電力系統變頻諧波測量裝置的製作方法

2023-06-15 19:25:21

專利名稱：電力系統變頻諧波測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及DSP技術與快速傅氏算法相結合的變頻諧波測量裝置。屬於電力系統諧波測量技術領域。
二背景技術：
現有的諧波測量技術及分析儀器，部分採用普通單片機作為CPU，外接模數轉換器，及存儲器和軟體構成微機電力諧波分析儀
器，這種類型的諧波分析裝置精度低，實時性較差，已經不能滿
足電力行業快速發展的要求。也有部分諧波測量儀器採用POWERPC晶片作為處理核心，採用了定頻採樣的方法，這種方案成本高，
軟體處理複雜。
三、 發明內容
本實用新型為了克服現有的諧波測量裝置測量精度低、實時性差、成本高的不足，提供一種可以對電力系統諧波進行快速準確測量的低成本的電力系統變頻諧波測量裝置。其技術是這樣實現的包括DSP單元、交流單元、電源單元、開入開出單元以及顯示單元在內的結構，其特徵在於其連接採用DSP單元和電源單元都分別與交流單元、顯示單元、開入開出單元連接；DSP單元的內部連接是採用DSP和16bit BUS連接，DSP通過HPI連接顯示單元，DSP通過RS485與PC機連接，DSP通過外部中斷與頻率測量電路連接；16bit BUS和FLASH、 SDRAM和AD連接；AD則和二階RC濾波連接；對輸入模擬信號的採樣間隔根據精確測得的頻率動態調整，即變頻採樣;DSP單元、顯示單元都採用了 CPU智能控制器；DSP單元的CPU是低成本低功耗高性能嵌入式DSP處理器；DSP單元、顯示單元之間通過HPI接口進行通訊；電源單元採用了開關電源；其數據處理過程是-
(1)通過信號調理電路將輸入電壓信號轉換為與基波對應的標準方波信號，再通過DSP的外部中斷來精確測量頻率。根據測得的頻率來動態設置定時器，調節對各路待測的輸入模擬信號的採樣間隔，DSP根據此間隔進行採樣，結果存儲於循環緩衝區中；對
採樣結果進行處理，然後進行離散傅立葉變換；計算出諧波數據，通過顯示單元顯示，
(2) DSP單元採用DSP晶片作為處理器，顯示單元則採用獨立的8051單片機，
(3) DSP單元完成模數轉換、測量算法計算、計算結果存儲、通訊等功能；DSP單元是整個裝置的核心部分，基於TMS320VC55X系列數位訊號處理器，外接16位AD轉換器以及大容量的FLASH、SDRAM存儲器，實時對電力信號進行檢測，同時對測量結果做進一步的處理，同時保留了通用的485埠，採用MODBUS通訊協議，支持設備間的通訊，實現遠程控制；
交流單元將輸入強電信號轉換成幅值為± 5V範圍內的電壓信號，同時將輸入與輸出做光電隔離，把輸出信號送二階有源低通濾波電路，然後送至DSP單元AD輸入端。
DSP單元軟體部分包括頻率測量、採集頻率設置、AD中斷採集、採集數據管理、數位訊號處理濾波、計算數據存儲、事件報告及
顯示單元的通訊，DSP單元保留485埠，實現與遠程平臺的通訊需要，支持MODBUS通訊協議，
(4) 電源單元輸入交直流85V--265V，輸出可供其他各單元工作的工作電源，
(5) 顯示單元提供了人機接口，顯示單元與DSP單元按照一定的協議通過HPI埠進行通訊，實時顯示測量結果，同時可以通過按鍵的選擇設定測量參數達到不同的保護功能，並將參數保存在鐵電存儲器中。實施該技術後的優點和效果在於:測量範圍廣基於離散傅立葉變換實現諧波測量，包括各次諧波的幅值、電流、電壓、頻率、功率、電度、功率因數、需量等，同時適用於輸入信號基波頻率範圍可在10Hz-100Hz:準確度高採用16位高速AD，每周期內採樣256點，採樣頻率以信號頻率為基準，當採樣頻率與信號頻率非同步的情況下，能及時校正採樣頻率，對信號諧波進行準確跟蹤測量，同時顯示部分採用獨立單片機，HPI通訊基本不佔用DSP時間，不影響DSP運算實時性好DSP主頻300MHZ,帶有雙乘法器，能對31次諧波進行實時測量，同時提供多種附加功能:
適用範圍廣採用開關電源，適用於寬範圍交直流電源輸入成本低TMS320VC55X是一款性價比極高的數字處理晶片，其餘晶片比如SDRAM等均成本低操作維護方便顯示單元中的單片機作為輔助處理器，根據一定的協議與DSP單元進行通訊，帶有鍵盤和LCD，為本裝置提供了完善的人機接口功能。四

圖l為諧波測量裝置總體結構示意圖；圖2為DSP單元結構示意其中，1-DSP單元、2-交流單元、3-電源單元、4-開入開出單元、5-顯示單元、6-DSP、 7-二階RC濾波、8_AD、 9-頻率測量電路、丄0-FLASH、 11-SDR扁、12-16bit BUS、 13-PC機;五具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型進一步說明
見附圖1、 2，諧波測量裝置的連接是採用DSP單元(1)和電源單元(3)都分別與交流單元(2)、顯示單元(5)、開入開出單元(4)連接。DSP單元的內部連接是採用DSP (6)和16bit BUS(12)連接，DSP (6)通過HPI連接顯示單元(5), DSP (6)通過RS485與PC機(13)連接，DSP (6)通過外部中斷與頻率測量電路(9)連接;16bit BUS (12)和FLASH (10)、 SDRAM (11)和AD (8)連接；AD (8)則和二階RC濾波(7)連接。
見附圖l、 2，在電力系統中，需要保護及測控的場合下，三相電壓及電流接入交流單元(2)，轉換為AD採樣範圍內的電壓信號後，進入DSP單元(1)的二階RC濾波和AD通道，完成採樣；而顯示單元(5)通過面板選擇諧波次數及其他各種測量數據，從HPI接口讀取DSP單元(1)的計算結果，並顯示在液晶屏上。
模擬信號通過二階RC濾波(7)送至AD (8),同時送至頻率測量電路(9)， DSP (6)根據外部中斷測得輸入信號的基波頻率，根據這個頻率值動態調整採樣頻率，通過16bit BUS (12)控制AD (8)並讀取採樣結果，採樣結果和運算結果保存在SDRAM (11)中；DSP (6)通過HPI和顯示單元(5)通訊，將實時數據通過顯示單元(5)顯示，而顯示單元(5)通過按鍵設置，可以將設置定值送給DSP (6); PC機(13)通過通訊可以讀取實時數據，也可將定值設置送給DSP (6); DSP (6)檢査定值無誤後，將其保存在FLASH (10)中，FLASH (10)中同時也保存系統程序。
權利要求1.電力系統變頻諧波測量裝置，包括DSP單元(1)、交流單元(2)、電源單元(3)、開入開出單元(4)以及顯示單元(5)在內的結構，其特徵在於其連接採用DSP單元(1)和電源單元(3)都分別與交流單元(2)、顯示單元(5)、開入開出單元(4)連接；DSP單元的內部連接是採用DSP(6)和16bit BUS(12)連接，DSP(6)通過HPI連接顯示單元(5)，DSP(6)通過RS485與PC機(13)連接，DSP(6)通過外部中斷與頻率測量電路(9)連接；16bit BUS(12)和FLASH(10)、SDRAM(11)和AD(8)連接；AD(8)則和二階RC濾波(7)連接。
2. 根據權利要求1所述的電力系統變頻諧波測量裝置，其特徵在於 對輸入模擬信號的採樣間隔根據精確測得的頻率動態調整，即變頻採樣。
3. 根據權利要求1所述的電力系統變頻諧波測量裝置，其特徵在於[)SP單元(1)、顯示單元(5)都採用了CPU智能控制器。
4. 根據權利要求l所述的電力系統變頻諧波測量裝置，其特徵在於:DSP單元(1)的CPU是低成本低功耗高性能嵌入式DSP處理器。
5. 根據權利要求l所述的電力系統變頻諧波測量裝置，其特徵在於: DSP單元(1)、顯示單元(5)之間通過HPI接口進行通訊。
6. 根據權利要求l所述的電力系統變頻諧波測量裝置，其特徵在於: 電源單元(3)採用了開關電源。
專利摘要本實用新型為一種電力系統變頻諧波測量裝置，包括DSP單元、交流單元、電源單元、開入開出單元、顯示單元；電源單元直接與其它模塊的直接通訊；交流單元對輸入交流信號進行變換，DSP單元與交流單元、顯示單元和開入開出單元連接，由此來實現電力系統諧波的測量，實現的電力系統變頻諧波測量裝置具有測量範圍廣、準確度高、實時性好、適用範圍廣、成本低、操作維護方便的特點。
文檔編號G01R23/00GK201364361SQ200920067140
公開日2009年12月16日 申請日期2009年1月19日 優先權日2009年1月19日
發明者劉堯華, 鋒 張, 琦 王, 王曉輝 申請人:上海華建電力設備股份有限公司