專利名稱：電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電能質(zhì)量監(jiān)控技術，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?即一對一監(jiān)控)，采用多路監(jiān)控出現(xiàn)的問題是任何一路的故障均有可能影響到其它回路的監(jiān)控，任何一個元件的故障都將威脅整臺裝置的安全運行，不能適應電力系統(tǒng)要求的高可靠性穩(wěn)定性要求，也難以適應把事故縮小到最小范圍的要求。
本實用新型的電能質(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、兩個數(shù)字信號處理器(DSP1、DSP2)、雙端口RAM、A/D變換器、I/O控制器、程序數(shù)據(jù)存儲器、通訊控制單元、FLASH存儲器、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通過總線連接于DSP1和DSP2之間，程序數(shù)據(jù)存儲器、I/O控制器以及通訊控制單元均通過總線與DSP2連接，F(xiàn)LASH存儲器、顯示器和鍵盤均連接于I/O控制器的相應端口。
其中，DSP1根據(jù)A/D變換的數(shù)據(jù)實時計算信號頻率，用FFT算法計算三相電壓、電流信號的1～25次分量的幅值和相位，并將此信號通過雙端口RAM傳輸給DSP2，由DSP2完成采樣數(shù)據(jù)的進一步計算分析，同時完成數(shù)據(jù)的就地存儲、比較、通訊、實時顯示以及系統(tǒng)參數(shù)的設置等。
本電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置采用雙數(shù)字信號處理芯片(DSP)、雙端口RAM、就地大容量FLASH、大屏幕液晶顯示等先進技術。在電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中，首次采用數(shù)字信號處理器(DSP)完成FFT運算，進而對電能質(zhì)量進行準確、實時的分析跟蹤。技術構思新穎，結(jié)構緊湊，運行可靠，信息處理速度、控制精度較現(xiàn)有技術大大提高。
本電能質(zhì)量在線監(jiān)控裝置能實時顯示三相基波電壓、電流、頻率偏差，三相2～25次諧波電壓、電流、功率，負序電壓、電流，三相不平衡度，電壓偏差，功率因數(shù)，電壓波動閃變等電能質(zhì)量參數(shù)，實時顯示波形、頻譜曲線等電能參數(shù)。
本實用新型配備有通訊控制接口，采用若干在線監(jiān)控裝置通過網(wǎng)線可與服務器組成實時在線監(jiān)控網(wǎng)絡，實現(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器組成的實時在線監(jiān)控網(wǎng)絡示意圖。
三相電壓、電流信號，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)由信號變換器和前端信號濾波電路組成，將來自CT、PT的高電壓大電流信號轉(zhuǎn)換為適合后續(xù)電路使用的弱電信號，并濾除信號線上的尖峰干擾。
A/D變換器(3)采用高精度的16位6路同時采樣的A/D變換器，將各模擬量信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號，并將其傳送給DSP1，6路同時采樣特性的選用保證了U、I信號的真正同時性，采樣速率可高達64K。
數(shù)字信號處理器DSP1(4)采用最新數(shù)字化信號處理技術的高性能DSP芯片(DSP 320F206)，該技術有別于普通的科學計算與分析，DSP主要強調(diào)運算處理的實時性，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、重復性、數(shù)值運算密集型的實時處理；MPU大量應用于計算機，MCU則適應于以控制為主的處理過程。
PQM系統(tǒng)應用DSP實現(xiàn)FFT算法，從而確定信號頻率、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，而且可以流水無間斷地完成數(shù)據(jù)的實時輸入/出。DSP技術結(jié)合FFT算法在此領域的應用在國內(nèi)外尚屬首次，主要將實時數(shù)據(jù)進行FFT實時變換以形成后續(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以便進行進一步后續(xù)處理。雙端口RAM可選用DUAL-PORT-SRAM(2K*16bit)電路，雙端口RAM的應用確保了數(shù)據(jù)能夠高速、同時、互不干擾地傳遞，實時性好，而且便于實現(xiàn)。比較而言，不采用雙端口RAM的電路不僅復雜(需用其它元件組合實現(xiàn))，而且實時性差，容易發(fā)生數(shù)據(jù)傳遞沖突、出錯。
DSP2(6)將DSP1經(jīng)FFT后的數(shù)據(jù)進行進一步數(shù)據(jù)分析并判斷是否超標，完成就地大屏幕液晶顯示、就地大容量FLASH存貯，同時完成數(shù)據(jù)的遠方傳輸控制等功能。DSP2芯片也可采用DSP 320F206電路等。
FLASH存儲器(7)就地大容量FLASH主要完成實時數(shù)據(jù)的當?shù)卮娣?。該項技術的應用確保了該系統(tǒng)結(jié)構方法的真正實用，從而不必采用龐大的工控機來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存放，同時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，完成對上述各種電能質(zhì)量指標參數(shù)及實時波形、頻譜的當?shù)仫@示，便于現(xiàn)場分析觀察，又確保了該裝置能夠不組網(wǎng)而單獨運行。
監(jiān)控裝置的核心部分(11)，采用最新數(shù)字化技術，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，一個DSP主要完成FFT，另一個DSP完成數(shù)據(jù)的進一步分析處理、存貯、顯示、遠傳功能，互不干擾，高效、實時、簡單、實用、方便，充分利用了當今數(shù)字化處理的最新技術。
以下結(jié)合流程圖3、4詳細描述監(jiān)控裝置的工作過程。
采樣電路將高電壓、大電流信號經(jīng)過變換器轉(zhuǎn)化為弱電信號并濾除信號線上的尖峰干擾，然后經(jīng)過由差分電路與濾波電路組成的信號耦合電路耦合至A/D轉(zhuǎn)換電路，耦合電路主要濾除高頻信號，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)，并實時計算信號頻率，運用FFT算法計算三相電壓、電流信號的1～25次分量的幅值和相位(每周波采樣128點，采樣頻率6400HZ)，并將此信號通過2K*16bit的雙端口RAM傳輸給第二個DSP2進一步分析處理，雙端口RAM的采用，確保了信號高速、實時、準確、無誤的傳遞；DSP2主要完成采樣數(shù)據(jù)的進一步計算分析(計算各次諧波電壓、電流含有率，總畸變率，各次諧波的有功無功功率，總的有功、無功功率，功率因數(shù)，線電壓，電壓偏差，電壓不平衡度，負序電壓電流、電壓波動閃變)，同時負責數(shù)據(jù)的就地存儲、比較、通訊、實時顯示、系統(tǒng)參數(shù)的設置等功能。
128Mbit大容量FLASH主要完成實時記錄、報警數(shù)據(jù)的就地存儲；利用單元面板自帶的軟觸摸按鍵，能夠很方便地實現(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)的報警限值等參數(shù))的設置整定，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時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)，電壓波動閃變等電能質(zhì)量參數(shù)，同時顯示三相電壓電流實時波形、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時數(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)設置系統(tǒng)參數(shù)命令設置系統(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)，分析處理報警信號；接著運行通訊控制模塊，處理與I/O口有關通訊命令；然后根據(jù)當前顯示界面跳轉(zhuǎn)到需要的監(jiān)控界面，顯示相應的參數(shù)；最后處理與I/O口有關通訊命令，刷新LCD顯示器返回，完成一次循環(huán)。本實施例的監(jiān)控界面包括主界面實時波形顯示、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、無功功率諧波頻譜顯示、其它電能質(zhì)量參數(shù)顯示等。
本實用新型能夠安裝于電力系統(tǒng)或用戶配電網(wǎng)獨立運行，也可用來組網(wǎng)。圖5為采用若干本裝置與服務器組成的電能質(zhì)量實時在線監(jiān)控網(wǎng)絡示意圖。該系統(tǒng)主要由若干PQM-1就地監(jiān)控裝置(或單元)和至少一個遠方主服務器(多用戶)通過電話線(或光纖)組成。
其中各PQM-1就地監(jiān)控單元(裝置)主要實現(xiàn)在當?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)，電壓波動閃變等電能質(zhì)量參數(shù)的采集、實時分析、實時顯示以及就地存儲功能。PQM-1就地監(jiān)控裝置也能夠?qū)崿F(xiàn)就地實時顯示三相電壓電流實時波形、2～25次諧波電壓、電流、功率頻譜曲線等，并完成所有實時參數(shù)的遠方傳輸，接受遠方發(fā)布的指令。
光纖、電話線及Morden，用于為數(shù)據(jù)的實時傳輸提供通道。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機通訊，也可通過光纖和電話線與遠方的PC機進行通訊。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，使一個監(jiān)控中心最多可同時控制安裝于同一變電站的99臺監(jiān)測裝置。
遠方監(jiān)控中心服務器用于完成實時數(shù)據(jù)的接收、遠方監(jiān)控，波形、記錄的顯示，以供進一步根據(jù)電能質(zhì)量的五項國家標準自動形成統(tǒng)一數(shù)據(jù)報表及電能質(zhì)量動態(tài)變化曲線，同時實時在線地顯示實時波形、各次諧波頻譜等圖形。
總之，本實用新型的監(jiān)控方案打破了傳統(tǒng)的電能質(zhì)量監(jiān)測的概念，形成了全方位的電能質(zhì)量信息監(jiān)控網(wǎng)絡，實現(xiàn)了電能這一特殊商品的質(zhì)量參數(shù)之直觀描述和實時分析處理。
權利要求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、兩個數(shù)字信號處理器(DSP1、DSP2)、雙端口RAM、A/D變換器、I/O控制器、程序數(shù)據(jù)存儲器、通訊控制單元、FLASH存儲器、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通過總線連接于DSP1和DSP2之間，程序數(shù)據(jù)存儲器、I/O控制器以及通訊控制單元均通過總線與DSP2連接，F(xiàn)LASH存儲器、顯示器和鍵盤均連接于I/O控制器的相應端口。
2.根據(jù)權利要求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)字信號處理器(DSP1、DSP2)采用DSP 320F206芯片。
4.根據(jù)權利要求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)字信號處理器(DSP1、DSP2)、雙端口RAM、A/D變換器、I/O控制器、存儲器、通訊控制單元、FLASH存儲器、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通過總線連接于DSP1和DSP2之間,程序數(shù)據(jù)存儲器、I/O控制器以及通訊控制單元均通過總線與DSP2連接,FLASH存儲器、顯示器和鍵盤均連接于I/O控制器的相應端口。其采用雙DSP、雙端口RAM、大容量FLASH等先進技術,在電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中,首次采用DSP完成FFT運算,進而對電能質(zhì)量進行準確、實時分析跟蹤。技術構思新穎,結(jié)構緊湊,運行可靠,信息處理速度、控制精度較現(xiàn)有技術大大提高。
文檔編號H02J13/00GK2513276SQ01257838
公開日2002年9月25日 申請日期2001年11月4日 優(yōu)先權日2001年11月4日
發(fā)明者王海峰, 杜仁勛, 劉軍成, 王建強 申請人:深圳市領步科技有限公司