[发明专利]一种电能质量监测装置

说明书

技术领域

本发明涉及智能电网控制领域，具体涉及一种电能质量监测装置。 

背景技术

随着科技的进步，现代电力系统中使用电负荷结构发生了重大的变化，诸如半导体整流器、晶闸管调压及变频器调整装置、炼钢电弧炉、电气化铁路和家用电器等负荷的迅速发展，由于其非线性、冲击性以及不平衡的用电特性，使电网的电压波形发生畸变引起电压波动和闪变以及三相不平衡，甚至引起系统频率波动等，对供电电能质量造成严重的干扰。电网中正面对着越来越多的电能质量问题，这使得电能质量的研究十分迫切。 

电能质量监测是获得电能相关数据的最直接手段，只有对电能质量进行正确监测，才能掌握电网的电能质量水平与实际状况，了解运行负荷引起电能质量下降的规律与特性。 

该电能质量监测仪即是基于这样一个应用前提，而提出的研发项目。其目标是能够进行先进的电能质量分析，高精度的测量，实时监测电能质量，使电力用户在第一时间内可以获得电能的各项运行数据，从而对电能质量进行充分的评估与监测，提出改善电能指标的对策与方案。 

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种高效率、高精度和实时监测的电能监测装置。 

为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案来实现：一种电能质量监测装置，其采用FPGA精确控制高速ADC进行密集采样，并将实时采样数据送入高速浮点型DSP中进行运算，算法中包含对于电压闪变、谐波分析、谐波畸变、 电压暂升降等关于电能质量的分析处理，并将运算后的结果交由就地或远程人机界面进行图形化演示；该装置系统包括PT/CT截取单元、FPGA逻辑控制单元、DSP算法处理单元、HPI总线、PowerPC事务处理单元、主CPU单元、人机界面单元、以太网；装置内的PT/CT负责对三相电压、电流进行信号截取，送入高速16位A/D进行交流采样，精确控制采样周期与间隔，由FPGA负责完成对于A/D采样的控制逻辑；系统DSP通过其内部的EMDA单元自动采样，并在采样半周波之后通过中断的方式通知DSP处理器，DSP对数据进行管理并处理，整个过程周而复始的循环进行，DSP对采样数据进行各种算法分析，并将处理后的数据经由双口RAM转发至系统主CPU，主CPU负责人机事务处理，将DSP数据显示到界面，同时通过以太网将数据转发至远程终端或控制中心。 

进一步的，所述FPGA逻辑控制单元内部寄存器来控制FPGA对ADC的操作，实现等间隔采样，ADC每次采样完成产生一个中断信号，通知DSP的EDMA模块读取，当读满半个周波的数据时，通知DSP对数据进行处理。同时FPGA对GPS信号进行解析，并将结果传给PowerPC，作为系统对时，FPGA还对DI DO进行管理和操作。 

进一步的，DSP在初始化完成FPGA的设置后，启动ADC开始交流数据采样，并同时启动DSP内部的EDMA通道开始准备接收数据，这些工作由DSP内部控制逻辑实现；DSP的算法处理单元负责完成对采样数据的分析运算，运算后的结果通过双口RAM传输至系统主CPU，在DSP和系统主CPU之间增加一层双端口RAM作为数据缓冲，其中的双口RAM是由FPGA内部实现的。 

进一步的，主CPU单元通过内部LOCAL BUS总线来与外部数据进行接口，并通过内部的控制逻辑单元来将数据进行如下处理，一是将数据直接转发至上层图像库，由图像库负责将数据转化为各种曲线、饼图等并在线交由人机界面 显示，同时将数据打包转发至TCP/IP协议层，由以太网进行远程传输处理。本发明有如下优点 

(1)采用DSP+PowerPC双CPU架构，充分利用DSP的处理能力和PowerPC的存储、显示和界面的管理能力， 

(2)采用FPGA控制采样，增加采样控制的精度和灵活性。 

(3)通过FPGA开发出双口RAM，较独立使用双口RAM芯片，更可靠，成本更低。 

附图说明

图1为本发明系统架构逻辑框图； 

图2为本发明FPGA系统逻辑框图； 

图3为本发明DSP系统逻辑框图； 

图4为本发明主CPU系统逻辑框图。 

具体实施方式

图1所示，整个产品设计分为以下几个环节：由装置内的PT/CT负责对三相电压、电流进行信号截取，送入高速16位A/D进行交流采样。