一種基于希爾伯特-黃變換的雙cpu電能質量檢測儀的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力系統(tǒng)領域，更具體地說，是一種基于希爾伯特-黃變換的雙CPU電能質量檢測儀。
【背景技術】
[0002]近年來，依托電力電子技術發(fā)展起來的各種大功率的非線性負荷日益增多，由于它們非線形、沖擊性和不平衡的用電特性，致使電能質量降低。電能質量低劣對電網(wǎng)的安全運行十分不利，會嚴重干擾電網(wǎng)的經(jīng)濟穩(wěn)定運行，影響通訊及電力電子設備的安全運行，對電能質量要求較高的電力用戶造成嚴重的經(jīng)濟損失。故對電網(wǎng)諧波進行監(jiān)測與分析從而提高和改善電能質量具有重要的現(xiàn)實意義。
[0003]中國專利CN:201196659Y提出了一種便攜式電力品質監(jiān)測儀，該裝置采用FPGA+DSP的并行結構實現(xiàn)多通道的同步采樣與數(shù)據(jù)分析，采用FFT、連續(xù)小波變換和自適應濾波相結合的方法來實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電力品質參數(shù)的分析計算。專利CN203949996U設計了一種無線電能質量分析儀，采用電源組件實現(xiàn)了不用外接電源也能工作，采用通信組件解決了在有線連接使得移動受到限制的問題。專利CN203909191U提出了一種基于ARM和FPGA的電能質量分析系統(tǒng)，采用FPGA模塊實現(xiàn)基于硬件的并行運算和更快的計算速度，采用ARM模塊實現(xiàn)更好地通信能力等。上述申請案雖均能完成電能質量的檢測與分析，但上述申請案的結構設計復雜，分析實時性差，測量精度不高，仍需進一步改進。
[0004]HHT (希爾伯特一黃變換)算法是一種由經(jīng)驗模態(tài)分解法(EMD)和Hilbert變換(HT)組成的算法，運用于電能質量分析中，將采集到電能質量擾動信號應用HHT算法，就可以得到相對應時刻的瞬時頻率和幅值，同時可以精確地檢測出諧波的幅值和頻率。將HHT算法運用于電能質量分析能夠減少運算量以及提高數(shù)據(jù)的實時性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對目前電能質量監(jiān)測儀分析實時性差、測量精度不高、結構設計復雜、制造成本高等問題，本實用新型提出了一種基于希爾伯特-黃變換的雙CPU電能質量檢測儀，該檢測儀采用雙CPU模塊作為信號處理平臺，通過檢測數(shù)據(jù)采集單元傳遞過來的數(shù)字信號來尋找電能質量擾動信號。
[0006]本實用新型所采用的技術方案是:
[0007]—種基于希爾伯特-黃變換的雙CPU電能質量檢測儀，包括數(shù)據(jù)采集模塊、雙CPU模塊、終端處理模塊，數(shù)據(jù)采集模塊與電網(wǎng)連接，數(shù)據(jù)采集模塊用于將電網(wǎng)的電壓和電流轉換成數(shù)字信號，傳遞給雙CPU模塊，雙CPU模塊通過USB端口與終端處理模塊連接。所述雙CPU模塊包括DSP處理單元、雙口 RAM單元、ARM單元，所述DSP處理單元數(shù)據(jù)處理部分編入HHT算法，DSP處理單元的輸入端與數(shù)據(jù)采集模塊相連，DSP處理單元的輸出端與雙口 RAM單元相連，ARM單元的輸入端與雙口 RAM模塊相連，ARM單元的輸出端連接終端處理模塊。
[0008]所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓互感器、電流互感器、信號調理單元、模數(shù)轉換單元，所述電壓互感器、電流互感器都與電網(wǎng)相連，電壓互感器的輸出端、電流互感器的輸出端均與信號調理單元相連，信號調理單元的輸出端與模數(shù)轉換單元相連。
[0009]電壓互感器和電流互感器將測得的電壓和電流轉換成弱電模擬信號，經(jīng)信號調理單元傳輸?shù)侥?shù)轉換單元，模數(shù)轉換單元將接收的模擬信號轉換為數(shù)字信號。
[0010]所述數(shù)據(jù)采集模塊、雙CPU模塊均處于金屬屏蔽裝置內(nèi)，有利于降低電磁干擾，減小測量誤差。
[0011]所述終端處理模塊為工控機或者筆記本電腦，用于對接收的信號進行數(shù)據(jù)分析和參數(shù)顯示等。
[0012]所述電壓互感器采用SPT204A型電壓互感器。
[0013]所述電流互感器采用SCT240B型電流互感器。
[0014]所述模數(shù)轉換單元采用高精度的ADS8365芯片。
[0015]本實用新型一種基于希爾伯特-黃變換的雙CPU電能質量檢測儀，技術效果如下:
[0016]I)、其雙CPU模塊由DSP處理單元+雙口 RAM單元+ARM單元構成，其中DSP單元專門負責做數(shù)據(jù)的分析與處理；雙口 RAM單元以共享存儲器的方式實現(xiàn)DSP和ARM單元的數(shù)據(jù)交換和協(xié)同工作，并在軟件和硬件與之配合。ARM單元主要負責人機交互任務以及數(shù)據(jù)存儲。采用這種設計能夠簡化硬件系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的實時性和可靠性，并且在數(shù)據(jù)傳送過程中能夠減少各種資源的耗費。
[0017]2),DSP處理單元數(shù)據(jù)處理部分編入希爾伯特-黃變換(HHT)，為現(xiàn)有的成熟算法，其諧波監(jiān)測通過希爾伯特-黃變換(HHT)方法，可以確定電能質量擾動信號的時間、頻率和幅值信息，同樣也可以精確的檢測出諧波的幅值和頻率。采用這種方法能夠減少運算量，提高數(shù)據(jù)的實時性，也能克服快速傅立葉變換(FFT)方法的缺點。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0019]圖2是本實用新型的硬件結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]一種基于希爾伯特-黃變換的雙CPU電能質量檢測儀，包括數(shù)據(jù)采集模塊、雙CPU模塊、終端處理模塊，數(shù)據(jù)采集模塊與電網(wǎng)連接，數(shù)據(jù)采集模塊用于將電網(wǎng)的電壓和電流轉換成數(shù)字信號，傳遞給雙CPU模塊，雙CPU模塊通過USB端口與終端處理模塊連接。所述雙CPU模塊包括DSP處理單元、雙口 RAM單元、ARM單元，所述DSP處理單元數(shù)據(jù)處理部分編入HHT算法，DSP處理單元的輸入端與數(shù)據(jù)采集模塊相連，DSP處理單元的輸出端與雙口 RAM單元相連，ARM單元的輸入端與雙口 RAM單元相連，ARM單元的輸出端連接終端處理模塊。DSP處理單元對模數(shù)轉換過來的數(shù)字信號進行分析和處理，雙口 RAM單元負責DSP處理單元和ARM單元的數(shù)據(jù)交換，并且配合DSP處理單元和ARM單元，ARM單元負責人機交換和數(shù)據(jù)存儲。終端處理模塊對ARM單元傳遞的信號進行數(shù)據(jù)分析、參數(shù)顯示和數(shù)據(jù)保存等。
[0021]所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓互感器、電流互感器、信號調理單元、模數(shù)轉換單元，所述電壓互感器、電流互感器都與電網(wǎng)相連，電壓互感器的輸出端、電流互感器的輸出端均與信號調理單元相連，信號調理單元的輸出端與模數(shù)轉換單元相連。
[0022]電壓互感器和電流互感器將測得的電壓和電流轉換成弱電模擬信號，經(jīng)信號調理單元傳輸?shù)侥?shù)轉換單元，模數(shù)轉換單元將接收的模擬信號轉換為數(shù)字信號。
[0023]所述數(shù)據(jù)采集模塊、雙CPU模塊均處于金屬屏蔽裝置內(nèi)，有利于降低電磁干擾，減小測量誤差。
[0024]所述終端處理模塊為工控機或者筆記本電腦，用于對接收的信號進行數(shù)據(jù)分析和參數(shù)顯示等。
[0025]所述電壓互感器采用SPT204A型電壓互感器。
[0026]所述電流互感器采用SCT240B型電流互感器。
[0027]所述模數(shù)轉換單元采用高精度的ADS8365芯片。
[0028]所述DSP處理單元數(shù)據(jù)處理部分編入HHT算法，希爾伯特-黃變換(HHT)算法，是對電能質量擾動信號:電壓凹陷、電壓凸起、電壓間斷、暫態(tài)震蕩、暫態(tài)脈沖等；以及諧波:整數(shù)次諧波和間諧波進行檢測及時頻分析的方法。
[0029]本實用新型一種基于希爾伯特-黃變換的雙CPU電能質量檢測儀，采用雙CPU模塊作為信號處理平臺，通過檢測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集模塊傳遞過來的數(shù)字信號，來尋找電能質量擾動信號。雙CPU模塊能夠簡化硬件系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的實時性和可靠性。利用希爾伯特-黃變換(HHT)方法進行諧波檢測，可以提高信號檢測的準確度。
【主權項】
1.一種基于希爾伯特-黃變換的雙CPU電能質量檢測儀，包括數(shù)據(jù)采集模塊、雙CPU模塊、終端處理模塊，其特征在于， 數(shù)據(jù)采集模塊與電網(wǎng)連接，數(shù)據(jù)采集模塊用于將電網(wǎng)的電壓和電流轉換成數(shù)字信號，傳遞給雙CPU模塊，雙CPU模塊通過USB端口與終端處理模塊連接； 所述雙CPU模塊包括DSP處理單元、雙口 RAM單元、ARM單元，所述DSP處理單元數(shù)據(jù)處理部分編入HHT算法，DSP處理單元的輸入端與數(shù)據(jù)采集模塊相連，DSP處理單元的輸出端與雙口 RAM單元相連，ARM單元的輸入端與雙口 RAM模塊相連，ARM單元的輸出端連接終端處理模塊。2.根據(jù)權利要求1所述一種基于希爾伯特-黃變換的雙CPU電能質量檢測儀，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)采集模塊包括電壓互感器、電流互感器、信號調理單元、模數(shù)轉換單元，所述電壓互感器、電流互感器都與電網(wǎng)相連，電壓互感器的輸出端、電流互感器的輸出端均與信號調理單元相連，信號調理單元的輸出端與模數(shù)轉換單元相連； 電壓互感器和電流互感器將測得的電壓和電流轉換成弱電模擬信號，經(jīng)信號調理單元傳輸?shù)侥?shù)轉換單元，模數(shù)轉換單元將接收的模擬信號轉換為數(shù)字信號。3.根據(jù)權利要求1或2所述一種基于希爾伯特-黃變換的雙CPU電能質量檢測儀，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊、雙CPU模塊均處于金屬屏蔽裝置內(nèi)。4.根據(jù)權利要求1或2所述一種基于希爾伯特-黃變換的雙CPU電能質量檢測儀，其特征在于，所述終端處理模塊為工控機或者筆記本電腦。5.根據(jù)權利要求2所述一種基于希爾伯特-黃變換的雙CPU電能質量檢測儀，其特征在于，所述電壓互感器采用SPT204A型電壓互感器。6.根據(jù)權利要求2所述一種基于希爾伯特-黃變換的雙CPU電能質量檢測儀，其特征在于，所述電流互感器采用SCT240B型電流互感器。7.根據(jù)權利要求2所述一種基于希爾伯特-黃變換的雙CPU電能質量檢測儀，其特征在于，所述模數(shù)轉換單元采用高精度的ADS8365芯片。
【專利摘要】一種基于希爾伯特-黃變換的雙CPU電能質量檢測儀，包括數(shù)據(jù)采集模塊、雙CPU模塊、終端處理模塊，數(shù)據(jù)采集模塊與電網(wǎng)連接，數(shù)據(jù)采集模塊用于將電網(wǎng)的電壓和電流轉換成數(shù)字信號，傳遞給雙CPU模塊，雙CPU模塊通過USB端口與終端處理模塊連接。所述雙CPU模塊包括DSP處理單元、雙口RAM單元、ARM單元，所述DSP處理單元數(shù)據(jù)處理部分編入HHT算法，DSP處理單元的輸入端與數(shù)據(jù)采集模塊相連，DSP處理單元的輸出端與雙口RAM單元相連，ARM單元的輸入端與雙口RAM模塊相連，ARM單元的輸出端連接終端處理模塊。本實用新型一種基于希爾伯特-黃變換的雙CPU電能質量檢測儀，該檢測儀采用雙CPU模塊作為信號處理平臺，通過檢測數(shù)據(jù)采集單元傳遞過來的數(shù)字信號來尋找電能質量擾動信號。
【IPC分類】G01R31/00, G01R23/02
【公開號】CN204731345
【申請?zhí)枴緾N201520494390
【發(fā)明人】黃悅華, 鎮(zhèn)凡迪, 李振華, 程江洲, 陳晨
【申請人】三峽大學
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月10日