本電能指標(biāo)，包括三相基波電壓/電流有效值、基波電壓/電流相位、基波功率/功率因數(shù)電壓偏差、頻率偏差、三相電壓不平衡度、三相電流不平衡度、負(fù)序量、電壓電流諧波的總諧波畸變率、各次諧波的含有率、幅值、相位、有功、無功等。DSP-B可以主要負(fù)責(zé)計(jì)算高級(jí)電能指標(biāo)和記錄暫態(tài)波形，包括間諧波、電壓波動(dòng)、閃變、驟升、驟降、短時(shí)中斷、暫時(shí)過電壓、瞬時(shí)過電壓等。具體兩個(gè)處理器分配的處理內(nèi)容可以根據(jù)用戶實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整本實(shí)施例并不對(duì)此進(jìn)行限定。用戶在進(jìn)行任務(wù)劃分時(shí)為了提高并行處理的效率可以在劃分時(shí)盡量實(shí)現(xiàn)任務(wù)的平均分配，以及相關(guān)聯(lián)計(jì)算任務(wù)放在一個(gè)處理器中的原則進(jìn)行，以便最大程度上利用雙核資源，提高計(jì)算速度。

優(yōu)選的，雙核DSP處理器300具體為DM3730高性能雙核DSP芯片。采用DM3730高性能雙核DSP芯片，不僅能夠有效避免單個(gè)處理器負(fù)荷過重的情況，而且更好地拓展雙核心芯片的并行運(yùn)行能力，極大的提高了實(shí)時(shí)計(jì)算能力。DSP-A和DSP-B的計(jì)算結(jié)果通過以太網(wǎng)接口實(shí)時(shí)傳入上位機(jī)軟件中，以便后臺(tái)分析。

所述上位機(jī)500用于接收所述電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

基于上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型實(shí)施例提的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，該電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置中電信號(hào)變送電路與信號(hào)調(diào)理電路的綜合作用是把輸入的模擬電壓信號(hào)、模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合A/D采樣的電信號(hào)，A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，F(xiàn)PGA處理器用于控制A/D采樣頻率，保證A/D轉(zhuǎn)換能夠根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際頻率采集數(shù)據(jù)，雙核DSP處理器用于實(shí)時(shí)并行分析處理和計(jì)算各類電能質(zhì)量參數(shù)，用于通信的以太網(wǎng)接口，以及接收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)各母線節(jié)點(diǎn)的全電氣參數(shù)監(jiān)測(cè)，為后臺(tái)軟件分析電能質(zhì)量問題和治理提供數(shù)據(jù)支撐。雙核DSP能夠并行處理，因此可以滿足電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)計(jì)算實(shí)時(shí)性好、速度快、精度高等要求，提高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的計(jì)算精度與速度。

基于上述實(shí)施例，請(qǐng)參考圖3，該電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置還可以包括：

與所述上位機(jī)500相連，根據(jù)所述電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警的報(bào)警600。當(dāng)根據(jù)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定電能質(zhì)量時(shí)可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)以便提醒用戶注意。這里并不限定具體的報(bào)警器600的結(jié)構(gòu)，可選的，報(bào)警器600可以為語音報(bào)警器。

基于上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型實(shí)施例提的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，該電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置采用基于雙核DSP與FPGA協(xié)同處理，主要完成對(duì)A/D的控制、數(shù)據(jù)的計(jì)算以及相應(yīng)的邏輯控制，并通過以太網(wǎng)接口完成數(shù)據(jù)的傳輸，由于雙核DSP能夠并行處理，因此可以滿足電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)計(jì)算實(shí)時(shí)性好、速度快、精度高等要求，提高實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的計(jì)算精度與速度，且通過報(bào)警器可以及時(shí)通知注意電能質(zhì)量，進(jìn)一步保證該裝置的可靠性。

以上對(duì)本實(shí)用新型所提供的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。