一种电能质量在线监测方法及监测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电能质量在线监测方法及监测装置，属于电力监测领域。针对现有技术中存在的多CPU方案效率低、成本高且实现难度高和单核CPU方案性能低无法监测超高次谐波的问题，本发明专利技术提供了一种电能质量在线监测方法及监测装置，包含一个异构多核CPU，异构多核CPU包含一个ARM核和一个浮点DSP核，ARM核运行一种操作系统，DSP核运行另一种操作系统。ARM核和DSP核之间采用核间通信的消息队列和共享内存技术进行信息和数据的交互，保证了两个CPU核之间数据的高效快速通信。从而实现低成本、效率高的效果，且同时可以监测2KHz

【技术实现步骤摘要】
一种电能质量在线监测方法及监测装置


[0001]本专利技术涉及电力监测领域，更具体地说，涉及一种电能质量在线监测方法及监测装置。

技术介绍

[0002]在新能源快速发展的背景下，电力系统电源与负荷结构正在发生质的变化，高比例新能源并网、高比例电力电子装置接入的“双高”特征，导致电力系统电源与负荷的非线性、波动性、以及不平衡性显著增大，使得电网电压波形发生畸变，引起谐波畸变、电压波动以及三相不平衡等问题越来越严重，给电网的电能质量及电网控制保护的稳定性造成影响。同时，在电力系统电力电子化过程中产生了2KHz
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150KHz的超高次谐波等新的电能质量问题。
[0003]现有的电能质量在线监测产品大多采用多CPU的技术实现方案，多CPU的技术方案往往需要2
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3个CPU协同工作来共同完成电能质量的监测功能，实现的成本高且多CPU之间数据交互效率低；也有采用单核CPU的技术实现方案，虽然成本和实现难度降低，但是由于单核CPU的性能限制，只能实现简单的电能质量监测的功能，无法监测超高次谐波的功能；现有方案无法满足新型电力系统对于电能质量在线监测的低成本和宽频域监测的需求。
[0004]现有技术中也有相关使用单核CPU芯片进行控制和监测的方法，如中国专利申请，公开号CN103605030A，公开日2014年2月26日，公开了一种计量电能质量的芯片及其方法，所述芯片包括CortexM3核CPU、片内SRAM、片内非易失性存储器、DDR2控制器、DMA模块、HPDMA模块、ADC模块、采样控制模块、电能质量参数计算模块、以太网接口、各类外设接口和AMBA总线控制模块。所述方法包括：(1)采用控制模块对ADC采样进行控制选择；(2)电能质量参数计算模块对ADC采样结果进行处理；(3)对处理结果进行计量。此专利技术集成了ADC、MCU以及电参量数据处理模块，可以为电能质量监测系统提供单芯片解决方案，具有简化设计、减少重复开发、减小装置体积、提高可靠性的优点。所采用的计算电能质量参数设计的电参量数据处理模块，可以大大降低对MCU性能的要求，具有降低功耗、提高处理速度的优点。但是由于单核处理器的性能限制，无法满足A级电能质量标准的要求，特别是针对于超高次谐波无法解决。

技术实现思路

[0005]1.要解决的技术问题
[0006]针对现有技术中存在的效率低、成本高且无法监测超高次谐波的问题，本专利技术提供了一种A级电能质量在线监测方法及监测装置，它可以实现在低成本的情况下，进行2KHz
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150KHz超高次谐波的监测。
[0007]2.技术方案
[0008]本专利技术的目的通过以下技术方案实现。
[0009]一种电能质量在线监测方法，步骤如下：
[0010]采集电网的电压、电流信号数据；
[0011]获取一路电压信号进行带通滤波处理并将滤波后的基波信号转换成相同频率的PWM信号；
[0012]利用硬件中断捕获上述PWM信号，测量电网基波的频率，并根据测得的电网频率实时控制HRPWM输出AD的转换信号，调整AD的采样频率；
[0013]将变换和调理后的电压、电流信号数据存储到存储器，通过直接访问存储器获得采集的数据；变换和调理后的电压、电流信号数据可以通过EDMA直接存储到存储器。
[0014]针对采集的数据进行计算和数据处理，获得电能质量参数，并存储在共享内存中；共享内存可以设置核间，即ARM核和DSP核间。当然也可以设置在其他可以设置的位置，只要能够存储即可。
[0015]不同的处理核通过核间通信组件进行交互，获得最新的电能质量参数。
[0016]更进一步的，针对采集的数据进行计算和数据处理的具体步骤为，每采样M个周波的数据时开始计算电压、电流的有效值，根据计算的有效值进行电压暂降、暂升和短时中断的监测以及电压波动和闪变的计算。
[0017]更进一步的，针对采集的数据进行计算和数据处理的具体步骤为，还包括每采样到N个周波的数据时开始进行FFT计算，将时域数据转换成频域数据，并根据FFT计算的频域数据计算总谐波畸变率、2
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63次谐波有效值和含有率、2
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63次间谐波有效值和含有率、次谐波有效值以及2KHz
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150KHz超高次谐波有效值和含有率。
[0018]更进一步的，处理核包括ARM核和DSP核。
[0019]更进一步的，ARM核和DSP核之间的核间通信组件包括共享内存和消息队列，DSP核每隔X秒将计算的电能质量参数存放到核间共享内存中，并通过核间消息队列通知ARM核从共享内存中取最新的电能质量参数。
[0020]更进一步的，ARM核内设计有数据中心，ARM核负责核间通信的进程获取到最新的质量参数后存入数据中心，ARM核的其他进程实时从数据中心中取最新的电能质量参数进行统计分析、存储和显示。
[0021]更进一步的，还包括如下步骤，电能质量参数通过通信接口发送至外部系统。
[0022]更进一步的，还包括如下步骤，电能质量参数发送至人机接口显示装置上实时显示。
[0023]一种基于上述所述的在线监测方法的装置，包括电压电流变换调理电路、低通滤波电路、过零检测电路、AD转换电路、多核CPU芯片及FLASH芯片，经过电压电流变换调理电路的信号分别送入低通滤波电路和过零检测电路，低通滤波电路的信号经过AD转换电路转换后送入多核CPU芯片，过零检测电路处理的信号送入多核CPU芯片，多核CPU芯片与FLASH芯片之间互相传递存储信息。
[0024]更进一步的，还包括触摸屏和通信接口，多核CPU芯片将处理后的信息送入触摸屏显示，通过通信接口连接的以太网或者4G/5G这样的通信模组发送到外部系统。
[0025]3.有益效果
[0026]相比于现有技术，本专利技术的优点在于：
[0027]本方案基于1个异构多核CPU来实现宽频域电能质量同步监测功能，解决现有的多CPU方案效率低、成本高和单核CPU方案性能低无法监测超高次谐波的问题。异构多核CPU包
含一个ARM核和一个浮点DSP核，本方案充分利用ARM核较强的事务管理能力和DSP核强大的数据计算能力，最大程度发挥各自的优势。ARM核运行一种操作系统，承载设备管理、对外通信、人机接口、数据统计、事件记录、定值管理、时间同步等非实时的业务；DSP核运行另一种操作系统，承载高速同步采样、电能质量所有参数指标的计算等实时业务。ARM核和DSP核之间采用核间通信的消息队列和共享内存技术进行信息和数据的交互，保证了两个CPU核之间数据的高效快速通信。从而实现低成本、效率高的效果，且同时可以监测超高次谐波。
附图说明
[0028]图1为本专利技术的装置模块整体结构示意图；
[0029]图2为本方案一实施例的异构多核CPU结构示意图。
[0030]图中标号说明：
[0031]1、电压电流变换调理电路；2、低通滤波电路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电能质量在线监测方法，步骤如下：采集电网的电压、电流信号数据；获取电压信号进行带通滤波处理并将滤波后的基波信号转换成相同频率的PWM信号；利用硬件中断捕获所述的PWM信号，测量电网基波的频率，并根据测得的电网频率实时输出AD的转换信号，调整AD的采样频率；将变换和调理后的电压、电流信号数据存储到存储器，通过直接访问存储器获得采集的数据；针对采集的数据进行计算和数据处理，获得电能质量参数，并存储在共享内存中；不同的处理核通过核间通信组件进行交互，获得最新的电能质量参数。2.根据权利要求1所述的一种电能质量在线监测方法，其特征在于，针对采集的数据进行计算和数据处理的具体步骤为，每采样M个周波的数据时开始计算电压、电流的有效值，根据计算的有效值进行电压暂降、暂升和短时中断的监测以及电压波动和闪变的计算。3.根据权利要求2所述的一种电能质量在线监测方法，其特征在于，针对采集的数据进行计算和数据处理的具体步骤为，还包括每采样到N个周波的数据时开始进行FFT计算，将时域数据转换成频域数据，并根据FFT计算的频域数据计算总谐波畸变率、2
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63次谐波有效值和含有率、2
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63次间谐波有效值和含有率、次谐波有效值以及2KHz
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150KHz超高次谐波有效值和含有率。4.根据权利要求1所述的一种电能质量在线监测方法，其特征在于，所述的处理核包括ARM核和DSP核。5.根据权利要求4所述的一种电能质量在线监测方法，其特征在于，所述的ARM核和所述的DSP核之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雄，孙飞，黄晓辉，王刚，
申请(专利权)人：南京赫曦智能电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：