電壓暫降記錄儀的製作方法

2023-07-28 06:05:06

本實用新型涉及電力系統維護領域，具體而言，涉及一種適用於變電站及企業用戶的電壓暫降記錄儀。

背景技術：

隨著社會經濟的發展，電能質量越來越受到電網公司、發電企業及用電客戶的重視。國家電網公司和南方電網公司下屬的各省級電網公司陸續部署了省級的電能質量管理系統，對全網的電能質量進行實時、在線的監測。但省級系統的監測點主要集中在電網公司內部的各級變電站裡，且主要關注電能質量穩態指標的監測，對配電網或用電企業內部的電能質量監測則較少涉及。

中國目前正處於傳統製造業向高端製造業轉型的階段，在很多行業裡面，生產工業的自動化程度越來越高，自動化程度高的生產線對電能質量，尤其是對電壓暫降越來越敏感。這些行業包括汽車、化工、冶金、精密製造、半導體、紡織甚至食品加工等等。電壓暫降是一個複雜的、隨機性的電能質量事件，可能導致電壓暫降的因素很多，如：電網的網架結構、設備缺陷、天氣及用電客戶。因此，對電網公司或先進位造業聚集的企業園區來說，合理的配置監測點，進行長期、在線的電壓暫降事件的捕捉及分析，可以定量或定性的分析出輸、配電網絡中的薄弱點，並採取相應的改進措施，以提高供電可靠性。對電壓暫降敏感的企業用戶來說，可以在企業內部選擇若干監測點，進行長期監測或一定時間段內的專項監測，查找出受電壓暫降影響的設備，進行定量的分析後採取合理的治理措施，以保證敏感設備的可靠工作，減少經濟損失。

針對電壓暫降的實際需求，如何滿足電力系統變電站需求以及企業用戶需求，做到易安裝、免維護、可遠程升級等，如何降低其建設成本，同時又能滿足相關的技術規定，是其必須要考慮的問題。因此一種能適用於變電站以及企業用戶的電壓暫降記錄儀需要我們去研究。

技術實現要素：

本實用新型提供了一種電壓暫降記錄儀，以至少解決相關技術中電力系統變電站和企業用戶對電壓暫降的監測需求。

根據本實用新型的一個方面，提供了一種電壓暫降記錄儀，包括：電源模塊、主中央處理單元CPU系統、人機界面MMI模塊、數據存儲模塊、模數AD採樣模塊和電壓信號前端處理模塊，其中，

所述電源模塊與主CPU系統電性連接；所述電壓信號前端處理模塊與所述AD採樣模塊電性連接；所述AD採樣模塊通過第一數據總線與所述主CPU系統電性連接；所述MMI模塊通過第二數據總線與所述主CPU系統電性連接；所述數據存儲模塊通過串行外設接口SPI總線與所述主CPU系統電性連接。

可選地，所述電源模塊的輸入採用寬電壓設計，並採用電磁兼容性EMC輸入隔離。

可選地，所述電壓信號前端處理模塊採用電阻分壓模式進行信號轉換，自適應地將交流信號轉換為5V小信號輸出給所述AD採樣模塊；所述電壓信號前端處理模塊對輸出的5V小信號採用瞬態抑制二極體TVS保護。

可選地，所述AD採樣模塊為8通道16位高精度地AD轉換器；其中，

所述主CPU系統通過一根IO信號控制所述AD轉換器的轉換，通過16位總線獲取所述AD轉換器的16位數字轉換結果。

可選地，所述主CPU系統為型號為LPC1788的ARM處理器。

可選地，所述主CPU系統包括：用於進行電壓穩態計算處理的模塊，和/或，用於進行電壓暫態計算處理的模塊。

可選地，所述電壓暫降記錄儀還包括：與所述主CPU系統電性連接的通訊模塊，所述通訊模塊用於實現遠程通訊功能和遠程升級軟體功能。

可選地，所述通訊模塊包括：用於通過接入乙太網的WEB服務與用戶進行人機互動的WEB模塊。

可選地，所述數據存儲模塊包括：安全數碼卡SD卡或者micro SD卡。

可選地，所述MMI模塊包括：液晶顯示器和鍵盤。

通過本實用新型，採用的電壓暫降記錄儀包括：電源模塊、主中央處理單元CPU系統、人機界面MMI模塊、數據存儲模塊、模數AD採樣模塊和電壓信號前端處理模塊，從而提供了一種電壓暫降記錄設備，解決了電力系統變電站和企業用戶對電壓暫降的監測需求，實現了對電壓暫降的監測。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1是根據本實用新型實施例的電壓暫降記錄儀的硬體結構框圖；

圖2是根據本實用新型實施例的電壓暫降記錄儀的軟體結構框圖；

圖3是根據本實用新型實施例的電壓暫降記錄儀的應用場景示意圖。

具體實施方式

下文中將參考附圖並結合實施例來詳細說明本實用新型。需要說明的是，在不衝突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。

需要說明的是，本實用新型的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」、「第二」等是用於區別類似的對象，而不必用於描述特定的順序或先後次序。

為了解決電力系統變電站和企業用戶對電壓暫降的監測需求，在本實用新型實施例中提供了一種電壓暫降記錄儀，圖1是根據本實用新型實施例的電壓暫降記錄儀的硬體結構框圖。如圖1所示，該電壓暫降儀包括：電源模塊1、主中央處理單元(CPU)系統2、人機界面(MMI)模塊3、數據存儲模塊4、模數(AD)採樣模塊5和電壓信號前端處理模塊6，其中，電源模塊1與主CPU系統2電性連接；電壓信號前端處理模塊6與AD採樣模塊5電性連接；AD採樣模塊5通過第一數據總線與主CPU系統2電性連接；MMI模塊3通過第二數據總線與主CPU系統2電性連接；數據存儲模塊4通過串行外設接口SPI總線與主CPU系統2電性連接。

下面對電壓暫降儀中各個功能模塊進行介紹和說明。

電源模塊

電源模塊輸入採用寬電壓設計，增強了適用性，輸入從交/直流90-220V都可以使用，輸出單路5V電源。電源輸入採用EMC輸入隔離，可以很好的提高整個設備的抗幹擾性能。

電壓信號前端處理模塊

電壓信號前端處理模塊可採用電阻分壓模式進行信號轉換，可以自適應的將57V～380V的交流信號轉換為5V小信號輸出給AD採樣模塊。同時電壓信號前端處理模塊對輸出的5V小信號採用了瞬態抑制二極體(TVS)保護。

AD採樣模塊

AD採樣模塊可選用8通道16位高精度的AD轉換器AD7606，AD轉換器將輸入的模擬信號轉換為數位訊號，主CPU系統通過一根IO信號控制AD轉換器的轉換，通過16位總線獲取AD轉換器的16位數字轉換結果。

主CPU系統

主CPU系統優選為恩智浦半導體(NXP)的高性價比ARM處理器LPC1788，該微處理器包含有LCD控制器，10/100的乙太網EMAC，串行數據總線USB全速設備Device/主機Host/OTG控制器，控制器區域網路(CAN)總線控制器，SPI控制器，同步串行接口(SSP)控制器，集成電路總線IIC控制器，集成音頻接口IIS控制器，以及外部存儲控制器(EMC)等資源，此外主CPU系統還可配置256M的快閃記憶體(FLASH)以及鐵電存儲器FM3164。

主CPU系統還包括：用於進行電壓穩態計算處理的軟體或者硬體模塊，和/或，用於進行電壓暫態計算處理的軟體或者硬體模塊。

數據存儲模塊

主CPU系統通過SPI總線與數據存儲模塊交互，電壓暫降記錄儀的波形數據可記錄在數據存儲模塊中的TF(micro SD)存儲卡或者SD存儲卡當中。

人機界面(MMI)模塊；

MMI模塊優選採用4個鍵盤輸入，通過126X64的藍屏液晶與用戶進行交互。

此外，本實施例提供的電壓暫降記錄儀還可以包括：用於實現遠程通訊功能和遠程升級軟體功能的通訊模塊，該通訊模塊具體可以包括：用於通過接入乙太網的WEB服務與用戶進行人機互動的WEB模塊。

本實施例提供的電壓暫降記錄儀的工作流程如下所示：

電源模塊從外部接入AC或DC的90-220V電壓，轉換為5V電源輸出給主CPU系統；電壓信號前端處理模塊將57V～380V交流信號轉換為5V小信號輸出給AD採樣模塊；主CPU系統通過數據總線連接AD採樣模塊，通過採樣終端定時讀取AD採樣轉換值。主CPU系統讀取AD採樣轉換值後存放在內部開設的環形數據緩衝中，並由CPU對AD採樣轉換值進行計算等後續處理。處理的計算結果、事件結果等需要顯示的通過數據總線傳遞給MMI模塊進行顯示交互，還可以通過乙太網接口在網頁上進行交互；主CPU系統還對計算結果進行判別，需要錄波的則將記錄的波形數據存儲在數據存儲模塊當中。

基於本實用新型實施例提供的電壓暫降記錄儀，在本實施例中提供了一種與電壓暫降記錄儀配套的軟體結構。圖2是根據本實用新型實施例的電壓暫降記錄儀的軟體結構框圖，如圖2所示，該軟體結構包括：電壓信號AD採樣模塊、電壓穩態計算處理模塊、電壓暫態計算處理模塊、通訊模塊、MMI模塊、WEB模塊。

下面對軟體結構框圖中各個軟體模塊進行描述和說明。

電壓信號AD採樣模塊

主CPU系統通過處理器內部時鐘定時產生每周波256點的採樣脈衝輸出給AD轉換器啟動AD轉換，等轉換結束後AD轉換器輸出一個轉換結束脈衝，該脈衝讓主CPU系統進入採樣中斷獲取讀取轉換結果，將轉換結果存放於環形緩衝內存，以供電壓暫降計算模塊使用。

電壓穩態計算處理模塊

電壓穩態計算模塊採用環形緩衝中的採樣原始數據做相關計算，計算電壓相關穩態指標得出頻率、頻率偏差；電壓有效值(RMS)、供電電壓偏差；三相電壓不平衡度、各序分量；電壓諧波畸變率；2-50諧波電壓的含有率、幅值、相角；電壓間諧波(5Hz解析度)；

電壓暫態計算處理模塊

電壓暫態計算模塊採用環形緩衝中的採樣原始數據做相關計算，並與設定的越限門檻進行比較，從而判別電壓暫態指標是否越限，如越限則認為發生電壓暫態事件，將此事件進行記錄，同時將電壓波形記錄並存儲到TF(即micro SD)存儲卡。

通訊模塊

通訊模塊可實現遠程通訊功能以及遠程升級軟體功能，可以通過各種規約將裝置穩態數據以及暫態數據傳送到電能質量數據中心或當地監控系統。用戶還可以通過網絡遠程對裝置進行軟體升級維護，通過文件傳輸協議(FTP協議)將新軟體固化到主CPU系統的系統引導文件(BOOT)當中後遠程重啟裝置即可實現軟體升級。

MMI模塊

MMI模塊通過按鍵輸入對顯示界面進行不同反應，可實現裝置參數整定，電能質量數據顯示等人機互動功能。

WEB模塊

裝置內嵌WEB伺服器軟體模塊，可以讓用戶通過乙太網連接裝置，通過網頁方式瀏覽電壓穩態數據以及電壓暫態數據，還可實現裝置參數整定等人機互動功能。

本實施例提供的電壓暫降記錄儀的軟體結構的運行流程如下所示：

電壓信號AD採樣模塊定時產生採樣信號控制AD轉換器進行AD轉換並將轉換結果存放在AD採樣緩衝當中；電壓穩態計算處理功能模塊從AD採樣緩衝當中取出AD採樣值，進行電壓穩態計算，計算得出相應電壓穩態數據並將數據送至MMI模塊、WEB模塊進行顯示並可經通訊模塊由網絡遠傳到遠方數據中心；通訊模塊與以上軟體模塊並列運行，通訊模塊等待遠方數據中心和當地主站來詢問裝置數據信息，通訊模塊還能接收數據中心發布的最新版本軟體，遠程對裝置軟體進行升級。

本實用新型實施例提供的電壓暫降記錄儀基於可以自適應多電壓等級的電壓信號前端處理模塊，可以實現多電壓等級的電壓暫降記錄。圖3是根據本實用新型實施例的電壓暫降記錄儀的應用場景示意圖。如圖3所示，電壓暫降記錄儀既可在1號位置的220/110KV進線上接入進行監測，也可在2號位置10KV母線上進行接入監測，還能直接在3號位置400V母線進行監測；並可通過乙太網交換機跟數據中心工作站進行組網，將監測數據上傳，一個記錄儀即可針對園區各電壓等級進行電壓監測，大大的節約了投資成本，也方便工程安裝、施工。

以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。