電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)及其操作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)及其操作方法，屬于電力領(lǐng)域。所述電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)由信號連接的數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、MCU人機接口模塊、電源模塊組成。本發(fā)明具有很高的測量速度和測量精度，人機界面友好，易于操作，功能齊全，具有可擴展性，便于系統(tǒng)的硬件和軟件升級，具有很好的實用價值。
【專利說明】電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)及其操作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力領(lǐng)域，特別涉及一種電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)及其操作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)負載的復(fù)雜程度增加了，整流器、變頻器以及電弧爐等各種非線性負載在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和輸用電設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，電力線上傳輸?shù)囊呀?jīng)不再是純凈的50Hz交流電了，而變成包含著諧波和各種干擾的復(fù)雜的供電系統(tǒng)，這些負載的非線性、沖擊性和不平衡性使得電網(wǎng)的供電質(zhì)量日趨惡化，造成諸多的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)電能質(zhì)量問題，如浪涌干擾，高壓尖峰干擾，電壓跌落和驟變，電壓的諧波影響，電壓波動，三相不平衡等，所有這些帶來了許多新的問題，如電網(wǎng)中存在的大量諧波電壓和諧波電流會導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)子過熱，導(dǎo)致系統(tǒng)元件產(chǎn)生附加諧波損耗，降低用電設(shè)備的使用效率，縮短使用壽命；瞬變干擾引起計算機和單片機系統(tǒng)的死機，還可能引起自動裝置、繼電保護裝置誤動作和工業(yè)生產(chǎn)電子控制裝置失靈，使重要的生產(chǎn)過程中斷；功率因數(shù)降低導(dǎo)致?lián)p耗增加等等。所有的這些問題將會造成巨大的經(jīng)濟損失和生產(chǎn)事故，產(chǎn)生嚴重的安全隱患。
[0003]基于以上各種因素，為了電力系統(tǒng)的安全運行，電力終端用戶的安全用電，以及達到電力設(shè)備的要求，更為了降低損耗，提高用電效率，研究能夠在用戶設(shè)定的工作方式下(包括單項、三相三線和三相四線)，對電網(wǎng)各項參量進行檢測，同時實現(xiàn)電能質(zhì)量各項指標的測量和結(jié)果顯示的電力系統(tǒng)綜合測量裝置，進行電網(wǎng)監(jiān)測和電能治理成為近年來電力行業(yè)研究的新熱點。
[0004]電力參數(shù)監(jiān)測裝置的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段:第一代是指針式儀器，第二代是數(shù)字式測量儀器，第三代是智能儀器。
[0005]國內(nèi)廣泛采用統(tǒng)計型電壓表監(jiān)測電壓質(zhì)量水平，這些電壓監(jiān)測儀只能監(jiān)測電壓合格率，需要人工抄表，缺乏統(tǒng)計分析功能，而諧波和電壓波動、閃變的測量則用便攜式測量儀器，分別對變電站的各級母線電壓、主變壓器各側(cè)的諧波電流、電容器組的諧波電流進行測量，對大中型非線性負荷用戶和電廠以及低壓配電網(wǎng)電流進行測量，然后根據(jù)測量數(shù)據(jù)進行匯總、統(tǒng)計分析，對電網(wǎng)的電能質(zhì)量水平進行評估。
[0006]在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題:
上述的電能質(zhì)量監(jiān)測手段和管理模式存在著實時性差、測量指標少、工作量大、測量誤差大、效率低等明顯的局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明實施例提供了一種電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)及其操作方法。所述技術(shù)方案如下:
一方面，本發(fā)明提供了一種電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)，
所述電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)由信號連接的數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、MCU人機接口模塊、電源模塊組成。[0008]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括ADI公司的六通道模擬輸入16位串行可編程A/D轉(zhuǎn)換器AD73360。
[0009]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)處理模塊包括TI公司16位定點DSP處理器TMS320VC5402。
[0010]優(yōu)選地，所述MCU人機接口模塊中的單片機為TI公司的MSP430F149單片機。
[0011]另一方面，本發(fā)明還提供了一種電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)操作方法，
所述電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)操作方法包括:
開始；
系統(tǒng)上電復(fù)位DSP運行裝載程序；
系統(tǒng)初始化:控制初始化、GPIO初始化、EV初始化、McBSP初始化等；
開中斷；
AD73360進行數(shù)據(jù)采集；
數(shù)據(jù)處理及FFT諧波分析；
按鍵相應(yīng)及數(shù)據(jù)顯示和上位機通訊。
[0012]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
本系統(tǒng)具有很高的測量速度和測量精度，人機界面友好，易于操作，功能 齊全，具有可擴展性，便于系統(tǒng)的硬件和軟件升級，具有很好的實用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0014]圖1是本發(fā)明實施例一提供的電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
圖2是本發(fā)明實施例二提供的電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)操作方法的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0015]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0016]實施例一
本發(fā)明實施例一提供了一種電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)，參見圖1，所述電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)由信號連接的數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、MCU人機接口模塊、電源模塊組成。
[0017]具體地，數(shù)據(jù)采集模塊包括ADI公司的六通道模擬輸入16位串行可編程A/D轉(zhuǎn)換器AD73360。此芯片具有6個模擬量輸入通道，特別適合于三相制電力運行參數(shù)測控。這6個通道可同時采樣，并且無須CPU干涉，每個通道可輸出長度為16位的數(shù)字量，計算可知，16位A/D的分辨率理論上可達0.00153%，完全滿足系統(tǒng)精度要求。AD73360采用交流耦合的差分輸入，通過McBSP接口與TMS320VC5402相連，接口信號線的數(shù)目只有6條，簡捷高效。
[0018]具體地，數(shù)據(jù)處理模塊包括TI公司16位定點DSP處理器TMS320VC5402。
[0019]TMS320VC5402的片內(nèi)存儲空間分為三個可選擇的部分，分別是64K字的程序空間、數(shù)據(jù)空間和I/o空間。TMS320VC5402具有16K字片內(nèi)DARAM和4K字的ROM，可以外擴最大IMX 16位的R0M、64K字RAM、64KI/0。TMS320VC5402所有片內(nèi)和片外程序存儲器以及片內(nèi)和片外數(shù)據(jù)存儲器分別統(tǒng)一變址，因此，通過工作方式寄存器PMST的3個位控信息MP/MC、OVLY、
DR0M，可以方便地將片內(nèi)RAM定義為程序或數(shù)據(jù)存儲器。
[0020]MCU選用一款高性能單片機MSP430F149負責數(shù)據(jù)的再處理以及顯示、鍵盤控制、開關(guān)量輸入輸出等，與DSP構(gòu)成一個主從式系統(tǒng)。
[0021]利用C5402自帶的HP1-8接口實現(xiàn)與單片機的通信，雙方通過共享C5402的片上存儲器來完成通信，單片機為主控部分，采用端口方式直接訪問HPI 口。
[0022]具體地，MCU人機接口模塊中的單片機為TI公司的MSP430F149，MSP430F149采用“馮諾依曼”結(jié)構(gòu)，RAM、ROM和全部外圍模塊都位于同一個地址空間內(nèi)，最大尋址地址為62KB (60K的FLASH ROM，2K的RAM)。內(nèi)部還集成有I個硬件乘法器、I個精確的模擬比較器、2個具有捕獲/比較寄存器的定時器、8路12位A/D轉(zhuǎn)換器、片內(nèi)看門狗定時器、2個串行通信接口以及48個I/O引腳，每個I/O 口分別對應(yīng)輸入、輸出、功能選擇、中斷等多個寄存器，使得功能口和通用I/O 口可復(fù)用，大大增強了端口功能和靈活性，提高了對外圍設(shè)備的開發(fā)能力。
[0023]同時，MSP430F149是FLASH存儲器型單片機，具有良好的仿真開發(fā)技術(shù)，設(shè)置有JTAG仿真接口和高級語言編譯器。在系統(tǒng)支持軟件下，在線實現(xiàn)對目標系統(tǒng)的硬件調(diào)試及軟件開發(fā)，包括匯編、C語言、連接及動態(tài)調(diào)試，具有單步、多斷點和跟蹤，并且開放全部存儲器、寄存器，可以方便可靠地對系統(tǒng)進行硬件、軟件開發(fā)。
[0024]具體地，液晶顯示電路為金鵬電子有限公司0CM12864-3型液晶顯示屏。0CM12864-3是一種128*64點陣(EL背光)的液晶顯示器，它由兩片帶控制器的列驅(qū)動電路KS0108和一片行驅(qū)動電路KS0107組成主要硬件電路，KS0108將控制顯示屏分為左右半屏，通過CS1、CS2選擇。
[0025]電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)以TI公司的TMS320VC5402芯片為核心，包括電流/電壓隔離電路、信號調(diào)理及A/D采樣電路、以16位低功耗單片機MSP430F149為核心的人機接口電路以及系統(tǒng)輔助電源，實現(xiàn)了對包括三相電流電壓在內(nèi)的各電參量的測量、顯示控制以及通信等功能。整個系統(tǒng)以準確采樣與處理為基礎(chǔ)，兼顧整體的設(shè)計簡單，成本低廉等因素。
[0026]首先三相電壓/電流經(jīng)過精密電壓電流互感器轉(zhuǎn)換后濾除高次諧波，再經(jīng)過信號調(diào)理電路變換為適合AD73360采樣的信號進行采樣。AD73360將采樣完成后將數(shù)字信號送ADSP0由DSP對采樣數(shù)據(jù)作進一步作抗混疊處理后，計算出各電力參數(shù)并通過快速傅里葉算法進行諧波分析，并將各需要參數(shù)進行存儲。經(jīng)過DSP處理后的各實時電參量經(jīng)通訊單元送給以MSP430F149為核心的上位機進行顯示。系統(tǒng)設(shè)計有鍵盤輸入控制電路以及IXD液晶顯示電路，實現(xiàn)友好、直觀的人機接口。
[0027]綜上，電力參數(shù)實時測量系統(tǒng)的最終目標是以高速處理器DSP為核心，通過FFT數(shù)字信號處理算法實現(xiàn)三相電力基本參數(shù)及電能質(zhì)量參數(shù)的實時、準確測量，本系統(tǒng)的具體功能如下:
(I)實現(xiàn)對三相六路電網(wǎng)信號的同步采集，通過數(shù)字信號處理算法實現(xiàn)對電力基本參數(shù)的實時測量，包括:三相電壓、電流有效值，有功功率，無功功率，視在功率，功率因數(shù)等；六路被測電網(wǎng)信號電能質(zhì)量參數(shù)的實時測量，包括:電壓偏差，頻率偏差等；
(2)諧波分析，通過算法計算諧波電壓電流幅值、頻率、相位等；
(3)通過鍵盤選擇各路電網(wǎng)信號、被測參數(shù)等，對測量結(jié)果進行顯示。
[0028]實施例二
本發(fā)明實施例二提供了一種電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)操作方法，參見圖2，所述電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)操作方法包括:
DSP程序設(shè)計首先要完成DSP的BOOTLOADER引導(dǎo)程序并開始系統(tǒng)的初始化。本系統(tǒng)MP/MC引腳接地，上電RESET時，DSP選擇微計算機方式，程序從內(nèi)部ROM的FF80H地址開始運行，在FF80H處有一跳轉(zhuǎn)到BOOT程序的指令，執(zhí)行內(nèi)部固化好的BOOT程序。
[0029]軟件先要完成對系統(tǒng)各個硬件的初始化，初始化的主要功能是讀入系統(tǒng)程 序初始化代碼，將運行所需的各種數(shù)據(jù)設(shè)置初值，由初始化函數(shù)init_PQMonitor() 來完成；初始化對象包括TMS320VC5402，AD73360、異步通信模塊、時鐘等。
[0030]為了使串口能夠配合AD73360開始工作，需要對DSP的McBSP串口進行設(shè)置，其中包括對字長、允許產(chǎn)生中斷的設(shè)置等。開始工作后串口的時鐘由AD73360產(chǎn)生，接著由設(shè)置好的串口對A/D進行初始化，打開六路采樣通道，設(shè)置采樣模式等。然后打開INTO中斷。INTO由PLL電路產(chǎn)生，由此來實現(xiàn)同步采樣。DSP在收到INTO后，打開發(fā)送中斷向A/D發(fā)送采樣指令，并同時打開數(shù)據(jù)接收中斷開始接收數(shù)據(jù)，采樣后對數(shù)據(jù)進行FFT分析以及處理后的數(shù)據(jù)顯示與傳輸。
[0031]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
本系統(tǒng)具有很高的測量速度和測量精度，人機界面友好，易于操作，功能齊全，具有可擴展性，便于系統(tǒng)的硬件和軟件升級，具有很好的實用價值。
[0032]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)，其特征在于， 所述電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)由信號連接的數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、MCU人機接口模塊、電源模塊組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)采集模塊包括ADI公司的六通道模擬輸入16位串行可編程A/D轉(zhuǎn)換器AD73360。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)處理模塊包括TI公司16位定點DSP處理器TMS320VC5402。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)，其特征在于， 所述MCU人機接口模塊中的單片機為TI公司的MSP430F149單片機。
5.一種如權(quán)利要求1所述的電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)操作方法，其特征在于， 所述電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)操作方法包括: 開始； 系統(tǒng)上電復(fù)位DSP運行裝載程序； 系統(tǒng)初始化:控制初始化、GPIO初始化、EV初始化、McBSP初始化等； 開中斷； AD73360進行數(shù)據(jù)采集； 數(shù)據(jù)處理及FFT諧波分析； 按鍵相應(yīng)及數(shù)據(jù)顯示和上位機通訊。
【文檔編號】G01R22/10GK103454493SQ201310420681
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】孫世五, 王金成 申請人:國網(wǎng)河南省電力公司焦作供電公司