[发明专利]一种基于ARM和FPGA的电能质量在线监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及电能质量分析技术领域，特别涉及一种基于ARM和FPGA的电能质量在线监测系统。

背景技术

随着电力电子技术的发展，直流输电、大功率单相整流技术在工业部门和用电设备上被广泛应用，如在铁道上的应用等，这些导致电流波形畸变和三相不平衡日益严重。在电网中，三相负荷不平衡、电力系统谐振接地等会产生负序，大功率整流和非线性设备等会产生谐波。负序和谐波严重影响了供电质量。

国内对于电能质量研究起步较晚，上世纪80年代有科研院所开始谐波的研究工作，随后有一些公司开始致力于电能质量检测装置的开发和研究工作，并取得了一定的成果。但总体而言，测量精度较国际先进水平还有较大差距；人机界面简陋，操作体验差；不具瞬变电压的检测功能，结构简单，功能单一。同时，大多需要现场抄表或者效率低下。

发明内容

本发明提供一种基于ARM和FPGA的电能质量在线监测系统，解决现有技术中电能质量分析精度低，人机操作繁琐，抗干扰能力差，采样频率低，数据采集效率低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了基于ARM和FPGA的电能质量在线监测系统，包括：电能质量分析仪、数据采集服务器、本地监控终端以及远程监控终端；

所述电能质量分析仪与所述数据采集服务器相连，所述本地监控终端和所述远程监控终端分别与所述数据采集服务器相连；

所述电能质量分析仪包括：电压测量结构、第一滤波电路、电流测量结构、第二滤波电路、频率跟踪模块、模数转换芯片、现场可编程门阵列、ARM处理器、液晶显示器以及按键模组；

所述电压测量结构通过所述第一滤波电路与所述模数转换芯片相连；所述电流测量结构通过所述第二滤波电路与所述模数转换芯片相连；

所述模数转换芯片与所述现场可编程门阵列相连；

所述第一滤波模块通过所述频率跟踪模块与所述现场可编程门阵列相连；

所述现场可编程门阵列与所述ARM处理器相连；

所述ARM处理器分别与所述液晶显示器以及按键模组相连。

进一步地，所述电能质量分析仪包括：第一电能质量分析仪和/或第二电能质量分析仪/或第三电能质量分析仪；

其中，所述第一电能质量分析仪采用IEC61850标准，所述第二电能质量分析仪采用除所述IEC61850标准外的其他标准协议，所述第三电能质量分析仪采用自定义的通信协议。

进一步地，所述频率跟踪模块包括：频率跟踪电路；

所述频率跟踪电路分别与所述第一滤波电路和所述现场可编程门阵列相连。

进一步地，所述模数转换芯片采用AD7606同步采样模数数据采集芯片。

进一步地，所述第一滤波电路和所述第二滤波器采用二阶有源低通滤波器。

进一步地，所述电压测量结构包括：电压互感器；

所述电压互感器与所述第一滤波电路相连。

进一步地，所述电压互感器的数量为两个以上。

进一步地，所述电流测量结构包括：电流互感器；

所述电流互感器与所述第二滤波电路。

进一步地，所述电流互感器的数量为两个以上。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例中提供的基于ARM和FPGA的电能质量在线监测系统，采用ARM处理器协同现场可编程门阵列的架构，现场可编程门阵列控制模数转换芯片进行数据采集和数据分析，复杂的人际交互和通信功能由ARM处理器实现，从而提升装置的工作效率和操作便捷性。本装置通道配备对应的滤波电路，消除频率混叠现象，从而在硬件上保证了测量计算的准确性。本装置所有通道同步采样，保证了所有通道在同一时刻采样点的一致性。该技术克服了传统锁相环同步采样技术存在的跟踪速度慢，倍频数低等缺陷，在保证快速动态响应的同时实现了高速同步采样，消除了锁相电路的累计相位误差，提升了分析性能和精度。通过建立数据采集服务器和本地监控终端以及远程监控终端的通信，提升数据采集效率。

进一步地，本装置采用高精度模数转换芯片，配合多通道高频率采样从而实现高电压、电流测量精度。

进一步地，本装置每通道配备单独的二阶有源低通滤波器，在正常量程范围内截止频率是14KHz，在满量程范围内截止频率是22KHz，完全符合电能质量输入信号范围，从而在硬件上保证了测量计算的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于ARM和FPGA的电能质量在线监测系统的结构示意图；