一种在线式电能质量监测装置制造方法及图纸

一种在线式电能质量监测装置，硬件平台是嵌入式硬件平台，采用包括PowerPC功能单元、FPGA功能单元，以及DSP功能单元的复杂架构，PowerPC功能单元与DSP功能单元相互独立，PowerPC功能单元通过FPGA功能单元中内部配置的双口RAM与DSP功能单元进行数据交互。仅增加有限的成本，使现有的普通电能质量装置具备高速瞬变信号捕捉功能。广泛适用于非线性负荷与冲击性负荷，包括瞬变干扰如电网上的设备接通和雷击等问题比较严重的场所在线进行常规电能质量指标参数的监测，并在出现高速电压瞬变的异常事件时，可以自动捕捉并真实完整地记录当时的瞬变信号，为供电线路上的装置和设备的故障分析提供数据支持。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电能测量，特别是涉及一种在线式电能质量监测装置。
技术介绍
电力系统的非线性负荷与冲击性负荷，包括瞬变干扰如电网上的设备接通和雷击，用户现场同一回路上无功负载的操作等，往往会对连接在该线路上的装置和设备造成严重损害。由于瞬变干扰持续时间远小于20ms的供电周期，且瞬变电压数倍乃至几十倍于电力系统的额定电压，现有的电能质量装置采样速率为128、256点/周波，测量范围窄，SP使是采样速率为512点/周波，其瞬变捕捉能力也只能达到80 μ s左右，因此，往往不能采 集到瞬变信号或不能真实完整地记录当时的瞬变信号。如果电能质量装置全程都使用高采样速率，对于诸如电压偏差、频率偏差、谐波、闪变、不平衡等的常规电能质量指标的监测分析既无必要，且其软件实现难度太大，硬件成本也过高。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种在线式电能质量监测装置。本技术的技术问题通过以下技术方案予以解决。这种在线式电能质量监测装置，硬件平台包括由PC，以及与所述PC连接的数据存储、通信及人机交互模块组成的PC功能单元。这种在线式电能质量监测装置的特点是所述硬件平台是嵌入式硬件平台，采用包括所述PC功能单元、与所述PC连接的现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,缩略词为FPGA)功能单元，以及与所述FPGA功能单元连接的数字信号处理器(Digital Signal Processor,缩略词为DSP)功能单元的复杂架构，所述PC功能单元是通过增强的RISC性能优化(Performance OptimizedWith Enhanced RISC,缩略词为Power) PC功能单元,所述PowerPC功能单元与所述DSP功能单元相互独立，所述PowerPC功能单元通过所述FPGA功能单元中内部配置的双口 RAM与所述DSP功能单元进行数据交互，用于对所述DSP功能单元上传的计算结果进行分析统计、管理存储、通信传输、人机交互，以及进行遥控遥信。本技术的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。所述DSP功能单元包括依次连接的第一低通滤波器、低速模数转换(Analog ToDigital Converter,缩略词为A/D)采集模块和DSP信号处理模块,所述第一低通滤波器与信号传感器组连接，用于采集一般性电能质量模拟信号，所述信号传感器组采集电能质量模拟信号，所述电能质量模拟信号包括外部的三相电压、零序电压、三相电流、零序电流和保护地电流共九种模拟信号，通过所述信号传感器衰减成Α/D量程范围内的小信号模拟量，并通过模拟放大增益电路放大增益后，分成两路传送至所述低速Α/D采集模块的两个不同通道。所述第一低通滤波器是截止频率为12KHz的低通滤波器。所述低速Α/D采集模块是采样频率为25. 6KHz的双六通道高精度16bit A/D芯片的低速A/D采集模块。所述DSP信号处理模块用于对输入到所述低速Α/D采集模块的两个不同通道的采集数据进行快速的电能质量算法分解、计算，包括计算捕捉超过15倍额定的冲击电流，以及记录电能质量暂态事件如暂升暂降、突变的原始波形，所述DSP信号处理模块还通过乒兵的方式从先入先出队列(First Input First Output,缩略词为FIFO)里面转移数据至外围的SDRAM中缓存。所述FPGA功能单元包括频率跟踪模块、依次连接的第二低通滤波器、高速Α/D瞬变捕捉模块，以及分别与所述频率跟踪模块、所述高速Α/D瞬变捕捉模块连接的FPGA，所述 频率跟踪模块还与所述低速Α/D采集模块连接。所述频率跟踪模块是采用基于FPGA的数字化频率跟踪采样技术的频率跟踪模块，用于对电网的系统频率进行实时跟踪，并进行512倍频，以控制所述低速Α/D采集模块进行512点/周波的采样。所述第二低通滤波器是截止频率为IMHz的低通滤波器，用于高速Α/D采样前的抗混叠滤波。所述高速Α/D瞬变捕捉模块是采用采样频率为2MHz的可编程、多通道、低功耗、内置FIFO的12bit并行高速Α/D转换芯片的高速Α/D瞬变捕捉模块，捕捉电压瞬变信号最高频率为IMHz、峰值为1500V。所述FPGA在所述DSP信号处理模块进行512点/周波的电能质量采样分析的同时，控制高速Α/D瞬变捕捉模块进行采样速率为2M/秒的高速采样、以及对电压瞬变的捕捉、计算与判断，通过FIFO与所述DSP功能单元中的DSP信号处理模块进行数据传输。当外部发生频率为IMHz以下的瞬变电压事件时，含瞬变的三相原始电压信号经过电压传感器衰减成AD量程范围内的小信号，然后分成两路，一路经过第一低通滤波器，滤除12KHz以上的高频瞬变信号后，进入低速Α/D采集模块进行模数转换，再上传至所述DSP信号处理模块，并由所述DSP信号处理模块对采集后信号进行常规电能质量参数运算分析，所述常规电能质量参数包括电压偏差、频率偏差、谐波、闪变、不平衡度，所述运算分析包括幅值计算、快速傅里叶变换分解、闪变计算；另一路经过第二低通滤波器，仍旧保留IMHz的高频瞬变信号，进入高速Α/D瞬变捕捉模块进行模数转换，由所述FPGA控制采样，计算信号幅值，并判断、记录瞬变电压采样信号的幅值是否超出瞬变电压的限值，一旦超过设定限值，立即发中断信号，通过内部FIFO即时上传至所述DSP信号处理模块将该时刻前后的原始信号波形数据提取记录并由所述Power PC进行存储。本技术的技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。所述信号传感器，包括转换比为5A/5mA的电流传感器和电压转换比为600V/1V的电压传感器，将采集的大模拟信号，转换为AD量程范围内的小模拟信号。所述FPGA功能单元还包括外部祀场仪器组(Inter Range InstrumentationGroup,缩略词为IRIG) -B对时接口，与外部GPS校时装置连接，用于对装置进行校时，兼容对差分信号、晶体管-晶体管逻辑(Transistor-Transistor Logic,缩略词为TTL)电平信号接入及对时。所述FPGA功能单元还包括数字量输入(Digital Input，缩略词为DI)模块和继电器控制数字量输出(Digital Output，缩略词为DO)模块，所述DI模块用于收集现场的一些设备的状态信号量，实时监控其状态信息；所述DO模块用于切断外部相关联的负载，以及提供报警出口。所述FPGA是采用美国Lattice半导体公司的LFXP2系列的FPGA逻辑器件。所述Power PC是采用MPC831x系列32bit浮点处理器的RISC架构的CPU，其基本的设计源自美国IBM公司的Power架构,所述Power PC通过装入指令和存储指令从内存检索数据，在寄存器中对数据进行操作后将数据存储回内存。所述Power PC对所述DSP功能单元上传的保存在内存中的常规电能质量参数数 据进行分析统计、管理存储，包括定时记录，统计一段时间间隔内的最大值、最小值、平均值、95概率大值。所述Power PC的定时记录,是对所述DSP功能单元上传的计算结果的波形存储成C0MTRADE格式文件，并每隔2小时进行一次完整的电能质量数据的记录，以PQDIF格式文件进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线式电能质量监测装置，硬件平台包括由PC，以及与所述PC连接的数据存储、通信及人机交互模块组成的PC功能单元，其特征在于：所述硬件平台是嵌入式硬件平台，采用包括所述PC功能单元、与所述PC连接的现场可编程门阵列FPGA功能单元，以及与所述FPGA功能单元连接的数字信号处理器DSP功能单元的复杂架构，所述PC功能单元是通过增强的RISC性能优化Power?PC功能单元，所述Power?PC功能单元与所述DSP功能单元相互独立，所述Power?PC功能单元通过所述FPGA功能单元中内部配置的双口RAM与所述DSP功能单元进行数据交互。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾幼松，张涛，熊伟，曾伟，滕斌，刘国良，郭敏，韦云云，廖文国，陈世奎，
申请(专利权)人：深圳市中电软件有限公司，
类型：实用新型
国别省市：