綜合電力監控分析儀的製作方法
2023-09-23 16:51:15 1
專利名稱：綜合電力監控分析儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電力監控設備，特別涉及一種運用於三相交流電的綜合監控 分析儀。
背景技術：
由於用電負荷日趨複雜化和多樣化，一些具有非線性、衝擊性、諧波豐富的應用設 備，如電視機、複印機、電子式照明設備、變頻調速裝置、電弧爐等都是諧波源，這些諧波電 流注入公用電網，會影響變壓器工作，加速金屬化膜電容器老化，增加輸電線路功耗，影響 或幹擾測量控制儀器等。根據有關統計，電網中電壓波動是引起電能質量問題主要原因；電 壓波動引起的用戶投訴，佔整個電能質量問題的80%以上；同時由於電壓波動而造成用戶 設備受到影響的投訴越來越多，引起我國電力企業對以電壓波動問題為主的電能質量問題 的關注。電網電壓偏差過大，會造成用電設備壽命縮短、電力系統穩定極限下降以及電網運 行費用增加。由於諧波、電壓波動及電壓偏差等影響用電安全，人們急需要對用電質量進行 監控和分析以做調整，避免出現故障。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種綜合電力監控分析儀，能綜合地測量三相電的電力 參數，包括各種諧波參數、電壓偏差、電壓波動、頻率偏差等，並保存、傳輸及主動保護三相 電迴路，便於用戶全面地監控分析用電質量以做出適當調整。上述目的通過以下技術方案實現—種綜合電力監控分析儀，其特徵在於，包括三相電流採集模塊和三相電壓採集模塊，用以對三相電進行實時採集並轉成數字 數據；MCU單元，其接收所述數字數據，計算出電力參數並分析，及控制其他模塊工作， 所述電力參數為各種諧波參數、電壓偏差、電壓波動、頻率偏差；顯示模塊，其與所述MCU單元連接，用以顯示所述電力參數；存儲模塊，其與所述MCU單元連接，用以存儲所述電力參數；按鍵模塊，其與所述MCU單元連接，用以查詢所述電力參數；通訊模塊，其與所述MCU單元連接，用以傳輸所述電力參數；及繼電器輸出模塊，其包括多個與所述MCU單元連接的繼電器，用以主動保護電路。進一步的方案是，所述通訊模塊包括與所述MCU單元連接的RS485通訊模塊、以太 網通訊模塊、GPRS通訊模塊及USB通訊模塊。進一步的方案是，所述存儲模塊包括鐵電存儲模塊和實時存儲模塊，所述實時存 儲模塊由實時時鐘RTC和FLASH存儲器或EEPROM構成。本實用新型綜合電力監控分析儀通過三相電壓、電流採集模塊對三相電進行採 集，然後通過MCU單元計算出計算出各種諧波參數、電壓偏差、電壓波動、頻率偏差等電力 參數和設置越限參數，通過存儲模塊和顯示模塊分別存儲、顯示電力參數和越限記錄，通過 通訊模塊傳輸電力參數和越限記錄，使得用戶能全面了解用電情況並根據用電參數來調整用電設備的使用以提高用電質量、延長電氣設備的使用壽命、達到節能目標，發現潛在故障 並避免故障發生；通過設置繼電器輸出模塊，以根據越限情況來主動保護三相電路。本實用 新型的通訊模塊包括多種通訊方式，具體包括與所述MCU單元連接的RS485通訊模塊、以太 網通訊模塊、GPRS通訊模塊及USB通訊模塊，使得本儀器功能多樣化，以滿足各用戶、工作 環境的需求。
圖1為本實用新型的工作電路功能模塊圖；圖2為本實用新型的工作電路原理圖。
具體實施方式
如圖1和圖2所示，本實用新型綜合電力監控分析儀包括MCU單元1、三相電流採 集模塊2、三相電壓採集模塊3、顯示模塊4、存儲模塊、RS485通訊模塊6、乙太網通訊模塊 7>GPRS通訊模塊8、USB通訊模塊9、按鍵模塊11、指示燈模塊12及繼電器輸出模塊13 ；其 中，三相電流採集模塊2和三相電壓採集模塊3都為6通道、12bit高精度的ADC (數模轉換 器)，能滿足0. 2級計量精度；所述存儲模塊包括鐵電存儲器5及實時存儲模塊10 ；MCU單 元1通過自帶的DMA控制器(Direct Memory Access，直接存儲器訪問)連接三相電流採集 模塊2和三相電壓採集模塊3 ；MCU單元1通過URAT接口連接顯示模塊4和RS485通訊模 塊6，通過SPI通訊方式與鐵電存儲器5和乙太網通訊模塊7交換數據，通過模擬串口連接 GPRS通訊模塊8，通過I2C總線與實時存儲模塊10連接，通過DO 口(DO 開關量信號輸出) 連接繼電器輸出模塊13 ；實時存儲模塊10由一塊FLASH存儲器或EEPR0M(電可擦可編程 只讀存儲器)和實時時鐘RTC構成；繼電器輸出模塊13包括多個與DO 口連接的繼電器。本實用新型綜合電力監控分析儀的工作原理及過程通過三相電流採集模塊2和三相電壓採集模塊3對當前三相電流、三相電壓進行 實時採樣，採樣後的數字數據送入MCU單元1，MCU單元1採用直接存儲器訪問DMA控制器 來處理接收數字數據，直接存儲器訪問(Direct MemoryAccess, DMA)是在外設和RAM中緩 衝區或存儲在RAM中的變量間複製數據的非常高效的機制，它極少需要MCU單元1幹預，及 DMA控制器使用專用的總線傳輸數據，因此，MCU單元1能夠很迅速地接收數字數據；MCU單 元1對數字數據進行處理後通過顯示模塊以波形圖實時顯示或以電壓電流的相位矢量圖 顯示，使得用戶對自身的用電環境有個更直觀的認識和方便用戶做接線檢查，從而極大的 提高了維護的方便性、節省維護成本。MCU單元1內設相關軟體，對數據數字進行計算分析，從而計算出各種諧波參數、 電壓偏差、電壓波動、頻率偏差等電力參數，這些算法對本領域的技術人員來說，是熟知的； 其中，本實用新型提供電壓、電流諧波分量達63次，並分別統計出三相電壓、電流總諧波畸 變率(THD)、奇次諧波畸變率(THD Odd)、偶次諧波畸變率(THD Even)，通過顯示模塊4採用 各次諧波分量與基波比值的表達方式描繪前31次諧波分量的柱狀圖，並顯示奇次/偶次/ 總電壓諧波畸變率。本實用新型還針對各電力參數設定越限參數，以實現出現越限情況進 行記錄和提示；當電壓偏差值越限，本實用新型會自動保存該電壓偏差及產生該電壓的日 期，時間和穩定在該電壓運行的持續時間；如果當前頻率超過頻率偏差允許值，本實用新型 會自動保存該頻率偏差及產生該頻率的日期，時間和穩定在該頻率運行的持續時間。本實 用新型還提供故障錄波功能，就是當電網遇到衝擊負荷投切或其他幹擾導致電壓或電流產生很大波動時將該相電壓或電流波形保存下來，主要包括電壓的上衝/下陷，電壓短時中 斷的電壓、電流波形等。本實用新型還提供對平均電流，總有功功率，總無功功率，總視在功 率的需量統計。對於以上數據，本實用新型將其存儲到鐵電存儲器5及實時存儲模塊10。本實用新型綜合電力監控分析儀能以多種方式傳輸和告示各種數據(包括越限 記錄)。所述RS485通訊模塊6，與MCU單元1連接，一般情況下，主要是以這種方式給上位 機上傳數據。所述乙太網通訊模塊7，與MCU單元1連接，當數據量傳輸量比較大時，比如一 些數據記錄、故障錄波數據、電能質量分析數據等等，必須採用傳輸速率快的乙太網通訊模 塊7來上傳數據，且乙太網通訊模塊7的響應速度快，可以滿足實時監控的需求。所述GPRS 通訊模塊8，與MCU單元1連接，以無線通訊方式傳輸數據，可以滿足遠距離的監控。所述 USB通訊模塊9，與MCU單元1連接，以進行現場讀取數據，可以解決布線困難等。現場的顯示模塊或通訊模塊的傳輸及時告知用戶用電質量，可以方便用戶及時地 調整用電情況，包括通過無功補償來提高功率因數和降低有功損耗、用電設備的使用時間 及消除潛在故障，從而達到節能、提高管理水平及與用電質量。除了上傳越限情況，本實用新型綜合電力監控分析儀還具有主動保護功能，所述 繼電器輸出模塊13與MCU單元1的DO 口(DO 開關量信號輸出)連接，當出現越限情況， MCU單元1給所述繼電器輸出模塊13—個信號，繼電器輸出模塊13中的相關繼電器就會啟 動，斷開相關設備或迴路，達到主動保護電路目的。所述指示燈模塊12，與MCU單元1連接，以顯示一些模塊的正常工作與否，便於維 護設備。用戶可以通過按鍵模塊11查詢存儲模塊中的數據。本實用新型不局限於上述實施例，基於上述實施例的、未做出創造性勞動的簡單 替換，應當屬於本實用新型揭露的範圍。
權利要求一種綜合電力監控分析儀，其特徵在於，包括三相電流採集模塊和三相電壓採集模塊，用以對三相電進行實時採集並轉成數字數據；MCU單元，其接收所述數字數據，計算出電力參數並分析，及控制其他模塊工作，所述電力參數為各種諧波參數、電壓偏差、電壓波動、頻率偏差；顯示模塊，其與所述MCU單元連接，以顯示所述電力參數；存儲模塊，其與所述MCU單元連接，以存儲所述電力參數；按鍵模塊，其與所述MCU單元連接，以查詢所述電力參數；通訊模塊，其與所述MCU單元連接，用以傳輸所述電力參數；及繼電器輸出模塊，其包括多個與所述MCU單元連接的繼電器，用以主動保護電路。
2.根據權利要求1所述的綜合電力監控分析儀，其特徵在於，所述通訊模塊包括與所 述MCU單元連接的RS485通訊模塊、乙太網通訊模塊、GPRS通訊模塊及USB通訊模塊。
3.根據權利要求1所述的綜合電力監控分析儀，其特徵在於，所述存儲模塊包括鐵電 存儲模塊和實時存儲模塊，所述實時存儲模塊由實時時鐘RTC和FLASH存儲器或EEPR0M構 成。
4.根據權利要求1所述的綜合電力監控分析儀，其特徵在於，還包括與所述MCU單元連 接的指示燈模塊。
專利摘要本實用新型涉及一種綜合電力監控分析儀，包括三相電流採集模塊和三相電壓採集模塊，用以對三相電進行實時採集並轉成數字數據；MCU單元，其接收所述數字數據，計算出各種諧波參數、電壓偏差、電壓波動、頻率偏差等電力參數並分析，及控制其他模塊工作；顯示模塊，用以顯示所述電力參數；存儲模塊，用以存儲所述電力參數；按鍵模塊，用以查詢所述電力參數；通訊模塊，用以傳輸所述電力參數；及繼電器輸出模塊，其包括多個與所述MCU單元連接的繼電器，用以主動保護電路。本實用新型能夠綜合地分析用電質量，並以現場的顯示或長距離地傳輸電力參數，便於人們進行適當的調整；本實用新型通過繼電器輸出模塊到達主動保護迴路的目的。
文檔編號H02J13/00GK201758306SQ20092029620
公開日2011年3月9日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者朱家祿, 楊敬敢, 熊慶生, 黃沛明 申請人:珠海派諾電子有限公司