專利名稱：電力系統(tǒng)變頻諧波測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及DSP技術(shù)與快速傅氏算法相結(jié)合的變頻諧波測量裝置。屬于電力系統(tǒng)諧波測量技術(shù)領(lǐng)域。
二背景技術(shù)：
現(xiàn)有的諧波測量技術(shù)及分析儀器，部分采用普通單片機作為CPU，外接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，及存儲器和軟件構(gòu)成微機電力諧波分析儀
器，這種類型的諧波分析裝置精度低，實時性較差，已經(jīng)不能滿
足電力行業(yè)快速發(fā)展的要求。也有部分諧波測量儀器采用POWERPC芯片作為處理核心，采用了定頻采樣的方法，這種方案成本高，
軟件處理復(fù)雜。
三、 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型為了克服現(xiàn)有的諧波測量裝置測量精度低、實時性差、成本高的不足，提供一種可以對電力系統(tǒng)諧波進行快速準(zhǔn)確測量的低成本的電力系統(tǒng)變頻諧波測量裝置。其技術(shù)是這樣實現(xiàn)的包括DSP單元、交流單元、電源單元、開入開出單元以及顯示單元在內(nèi)的結(jié)構(gòu)，其特征在于其連接采用DSP單元和電源單元都分別與交流單元、顯示單元、開入開出單元連接；DSP單元的內(nèi)部連接是采用DSP和16bit BUS連接，DSP通過HPI連接顯示單元，DSP通過RS485與PC機連接，DSP通過外部中斷與頻率測量電路連接；16bit BUS和FLASH、 SDRAM和AD連接；AD則和二階RC濾波連接；對輸入模擬信號的采樣間隔根據(jù)精確測得的頻率動態(tài)調(diào)整，即變頻采樣;DSP單元、顯示單元都采用了 CPU智能控制器；DSP單元的CPU是低成本低功耗高性能嵌入式DSP處理器；DSP單元、顯示單元之間通過HPI接口進行通訊；電源單元采用了開關(guān)電源；其數(shù)據(jù)處理過程是-
(1)通過信號調(diào)理電路將輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為與基波對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方波信號，再通過DSP的外部中斷來精確測量頻率。根據(jù)測得的頻率來動態(tài)設(shè)置定時器，調(diào)節(jié)對各路待測的輸入模擬信號的采樣間隔，DSP根據(jù)此間隔進行采樣，結(jié)果存儲于循環(huán)緩沖區(qū)中；對
采樣結(jié)果進行處理，然后進行離散傅立葉變換；計算出諧波數(shù)據(jù)，通過顯示單元顯示，
(2) DSP單元采用DSP芯片作為處理器，顯示單元則采用獨立的8051單片機，
(3) DSP單元完成模數(shù)轉(zhuǎn)換、測量算法計算、計算結(jié)果存儲、通訊等功能；DSP單元是整個裝置的核心部分，基于TMS320VC55X系列數(shù)字信號處理器，外接16位AD轉(zhuǎn)換器以及大容量的FLASH、SDRAM存儲器，實時對電力信號進行檢測，同時對測量結(jié)果做進一步的處理，同時保留了通用的485端口，采用MODBUS通訊協(xié)議，支持設(shè)備間的通訊，實現(xiàn)遠程控制；
交流單元將輸入強電信號轉(zhuǎn)換成幅值為± 5V范圍內(nèi)的電壓信號，同時將輸入與輸出做光電隔離，把輸出信號送二階有源低通濾波電路，然后送至DSP單元AD輸入端。
DSP單元軟件部分包括頻率測量、采集頻率設(shè)置、AD中斷采集、采集數(shù)據(jù)管理、數(shù)字信號處理濾波、計算數(shù)據(jù)存儲、事件報告及
顯示單元的通訊，DSP單元保留485端口，實現(xiàn)與遠程平臺的通訊需要，支持MODBUS通訊協(xié)議，
(4) 電源單元輸入交直流85V--265V，輸出可供其他各單元工作的工作電源，
(5) 顯示單元提供了人機接口，顯示單元與DSP單元按照一定的協(xié)議通過HPI端口進行通訊，實時顯示測量結(jié)果，同時可以通過按鍵的選擇設(shè)定測量參數(shù)達到不同的保護功能，并將參數(shù)保存在鐵電存儲器中。實施該技術(shù)后的優(yōu)點和效果在于:測量范圍廣基于離散傅立葉變換實現(xiàn)諧波測量，包括各次諧波的幅值、電流、電壓、頻率、功率、電度、功率因數(shù)、需量等，同時適用于輸入信號基波頻率范圍可在10Hz-100Hz:準(zhǔn)確度高采用16位高速AD，每周期內(nèi)采樣256點，采樣頻率以信號頻率為基準(zhǔn)，當(dāng)采樣頻率與信號頻率非同步的情況下，能及時校正采樣頻率，對信號諧波進行準(zhǔn)確跟蹤測量，同時顯示部分采用獨立單片機，HPI通訊基本不占用DSP時間，不影響DSP運算實時性好DSP主頻300MHZ,帶有雙乘法器，能對31次諧波進行實時測量，同時提供多種附加功能:
適用范圍廣采用開關(guān)電源，適用于寬范圍交直流電源輸入成本低TMS320VC55X是一款性價比極高的數(shù)字處理芯片，其余芯片比如SDRAM等均成本低操作維護方便顯示單元中的單片機作為輔助處理器，根據(jù)一定的協(xié)議與DSP單元進行通訊，帶有鍵盤和LCD，為本裝置提供了完善的人機接口功能。四

圖l為諧波測量裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為DSP單元結(jié)構(gòu)示意其中，1-DSP單元、2-交流單元、3-電源單元、4-開入開出單元、5-顯示單元、6-DSP、 7-二階RC濾波、8_AD、 9-頻率測量電路、丄0-FLASH、 11-SDR扁、12-16bit BUS、 13-PC機;五具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明
見附圖1、 2，諧波測量裝置的連接是采用DSP單元(1)和電源單元(3)都分別與交流單元(2)、顯示單元(5)、開入開出單元(4)連接。DSP單元的內(nèi)部連接是采用DSP (6)和16bit BUS(12)連接，DSP (6)通過HPI連接顯示單元(5), DSP (6)通過RS485與PC機(13)連接，DSP (6)通過外部中斷與頻率測量電路(9)連接;16bit BUS (12)和FLASH (10)、 SDRAM (11)和AD (8)連接；AD (8)則和二階RC濾波(7)連接。
見附圖l、 2，在電力系統(tǒng)中，需要保護及測控的場合下，三相電壓及電流接入交流單元(2)，轉(zhuǎn)換為AD采樣范圍內(nèi)的電壓信號后，進入DSP單元(1)的二階RC濾波和AD通道，完成采樣；而顯示單元(5)通過面板選擇諧波次數(shù)及其他各種測量數(shù)據(jù)，從HPI接口讀取DSP單元(1)的計算結(jié)果，并顯示在液晶屏上。
模擬信號通過二階RC濾波(7)送至AD (8),同時送至頻率測量電路(9)， DSP (6)根據(jù)外部中斷測得輸入信號的基波頻率，根據(jù)這個頻率值動態(tài)調(diào)整采樣頻率，通過16bit BUS (12)控制AD (8)并讀取采樣結(jié)果，采樣結(jié)果和運算結(jié)果保存在SDRAM (11)中；DSP (6)通過HPI和顯示單元(5)通訊，將實時數(shù)據(jù)通過顯示單元(5)顯示，而顯示單元(5)通過按鍵設(shè)置，可以將設(shè)置定值送給DSP (6); PC機(13)通過通訊可以讀取實時數(shù)據(jù)，也可將定值設(shè)置送給DSP (6); DSP (6)檢査定值無誤后，將其保存在FLASH (10)中，F(xiàn)LASH (10)中同時也保存系統(tǒng)程序。
權(quán)利要求1.電力系統(tǒng)變頻諧波測量裝置，包括DSP單元(1)、交流單元(2)、電源單元(3)、開入開出單元(4)以及顯示單元(5)在內(nèi)的結(jié)構(gòu)，其特征在于其連接采用DSP單元(1)和電源單元(3)都分別與交流單元(2)、顯示單元(5)、開入開出單元(4)連接；DSP單元的內(nèi)部連接是采用DSP(6)和16bit BUS(12)連接，DSP(6)通過HPI連接顯示單元(5)，DSP(6)通過RS485與PC機(13)連接，DSP(6)通過外部中斷與頻率測量電路(9)連接；16bit BUS(12)和FLASH(10)、SDRAM(11)和AD(8)連接；AD(8)則和二階RC濾波(7)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)變頻諧波測量裝置，其特征在于 對輸入模擬信號的采樣間隔根據(jù)精確測得的頻率動態(tài)調(diào)整，即變頻采樣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)變頻諧波測量裝置，其特征在于[)SP單元(1)、顯示單元(5)都采用了CPU智能控制器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力系統(tǒng)變頻諧波測量裝置，其特征在于:DSP單元(1)的CPU是低成本低功耗高性能嵌入式DSP處理器。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力系統(tǒng)變頻諧波測量裝置，其特征在于: DSP單元(1)、顯示單元(5)之間通過HPI接口進行通訊。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電力系統(tǒng)變頻諧波測量裝置，其特征在于: 電源單元(3)采用了開關(guān)電源。
專利摘要本實用新型為一種電力系統(tǒng)變頻諧波測量裝置，包括DSP單元、交流單元、電源單元、開入開出單元、顯示單元；電源單元直接與其它模塊的直接通訊；交流單元對輸入交流信號進行變換，DSP單元與交流單元、顯示單元和開入開出單元連接，由此來實現(xiàn)電力系統(tǒng)諧波的測量，實現(xiàn)的電力系統(tǒng)變頻諧波測量裝置具有測量范圍廣、準(zhǔn)確度高、實時性好、適用范圍廣、成本低、操作維護方便的特點。
文檔編號G01R23/00GK201364361SQ200920067140
公開日2009年12月16日 申請日期2009年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月19日
發(fā)明者劉堯華, 鋒 張, 琦 王, 王曉輝 申請人:上海華建電力設(shè)備股份有限公司