配电变压器监测终端及用于计算其电流复功率精度的方法技术

本发明专利技术涉及配电变压器监测终端及用于计算其电流复功率精度的方法，三相电压通过电压互感器以及三相电流通过电流互感器，分别与信号调理电路的信号输入端连接，信号调理电路的信号输出端与所述数字信号处理器内的模数转换模块连接；数字信号处理器通过外部扩展接口芯片分别交互式连接两个异步串行通讯接口ＵＡＲＴＡ和ＵＡＲＴＢ，ＵＡＲＴＡ通过电平转换芯片与ＲＳ４８５接口交互式连接，ＵＡＲＴＢ与电力线低压载波抄表模块交互式连接。采用快速傅里叶变换ＦＦＴ算法提高三相电流及复功率的测量精度。本发明专利技术集计量、监控、通信、抄表功能于一体，并且提高配电变压器监测终端计算电流和复功率的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统计量、抄表及监测控制设备，即一种配电变压器监测终端，可以用于抄表配网自动化、配电变压器监测、电能量管理系统，属于配网自动化领域。
技术介绍
随着科学技术的不断发展，对电力能源的需求从数量及质量上，都提出了更高的要求。电力系统为管理方便，通常在一定区域范围内，例如一个居民小区或一个办公大楼，设置一集中器采集区域内各种计量终端的计量数据，并要设置配电变压器监测设备对电网运行情况的监测和控制。但是目前大多数的配电变压器监测设备的计量、监测、通信、抄表模块都是分开设计的，虽然可以集中放置，统一管理，但各设备之间仍需铺设繁多的通讯线路以保证相互的辅助工作和协调，并且每个设备都要配置专门的通讯接口电路与上行控制主站连接，造成资源重复，且其维修和维护难度大、成本高、可靠性低。同时目前多数监测终端采用单片机、单路A/D加多路开关组成的数据采集和处理电路，而且一般采用时域的计算方法。随着人们对电力监控系统性能要求的提高，这种结构所带来的性能上的不足则越来越明显。主要包括以下三个方面(l)在以往测量三相电流的信号处理电路中，无论电流的大小，直接进入A/D模块进行采样，造成较大的测量误差；(2)由于采用频域的计算方法，快速傅里叶变换FFT采样的点数也越来越高，使得采样频率和计算量大大提高，普通单片机和A/D转换器组成的电路无法满足系统性能的要求；(3)三相电压和三相电流的非同步采样造成了电压和电流相位差的测量误差，导致计算复功率的误差较大，特别是进行到高次谐波分析时，会引起很大的计算误差。 同时随着计算机网络的发展，以及现场总线等技术的广泛使用，串口通讯在各种场合应用越来越广泛。在集中控制的场合，需要进行通讯的点很多，而作为控制中枢的计算机串口往往只有一两个，为了实现对多点的控制，需要对串口进行扩展。数字信号处理器DSP片内只有一个或两个异步串行通信接口 ，无法完全满足现场通信的需求。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的是设计一种集计量、监控、通信、抄表功能于一体的配电变压器监测终端，并提供了一种能提高配电变压器监测终端计算电流和复功率精度的方法。 本专利技术是通过以下技术方案实现的 配电变压器监测终端，电源管理模块、有源晶振模块和看门狗模块的输出端分别与数字信号处理器连接，三相电压通过电压互感器以及三相电流通过电流互感器，分别与信号调理电路的信号输入端连接，信号调理电路的信号输出端与所述数字信号处理器内的模数转换模块连接； 所述数字信号处理器的串行外设接口与外部扩展接口芯片连接，通过所述的外部扩展接口芯片分别交互式连接两个异步串行通讯接口 UARTA和UARTB，所述异步串行通讯接口 UARTA通过电平转换芯片与RS485接口交互式连接，所述异步串行通讯接口 UARTB与电力线低压载波抄表模块交互式连接； 在所述数字信号处理器的通用目的数字量输入输出口分别与数字量输入电路信号输出端和数字量输出电路信号输入端连接；脉冲量输入信号与状态量输入信号通过光电耦合器与数字量输入电路信号输入端连接；数字量输出电路信号输出端通过光电耦合器与继电器信号输入端连接。 配电变压器监测终端，所述数字信号处理器的串行通信接口与用于和控制主站通讯的通用分组无线服务GPRS网络通讯模块连接。 配电变压器监测终端，所述数字信号处理器的内部集成电路I2C总线分别与用于存储各类参数及数据的外部存储芯片和时钟芯片连接。 配电变压器监测终端，在所述数字信号处理器的通用目的数字量输入输出口分别连接有键盘模块和用于显示各项计量数据及参数的液晶显示模块。 配电变压器监测终端提高计算电流和复功率精度的方法 当三相电流Ia、 Ib、 Ic经过电流互感器CT后，在所述的信号调理电路中，分别将三相Ia、 Ib、 Ic分成两路，一路不对其进行放大，另一路对其放大十倍，然后进入所述数字信号处理器的模数转换模块C进行采样，最后根据所述数字信号处理器DSP的模数转换模块ADC的转换结果进行快速傅立叶FFT计算选择合适的一组电流数据； 设定三相电压与三相电流的初始相位差为外，当三相电压与三相电流同时经过所述数字信号处理器的模数转换模块变换后，通过快速傅立叶变换FFT计算，求出电压和电流在最大谱线处的相位差^V，得到三相电压和三相电流因互感器、线路以及进入所述数字信号处理器DSP的模数转换模块ADC不同步所造成的相位误差AP = % ，通过补偿相位误差Ap计算复功率。 本专利技术的效果 (1)本专利技术采用数字信号处理器DSP芯片作为中央处理单元，能够完成对三相电压、三相电流、复功率的精确计量，对各种脉冲量和状态量的监测，采用通用分组无线服务GPRS网络通讯模块与控制主站通讯以及完成低压电力线载波抄表，具有处理速度快，体积小，维修、维护难度低，有效降低了整个系统的投资，有明显的经济效益。 (2)本专利技术采用快速傅里叶变换FFT算法提高三相电流及复功率的测量精度，其测量结果提高了谐波分析的精度，对配电变压器进行实时监测，以实现系统的实时监控功能，提高系统的可靠性。 (3)本专利技术通过数字信号处理器DSP的串行外设接口 SPI对串口进行扩展，以实现对多个通讯点的控制，满足现场通信的需求。附图说明 图1为配电变压器监测终端的硬件原理框图。 图2为三相电流、三相电压的调理模块电路原理图。 图3为计量三相电流、三相电压的流程图。 图4为数字信号处理器DSP的串行外设接口 SPI的外部扩展接口原理图。具体实施例方式下面参照附图对本专利技术进行详细描述。 图1为本专利技术的硬件原理框图。它包括有数字信号处理器DSP(l)以及相应设置 的电源管理模块(2)、有源晶振模块(3)和看门狗模块(4);三相电压Ua、Ub、Uc经过电压 互感器PT(5)以及三相电流Ia、Ib、Ic经过电流互感器CT(6)后，通过信号调理电路(7)分 别进入所述数字信号处理器DSP的模数转换模块ADC进行采样；所述数字信号处理器DSP 的串行通信接口 SCI与用于和控制主站(8)通讯的通用分组无线服务GPRS网络通讯模块 (9)连接；所述数字信号处理器DSP的内部集成电路lt总线分别与用于存储各类参数及 数据的外部存储芯片24C64EEPR0M(10)和时钟芯片RX8025 (11)连接；所述数字信号处理器 DSP的串行外设接口 SPI与外部扩展接口芯片SC16IS752(12)连接，通过所述的外部扩展 接口芯片SC16IS752分别扩展两个异步串行通讯接口 UARTA和UARTB，所述异步串行通讯 接口 UARTA通过电平转换芯片MAX485(13)与RS485(14)接口连接，所述异步串行通讯接口 UARTB与电力线低压载波抄表模块(15)连接；在所述数字信号处理器DSP的通用目的数字 量输入输出口 GPIO分别设置有用于控制通用分组无线服务GPRS模块复位的电源控制模块 (16)、键盘模块(17)、用于显示各项计量数据及参数的液晶显示模块LCD (18)、各种脉冲量 输入信号(19)和状态量输入信号(20)通过光电耦合器(21)输入的数字量输入电路(22) 以及通过光电耦合器用于控制继电器组(23)动作的数字量输出电路(24)。 键盘电路由六个按键开关组成，每个按键的一端接地，另一端与数字信号处理器本文档来自技高网...

【技术保护点】
配电变压器监测终端，电源管理模块、有源晶振模块和看门狗模块的输出端分别与数字信号处理器连接，其特征在于三相电压通过电压互感器以及三相电流通过电流互感器，分别与信号调理电路的信号输入端连接，信号调理电路的信号输出端与所述数字信号处理器内的模数转换模块连接；所述数字信号处理器的串行外设接口与外部扩展接口芯片连接，通过所述的外部扩展接口芯片分别交互式连接两个异步串行通讯接口ＵＡＲＴＡ和ＵＡＲＴＢ，所述异步串行通讯接口ＵＡＲＴＡ通过电平转换芯片与ＲＳ４８５接口交互式连接，所述异步串行通讯接口ＵＡＲＴＢ与电力线低压载波抄表模块交互式连接；在所述数字信号处理器的通用目的数字量输入输出口分别与数字量输入电路信号输出端和数字量输出电路信号输入端连接；脉冲量输入信号与状态量输入信号通过光电耦合器与数字量输入电路信号输入端连接；数字量输出电路信号输出端通过光电耦合器与继电器信号输入端连接。

【技术特征摘要】
配电变压器监测终端，电源管理模块、有源晶振模块和看门狗模块的输出端分别与数字信号处理器连接，其特征在于三相电压通过电压互感器以及三相电流通过电流互感器，分别与信号调理电路的信号输入端连接，信号调理电路的信号输出端与所述数字信号处理器内的模数转换模块连接；所述数字信号处理器的串行外设接口与外部扩展接口芯片连接，通过所述的外部扩展接口芯片分别交互式连接两个异步串行通讯接口UARTA和UARTB，所述异步串行通讯接口UARTA通过电平转换芯片与RS485接口交互式连接，所述异步串行通讯接口UARTB与电力线低压载波抄表模块交互式连接；在所述数字信号处理器的通用目的数字量输入输出口分别与数字量输入电路信号输出端和数字量输出电路信号输入端连接；脉冲量输入信号与状态量输入信号通过光电耦合器与数字量输入电路信号输入端连接；数字量输出电路信号输出端通过光电耦合器与继电器信号输入端连接。2. 根据权利要求1所述的配电变压器监测终端，其特征在于所述数字信号处理器的串 行通信接口与用于和控制主站通讯的通用分组无线服务GPRS网络通讯模块连接。3. 根据权利要求1所述的配电变压器监测终端，其特征在于所述数字信号处理器的内 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶维青，张巧云，李林，金冶夫，周天兵，
申请(专利权)人：安徽科大鲁能智能电网技术有限公司，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]