專利名稱：一種綜合電力質(zhì)量監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電力檢測設(shè)備，具體涉及一種對于電力質(zhì)量檢測和管理的裝置。
背景技術(shù)：
在當(dāng)今社會中，電力作為一種最為廣泛使用的能源，其應(yīng)用程度已經(jīng)成為代表一個國家發(fā)展水平的主要標志之一。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對電力的需求量也日益增加，同時對電力質(zhì)量的要求也越來越高。從技術(shù)角度分析，影響電力質(zhì)量的因素主要有三個方面I.自然現(xiàn)象，例如雷擊線路；2.電力設(shè)備及裝置的正常使用和自動保護，例如刀閘操作、保護跳閘等；3.用戶終端的非線性負荷、沖擊性負荷等。近年來，隨著電氣化設(shè)備的發(fā)展,大量非線性負載如大型電弧爐、電力機車、整流設(shè)備、變頻裝置等設(shè)備越來越多。這些非線性負荷及沖擊性負荷使電網(wǎng)的非線性(諧波)、非對稱性(負序)和波動性日趨嚴重，這些對電網(wǎng)的不利影響使電器設(shè)備壽命縮短，網(wǎng)損增大， 增加了電網(wǎng)發(fā)生諧波諧振的可能性，使繼電保護裝置和自動裝置不能正常動作，導(dǎo)致儀表指示和電度計量不準等一系列問題出現(xiàn)。而伴隨著工業(yè)規(guī)模的擴大和科技水平的發(fā)展，越來越多的性能好、效率高但對電源特性變化敏感或?qū)╇娤到y(tǒng)注入干擾的新設(shè)備大量的使用，使電力質(zhì)量問題更加凸顯。惡劣的電力質(zhì)量使電氣設(shè)備不能夠正常使用，直接影響到電網(wǎng)的正常運行，成為電網(wǎng)安全運行的隱患。因此，優(yōu)質(zhì)供電與電力質(zhì)量檢測已逐漸成為電力企業(yè)和用戶共同關(guān)心的問題，解決電力質(zhì)量問題的前提是能夠?qū)﹄娏|(zhì)量進行全面、實時、 準確的檢測。在過去的幾十年里，單片機的廣泛應(yīng)用實現(xiàn)了簡單的智能控制功能。但是隨著計算機科學(xué)與技術(shù)、信號處理方法的迅速發(fā)展，對電測儀表的實時性和精度的要求也越來越高。而電力系統(tǒng)常用的單片機51系列和96系列等難以適應(yīng)電力系統(tǒng)對實時性、數(shù)據(jù)量和計算要求的需要。存儲空間小，運算速度慢，處理功能較差，難以短時間內(nèi)完成大量的數(shù)據(jù)處理，不能滿足電力系統(tǒng)高實時性的要求，已經(jīng)成為我國當(dāng)前發(fā)展電力質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的主要難題。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有電力系統(tǒng)使用的智能控制裝置所存在的問題，本實用新型提供一種對各種電能質(zhì)量參數(shù)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、錄波、保護、事件、故障SOE分析記錄與預(yù)報的綜合電力質(zhì)量監(jiān)測裝置。解決上述技術(shù)問題的具體技術(shù)方案是一種綜合電力質(zhì)量監(jiān)測裝置，其特征是 是由數(shù)據(jù)采集單元、人機接口及通信單元組成，其連接關(guān)系是連接8路模擬信號的電流互感器、電壓互感器輸出接口連接AD7865高速A/D轉(zhuǎn)換芯片的信號輸入接口，取8路模擬信號中的任一相電壓、電流信號經(jīng)LM393比較器輸出信號作為⑶4046鎖相環(huán)芯片的輸入信號構(gòu)成頻率跟蹤電路連接AD7865高速A/D轉(zhuǎn)換芯片的信號輸入口，AD7865高速A/D轉(zhuǎn)換芯片的信號輸出接口連接TMS320F206中央處理器的接收口 ；AD780外部參考電壓源芯片信號輸出腳連接AD7865高速A/D轉(zhuǎn)換芯片的基準輸入腳；8路開關(guān)量輸入信號經(jīng)過1#光電隔離器中PS2701器件連接74H244驅(qū)動芯片輸入端，74H244驅(qū)動芯片輸出端連接TMS320F206 中央處理器；ADM690看門狗連接到TMS320F206中央處理器的復(fù)位腳；GAL16V8譯碼器和 CY7C1041數(shù)據(jù)存儲器組成總線掛接在TMS320F206中央處理器的數(shù)據(jù)/地址總線引腳上； IDI7133雙口 RAM芯片的接口分別連接到TMS320F206中央處理器和MC9S12DJ256B單片機的數(shù)據(jù)輸出腳；頻率采樣模擬信號經(jīng)過零比較器LM2211整形為基頻方波信號，再經(jīng)2#光電隔離器中PS2701器件輸入到MC9S12DJ256B單片機的定時器捕獲引腳；FM24C256非易失性存儲器和FM31XX的時鐘芯片的數(shù)據(jù)接口分別連接到MC9S12DJ256B單片機的IIC時鐘總線模塊接口 ; MC9S12DJ256B單片機內(nèi)部的兩路SCI模塊引腳TXDO, RXDO和TXDU RXDl分別連接MAX238和MAX485通訊芯片各自的TXD引腳和RXD引腳上，MAX238通訊芯片和MAX485 通訊芯片的輸出引腳分別連接以Modem信號和GPS信號；IXD顯示器通過MAX232串口芯片與MC9S12DJ256B單片機SPI模塊連接；6個控制按鍵連接74LS244總線驅(qū)動器的輸入引腳， 74LS244總線驅(qū)動器的輸出信號引腳連接到MC9S12DJ256B單片機的6個普通IO輸入引腳； MC9S12DJ256B的I/O 口經(jīng)通過3#光電隔離器輸出開關(guān)量信號。本實用新型的有益效果本實用新型是一種基于DSP的電力質(zhì)量檢測裝置，它主要針對我國電力系統(tǒng)在現(xiàn)場的主要和次要節(jié)點中缺少對電力質(zhì)量監(jiān)測的有效工具的現(xiàn)狀設(shè)計而成?？蓮V泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)檢測、維修的現(xiàn)場，和大型的工礦企業(yè)居民住宅區(qū)商業(yè)區(qū)等低壓電網(wǎng)的配電房，既可單獨使用，也可以與計算機等設(shè)備聯(lián)合使用，可用來監(jiān)測大型電力電子設(shè)備，如大型軋鋼機、電弧爐等對電網(wǎng)的諧波干擾情況，為用戶得到安全用電和電力系統(tǒng)監(jiān)測用戶對電網(wǎng)的污染提供了準確而有效的手段。

圖I是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖2是圖I中的MC9S12DJ256B單片機結(jié)構(gòu)示意框圖。
具體實施方式
結(jié)合附圖詳細說明本實用新型的結(jié)構(gòu)。一種綜合電力質(zhì)量監(jiān)測裝置，如圖I、圖2所示，是由數(shù)據(jù)采集單元和人機接口及通信單元組成。本實用新型所采用的元器件均為市售商品元器件，其各器件的連接關(guān)系是8路模擬信號經(jīng)傳感器隔離變換后進入采樣保持單元。為了保證采樣的同步性，本實用新型采用倍頻鎖相技術(shù)，取一相電壓、電流信號經(jīng)LM393比較器輸出跟蹤電網(wǎng)的頻率的方波信號作為CD4046鎖相的輸入信號，同時也是頻率監(jiān)測的方波信號經(jīng)鎖相環(huán)倍頻后作為 LF398采樣保持器采樣保持和A/D轉(zhuǎn)換的觸發(fā)信號；模擬信號經(jīng)運算放大單元后，接入數(shù)據(jù)處理芯片的A/D轉(zhuǎn)換引腳，進行A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)處理。DSP芯片是TI (德州儀器)公司的 TMS320F206單片機，它高性能的DSP內(nèi)核和豐富的外設(shè)為裝置功能的實現(xiàn)提供了極大的方便。采用的320X240點陣的高分辨率微彩液晶屏，它自帶控制電路，并有常用字庫，可以預(yù)置一頁畫面，并可隨意調(diào)出與現(xiàn)場數(shù)據(jù)迭加輸出顯示，減少了軟件編程的工作量，加快了輸出速度。通信端口 RS232是用來傳輸儀器與PC機之間的數(shù)據(jù)和命令，便于將經(jīng)DSP處理后的數(shù)據(jù)傳輸給PC機作進一步的分析處理。其中數(shù)據(jù)采集單元是采集8路模擬量和8路開關(guān)量，其中模擬量為三相電壓、電流、功率、諧波分量；零序電壓和電流；開關(guān)量為保護設(shè)備的出口信號、斷路器跳合閘信號。由于將模擬量采集和開關(guān)量采集在同一個單元里實現(xiàn)， 提高了系統(tǒng)的集成度，減少了通信量，易于編程和調(diào)試。其各部件連接關(guān)系是8路外部供電線纜連接電壓/電流互感器的信號輸入接口，電流互感器(CT)、電壓互感器(PT)的信號輸出接口連接AD7865高速A/D轉(zhuǎn)換芯片的信號輸入接口，AD7865高速A/D轉(zhuǎn)換芯片的信號輸出口連接TMS320F206中央處理器的采樣數(shù)據(jù)接收口 ；AD780外部參考電壓源芯片信號輸出腳連接AD7865高速A/D轉(zhuǎn)換芯片的基準輸入腳，每片AD7865高速A/D轉(zhuǎn)換芯片有四路模擬量輸入，3片AD7865高速A/D轉(zhuǎn)換芯片實現(xiàn)12路模擬量輸入。AD780外部參考電壓源芯片用于提供AD7865高速A/D轉(zhuǎn)換芯片在數(shù)模轉(zhuǎn)換時所需的參考電壓。AD7865高速 A/D轉(zhuǎn)換芯片的采樣脈沖有兩個來源，一個是DSP的定時器發(fā)出的脈沖信號，另一個是將基波信號經(jīng)鎖相環(huán)倍頻后的信號，可通過跳線選擇。取8路模擬信號中的任一相電壓、電流信號經(jīng)LM393比較器和⑶4046鎖相環(huán)芯片構(gòu)成的頻率跟蹤電路連接AD7865高速A/D轉(zhuǎn)換芯片的信號輸入接口 ；經(jīng)處理的多路模擬量輸入信號經(jīng)1#光電隔離器中PS2701器件連接 74H244驅(qū)動芯片輸入端，74H244驅(qū)動芯片輸出端連接TMS320F206中央處理器的輸入端； ADM690看門狗連接到TMS320F206中央處理器的復(fù)位腳，ADM690看門狗的作用在于當(dāng)外部干擾或內(nèi)部故障使程序運行在不正常狀態(tài)時強迫系統(tǒng)重啟，使系統(tǒng)重新運行在正常狀態(tài)， 防止電網(wǎng)對電力質(zhì)量檢測裝置的干擾。GAL16V8譯碼器和CY7C1041數(shù)據(jù)存儲器組成總線掛接在TMS320F206中央處理器的數(shù)據(jù)/地址總線引腳上，GAL16V8譯碼器為可編程邏輯器件(PLD)，用于產(chǎn)生外部芯片選通信號及讀寫信號。CY7C1041數(shù)據(jù)存儲器容量為512K*16， 用來存放電力質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)。中央處理器進行數(shù)據(jù)采集及對采樣量化的數(shù)據(jù)進行分析計算，TMS320F206中央處理器指令周期為50ns，片內(nèi)的32K*16的Flash用于存放程序，片內(nèi)的4K*16的RAM用于存放程序運行中的一些中間轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。IDT7133雙口 RAM芯片的接口分別同時連接到TMS320F206中央處理器的數(shù)據(jù)輸出腳和MC9S12DJ256B單片機的數(shù)據(jù)輸入腳；DRAM IDI7133，容量2K*16，是數(shù)據(jù)上傳和數(shù)據(jù)下放的中轉(zhuǎn)站，是聯(lián)系數(shù)據(jù)采集單元與人機接口單元的通信樞紐。MC9S12DJ256B單片機是16位的處理器單元，主頻為25MHz，片內(nèi)的 256K*8的Flash用于存放程序，4K*8的EEPROM存放定值和參數(shù)，12K*8存放程序運行中的一些中間數(shù)據(jù)。主要用于判別按鍵、參數(shù)設(shè)置、通信控制、實時顯示等操作，協(xié)調(diào)整個程序的運行，提供友好的人機界面，便于參數(shù)、波形的顯示及控制，直觀地、實時地反映當(dāng)前電網(wǎng)的運行情況。頻率采樣模擬信號經(jīng)過零比較器LM2211整形為基頻方波信號，再經(jīng)2#光電隔離器中PS2701器件輸入到MC9S12DJ256B單片機的定時器捕獲引腳，這種把模擬量經(jīng)過零比較器整形并輸入到單片機的定時器捕獲引腳的方法可實現(xiàn)硬件測電網(wǎng)頻率。FM24C256非易失性存儲器和FM31XX的時鐘芯片的數(shù)據(jù)接口分別連接到MC9S12DJ256B單片機的IIC模塊接口，實時鐘FM31XX為故障數(shù)據(jù)錄波報文提供時標；MC9S12DJ256B單片機的內(nèi)部兩路SCI 模塊引腳分別連接MAX238通訊芯片和MAX485通訊芯片的TXD引腳和RXD引腳，MAX238通訊芯片和MAX485通訊芯片的輸出引腳分別連接以太網(wǎng)信號和GPS信號，MAX238通訊芯片是實現(xiàn)TTL電平與RS232電平間的轉(zhuǎn)換。LCD顯示器通過MAX232串口芯片與MC9S12DJ256B單片機SPI模塊連接；六鍵鍵盤連接74LS244總線驅(qū)動器的輸入引腳，74LS244總線驅(qū)動器的輸出信號引腳連接到MC9S12DJ256B單片機的6個普通IO輸入引腳；MC9S12DJ256B的I/ 0 口經(jīng)通過3#光電隔離器輸出開關(guān)量信號；MC9S12DJ256B單片機內(nèi)置BDM仿真接口，具有單線、后臺調(diào)試功能。MC9S12DJ256B單片機內(nèi)置CAN控制器，可外接CAN驅(qū)動器PCA82C250 實現(xiàn)與CAN網(wǎng)互聯(lián)。本實用新型運用了先進的數(shù)字信號處理技術(shù)，設(shè)計了基于DSP芯片的數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，發(fā)揮了數(shù)字信號處理技術(shù)在電力質(zhì)量分析中的優(yōu)勢。這種電力質(zhì)量檢測裝置利用先進的技術(shù)手段，采用了精確合理的計算方法，是一種功能齊全、性能優(yōu)良、安裝、使用方便的電力質(zhì)量綜合檢測裝置，它對于提高電力系統(tǒng)供電的安全可靠性和經(jīng)濟性，保證用電設(shè)備的正常工作和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)高效，都有十分重義。
權(quán)利要求1.一種綜合電力質(zhì)量監(jiān)測裝置，其特征是是由數(shù)據(jù)采集單元、人機接口及通信單元組成，其連接關(guān)系是連接8路模擬信號的電流互感器、電壓互感器輸出接口連接AD7865高速A/D轉(zhuǎn)換芯片的信號輸入接口，取8路模擬信號中的任一相電壓、電流信號經(jīng)LM393比較器輸出信號作為CD4046鎖相環(huán)芯片的輸入信號構(gòu)成頻率跟蹤電路連接AD7865高速A/ D轉(zhuǎn)換芯片的信號輸入口，AD7865高速A/D轉(zhuǎn)換芯片的信號輸出接口連接TMS320F206中央處理器的接收口 ；AD780外部參考電壓源芯片信號輸出腳連接AD7865高速A/D轉(zhuǎn)換芯片的基準輸入腳；8路開關(guān)量輸入信號經(jīng)過1#光電隔離器中PS2701器件連接74H244驅(qū)動芯片輸入端，74H244驅(qū)動芯片輸出端連接TMS320F206中央處理器；ADM690看門狗連接到TMS320F206中央處理器的復(fù)位腳；GAL16V8譯碼器和CY7C1041數(shù)據(jù)存儲器組成總線掛接在TMS320F206中央處理器的數(shù)據(jù)/地址總線引腳上；IDT7133雙口 RAM芯片的接口分別連接到TMS320F206中央處理器和MC9S12DJ256B單片機的數(shù)據(jù)輸出腳；頻率采樣模擬信號經(jīng)過零比較器LM2211整形為基頻方波信號，再經(jīng)2#光電隔離器中PS2701器件輸入到 MC9S12DJ256B單片機的定時器捕獲引腳；FM24C256非易失性存儲器和FM31XX的時鐘芯片的數(shù)據(jù)接口分別連接到MC9S12DJ256B單片機的IIC時鐘總線模塊接口 ； MC9S12DJ256B單片機內(nèi)部的兩路SCI模塊引腳TXD0、RXD0和TXD1、RXD1分別連接MAX238和MAX485通訊芯片各自的TXD引腳和RXD引腳上，MAX238通訊芯片和MAX485通訊芯片的輸出引腳分別連接以Modem信號和GPS信號；LCD顯示器通過MAX232串口芯片與MC9S12DJ256B單片機SPI 模塊連接；6個控制按鍵連接74LS244總線驅(qū)動器的輸入引腳，74LS244總線驅(qū)動器的輸出信號引腳連接到MC9S12DJ256B單片機的6個普通IO輸入引腳；MC9S12DJ256B的I/O 口經(jīng)通過3#光電隔離器輸出開關(guān)量信號。
專利摘要一種綜合電力質(zhì)量監(jiān)測裝置，是由數(shù)據(jù)采集單元和人機接口及通信單元組成，電流互感器(CT)、電壓互感器(PT)連接7865高速A/D轉(zhuǎn)換芯片，A/D轉(zhuǎn)換芯片連接TMS320F206中央處理器；LM393比較器和CD4046鎖相環(huán)芯片構(gòu)成頻率跟蹤電路連接A/D轉(zhuǎn)換芯片；開關(guān)量信號光隔輸入及GAL16V8譯碼器和CY7C1041數(shù)據(jù)存儲器連接中央處理器；IDT7133雙口RAM芯片的接口分別連接中央處理器和MC9S12DJ256B單片機；FM24C256非易失性存儲器、FM31XX的時鐘芯片、MAX485通訊芯片及74LS244總線驅(qū)動器連接單片機。本實用新型是針對電力系統(tǒng)在現(xiàn)場的主要和次要節(jié)點中缺少對電力質(zhì)量監(jiān)測的有效工具的現(xiàn)狀設(shè)計而成。應(yīng)用于電力系統(tǒng)檢測、維修的現(xiàn)場，為用戶得到安全用電和電力系統(tǒng)監(jiān)測用戶對電網(wǎng)的污染提供了準確而有效的手段。
文檔編號G01R31/00GK202351352SQ201120510950
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者張丹, 胡予濱, 苑智偉 申請人:丹東華通測控有限公司