CN201156058Y - 智能型电能质量分析仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电网电能质量检测领域，公开一种智能型电能质量分析仪表，它包括模拟板、核心板、接口板和电源模块等组成。其中，核心模块上有微处理器模块，其内部的电能质量分析软件还包括通讯发送接收程序，打印机驱动程序和闪存设备驱动程序。本实用新型能与远端管理计算机或设备以有线或无线方式进行数据通讯，实现远程管理或组网，还可通过有线或无线连接实现系统软件的在线升级；本实用新型能对特定的波形信息或报表进行打印，以便于分析。它可作为电力指示仪表，电网谐波分析仪表，电能质量分析仪表和电能计量设备灵活地应用于电力自动化各领域，便于使用和管理，确保运行安全。

Description

智能型电能质量分析仪

技术领域：

本实用新型专利属于电网电能质量测量与分析技术领域，涉及电网谐波分析和电能计量及质量评估。

背景技术：

随着电子技术，电力电子技术的空前地发展，像开关电源，可控硅整流器，变频器等这样的非线性电力设备大量地使用，在高效节能的同时，给电网带来了非常大的干扰，特别是谐波，间谐波等的大量涌现，常使得中线电流超过相线电流值，从而给工业生产级设备造成很大的损失，如设备过早老化，电网过热从而导致火灾等。除谐波外，还有电压的波动与闪变等对电网的影响，同样会给电网造成污染，从而影响设备的正常工作。为了检测和尽早的发现电网问题，减少损失，各国先后采取了相关措施，如电网谐波，电压瞬变及闪变等各个方面的分析仪器对电网的活动情况进行监视，并对异活动及电能统计综合进行分析评估。而目前市场上所出现的电网质量检测仪表大多是谐波分析仪表和电能计量仪表相互独立，因而有不同的测量精度，从而导致综合评估结果不够精确。为此需要将谐波分析功能和电能计量功能做在同一设备中。

发明内容：

本实用新型的主要目的是解决现有谐波分析仪表的缺陷，提供一种集谐波分析和电能计量于一体的检测计量仪表。

为实现上述目的，本实用新型采取了以下技术措施：

本实用新型设计了一种智能型电能质量分析仪，其特征为电路部分包括模拟板10，DSP核心板20，接口板30和电源板41。各模块通过接口板30连接在一起，其中，DSP核心板20上有微处理器模块21，其内部的电能质量分析软件还包括通讯发送接收程序，打印机驱动程序和闪存设备驱动程序；

模拟板10由电流传感器11、隔离与保护模块12、滤波与放大模块13、电压传感器14、隔离与保护模块15、滤波与放大模块16等组成；电流传感器11直接与外部电网三相电流信号连接，电压传感器14通过3W的金属膜电阻与外部电网三相电压信号相连；电流传感器11和电压传感器14的输出分别通过隔离与保护模块12和隔离与保护模块15与滤波放大模块13和滤波放大模块16的输入端相连，滤波放大模块13和滤波放大模块16的输出即为模拟板10的输出信号；

DSP核心板20由微处理器模块21，电源管理模块22和外部SRAM 23等组成；其中，所述的微处理器模块21是带有模数转换模块211，内部RAM，内部FLASH，输入捕获接口，可编程通讯接口和可以进行并行接口外扩的数字信号处理器；所述的电源管理模块22直接通过接口板与电源板41的+5V电源相连，并将该+5V电源转换成微处理器模块21及其它部件可以使用的电源；所述的外部SRAM通过微处理器模块21的外部并行接口及相关控制线与微处理器模块21相连；模数转换模块211的输入通过接口板30与模拟板10的输出相连；

接口板30上装有电平隔离模块31、实时时钟模块32、显示单元33、通信接口模块34、键盘35、非易失存储器36、电源管理模块37和三相频率检测模块38。所述的显示单元33包括LCD液晶显示器接口和LED指示灯；其中，LCD液晶显示器接口与液晶显示器连接，并通过电平隔离模块31与微处理器模块21的LCD控制总线和数据总线相连；LCD在微处理器模块21的控制下可显示三相电能测量数据，各种静态图形或动态画面，电力参数测量信息，电力监控信息，通信信息等；所述的键盘35通过电平隔离模块31与微处理器模块21的相关IO接口相连。所述的通信接口模块34通过电平隔离模块31与微处理器模块21的与通信相关的引脚相连；其中，通信接口模块34可以是RS485全双工或半双工模块，或CAN总线模块，或以太网接口模块，或USB接口模块，或红外通信接口模块，或蓝牙接口模块，或GPRS/GSM模块，或ZigBee接口模块等的一种或几种的组合。非易失存储器36，是SPI总线接口的串行接口，通过电平隔离模块31与DSP核心板20相连；所述的电源管理模块37由专用电源管理模块IC及相关外围电路组成。电源管理模块37的输入直接与电源板41的+5V电源相连。所述的三相频率检测模块38是将滤波与放大模块16的输出信号进行整形调理后，直接与微处理器模块21捕获输入引脚相连。

经过上述技术改进，与现有技术相比有如下优点：

1、集电能计量与电能质量分析于一体，使综合评估结果更准确；

2、打印机接口能够现场打印分析报告，便于现场分析；

3、网络通讯模块化设计既可满足不同用户的需求，又便于组织生产。

附图说明：

图1是本实用新型智能型电能质量分析仪表的组成原理框图。

图2是本实用新型智能型电能质量分析仪表的电路原理框图。

图3是本实用新型智能型电能质量分析仪表的核心模块的电路原理框图。

图4是本实用新型智能型电能质量分析仪表的接口板的电路原理框图。

图5是本实用新型智能型电能质量分析仪表的模拟板原理框图。

图6是本实用新型三相频率检测模块的其中一相的电路原理图

图7是本实用新型智能型电能质量分析仪表的三相电压电流中每一相电流或电压的滤波放大单元电气原理图。

图7中131为低通滤波器实施原理图，132为放大器实施电路原理图。

具体实施方式：

如图1，智能型电能质量分析仪由DSP核心板20，接口板30，模拟板10和电源板41等组成；智能型电能质量分析仪以DSP核心板20为核心，DSP核心板20是智能型谐波分析仪的控制中心。

如图3，DSP核心板20由微处理器模块21，电源管理模块22外部SRAM模块23等组成。微处理器模块21由DSP处理器TMS320F2812及其必要的外围电路实现；电源管理模块22由专用电源管理模块芯片TPS767D301及相关外围电路构成，为微理器模块21和外部SRAM23提供3.3V和1.9V电源；外部SRAM 23由256kB的SRAM芯片及外围电路实现，用于微处理器在运行过程中的临时数据或在系统升级时作为程序升级的缓冲区。

如图4，接口板30是智能型电能质量分析仪的功能扩展板，由电平隔离模块31、实时时钟模块32、显示单元33、通信接口模块34、键盘35、非易失存储器36、电源管理模块37和三相频率检测模块38等功能模块组成。其中，电平隔离模块31由总线驱动芯片及相关外围元器件构成，从而可以使接口板和核心板有不同的电源供电；其中，实时时钟模块32由专用可编程实时时钟芯片DS1306EN及相关外围元器件构成；其中，显示单元33包括液晶显示模块和电源，运行，故障，报警，通信和打印等LED指示及相关外围元器件组成；液晶显示器由分辨率为320×240的液晶模块及外围元器件组成；其中，通信接口模块34包括RS485全双工，RS485半双工，CAN总线模块，以太网接口，USB接口模块，蓝牙接口模块及ZigBee接口模块等。由于本智能型电能质量分析仪所选用的处理器TMS320F2812有片上内置两个SCI接口，一个SPI接口和一个CAN接口，故而本智能型谐波电能分析仪默认配有RS485全双工，RS485半双工，CAN接口及USB接口。其中，USB接口通过专用USB控制器实现，USB控制器与处理器通过SPI接口进行通信，可被以太网接口模块，或红外通信接口模块，或蓝牙接口模块，或GPRS/GSM模块或ZigBee接口模块等其中的一个或几个替换。其中，电源管理模块37由专用LDO电源芯片及外围元器件实现；其中，三相频率检测模块38通过对三相电压信号进行滤波，整形实现，其原理如图6所示。图6中，R1和RP组成分压电路，其中R1和RP的连接点为分压输出节点，该节点直接与比较器N的反相端相连，正弦波信号通过R1导入比较器N，比较器N的输出即为经调理的矩形波信号，该输出将直接送入处理器模块21的输入捕获管脚；

如图5，模拟板10是将电网三相电压电流通过电压互感器14和电流互感器11采样，并经过限幅，滤波和放大等一系列处理后送给核心板进行AD转换和相关运算。

如图7所示，(131)为低通滤波器电路原理图，由R1，R2，C1，C2，C3组成其参数的选择如下：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\πR}(2C_1+C)}$

其中：

f：低通滤波器截止频率；R＝R₁＝R₂；C＝C₂＝C₃。

本分析仪需测51次谐波，因而截止频率至少应取：

f＝10×51×50Hz＝2550Hz。

Claims (4)

1.一种智能型电能质量分析仪，它包括模拟板(10)，DSP核心板(20)，接口板(30)和电源板(41)组成，其特征在于模拟板(10)上装有电流传感器(11)、隔离与保护模块(12)、滤波与放大模块(13)、电压传感器(14)、隔离与保护模块(15)、滤波与放大模块(16)，电流传感器(11)直接与电网电流信号相连，电压传感器(14)通过3W的金属膜电阻与电网的电压信号相连；电流传感器(11)和电压传感器(14)的输出通过隔离与保护模块(12)和隔离与保护模块(15)与滤波与放大模块(13)和滤波与放大模块(16)的输入相连。

2.根据权利要求1所述的智能型电能质量分析仪，其特征是所述的DSP核心板(20)上，装有微处理器模块(21)、电源管理模块(22)和外部SRAM(23)，所述的电源管理模块(22)由专用电源管理模块IC及相关外围电路组成，并且通过接口板(30)与电源板(41)相连。

3.根据权利要求2所述的智能型电能质量分析仪，其特征是所述的微处理器模块(21)上的模数转换模块直接与三相电流滤波放大模块(13)和三相电压滤波放大模块(16)的输出相连接，微处理器模块(21)和与接口板(30)的电平隔离模块(31)上与微处理器模块(21)供电电压相同的一侧信号相连接。

4.根据权利要求1所述的智能型电能质量分析仪，其特征是所述的接口板(30)上装有电平隔离模块(31)、实时时钟模块(32)、显示单元(33)、通信接口模块(34)、键盘(35)、非易失存储器(36)、电源管理模块(37)和三相频率检测模块(38)，电平隔离模块(31)与实时时钟模块(32)、显示单元(33)、通信接口模块(34)、键盘(35)和非易失存储器(36)及其电源相连，电平隔离模块(31)另一侧通过插针插座与核心板(20)相关引脚相连，所述的显示单元(33)包括LCD液晶显示器接口和LED指示灯，LCD液晶显示器接口与液晶显示器连接，LCD通过电平隔离模块(31)在微处理器模块(21)的控制下可显示三相电能测量数据、各种静态图形或动态画面、电力参数测量信息、电力监控信息、通信信息，所述的通信接口模块(34)是一矩形可插拔的模块，该模块通过插针插接在接口板(30)上相应的插槽上，所述的电源管理模块(37)由专用电源管理模块IC及相关外围电路组成，电源管理模块(37)的输入通过接插件直接与电源模块(41)相连；所述的三相频率检测模块(38)是将滤波与放大模块(16)的输出信号进行信号调理后，直接与微处理器模块(21)相关引脚相联。

Images