专利名称：一种基于dsp的弓网受流电能质量检测分析系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种弓网数据检测分析系统，尤其涉及ー种基于DSP的弓网受流电能质量检测分析系统。
背景技术：
接触网是高速列车运行的能量来源。受电弓接触网的受流性能直接影响列车的运行安全稳定性，其中受电弓接触网关系与轮轨关系、流固关系共同构成了高速列车系统动力学的耦合关系是影响弓网受流质量的重要影响因素，因此弓网受流关系对于高速列车，对于保证弓网受流质量具有十分重要的意义。现有弓网关系的检测分为接触式检测和非接触式检测。主要检测的是拉出值、导线高度、跨距、接触压力、硬点、速度、定位点、温度等。为实现弓网參数的全面综合检測，弓网电參数检测作为弓网检测的ー个重要组成部分，通过对弓网电參数检测，可以实现对弓网受流性能进行辅助评价，具有重要的科学意义和工程实用价值。目前国内外还没有专门针对弓网受流电能质量检测装置问世，现阶段主要是检测弓网电压电流有效值，而且作为检测列车当中一个细小的组成部分。只检测有效值的检测方法，不能具体知道电信号发生突变的时刻定位和电信号中的各次谐波的幅值频率相位，具有一定的局限性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于DSP的弓网受流电能质量检测分析系统，方便了对弓网状态的电气监控。为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的
包括电压互感器、电流互感器、电压变送器、三相电流变送器和由Α/D芯片采集电路、基于DSP的嵌入式系统和上位机显示界面组成的数据分析处理系统；所述的电压互感器和电流互感器的输出端采集弓网高压大电流信号，电压互感器的输出端与电压变送器的输入端相连，电流互感器的输出端与三相电流变送器的输入端相连接，电压变送器和三相电流变送器的输出端均与数据分析处理系统中的Α/D芯片采集电路的输入端连接，Α/D芯片采集电路的输出端与基于DSP的嵌入式系统的输入端相连接,基于DSP的嵌入式系统中的任意一个串行接ロ通过串ロ连接线与上位机显示界面连接；所述的电压互感器和电流互感器安装在列车车顶外，电压变送器、三相电流变送器和数据分析处理系统安装在列车车内。所述的电压互感器的输出电压和电压变送器的输入电压的有效值均为0100V，电流互感器的输出电流和三相电流变送器的输入电流的有效值均为(Γ1Α，电压变送器和三相电流变送器的输出电压均为(Γιον。所述的A/D芯片采集电路采用合众达公司SEED-DPS2812里EMIF中的包含ADS8381IPFBT芯片的电路结构，所述的基于DSP的嵌入式系统采用合众达公司SEED-DPS2812里EMIF中的包含TMS320F2812PGFA芯片的电路图。
所述的A/D芯片采集电路中的十六位数字信号输出总线DO 15与基于DSP的嵌入式系统中对应的十六位数字信号输入总线DO 15分别相连。所述的电压变送器和三相电流变送器的输出端与数据分析处理系统中的Α/D芯片采集电路中的ADCIN端ロ连接。与现有技术相比，本发明的有益效果是
将现代信号处理技术应用于弓网受流的电參数检测上，充分利用了小波变换和傅里叶变换对信号的时域频域分析处理能力。通过对弓网运行过程中，对弓网电压电流数据的高频采集，然后通过小波变换对数据进行消噪和突变点检測，从而计算出弓网数据的突变点时刻，井根据相应算法计算出突变区间的电压有效值，并计算出数据的各次谐波幅值、频率、相位，方便了对弓网状态的电气监控。
图I是本发明的连接原理 图2是Α/D芯片采集电路的连接 图3是基于DSP的嵌入式系统的连接 图I中1、电压互感器，2、电流互感器，3、数据分析处理系统，4、Α/D芯片采集电路，5、基于DSP的嵌入式系统，6、上位机显示界面，7、电压变送器，8、三相电流变送器。
具体实施例方式下面结合附图及具体实施例对本发明作进ー步详细说明。如图1，本发明包括电压互感器I、电流互感器2、电压变送器7、三相电流变送器8和由Α/D芯片采集电路4、基于DSP的嵌入式系统5和上位机显示界面6组成的数据分析处理系统3 ;所述的电压互感器I和电流互感器2的输出端采集弓网高压大电流信号，电压互感器I的输出端与电压变送器7的输入端相连，电流互感器2的输出端与三相电流变送器8的输入端相连接，电压变送器7和三相电流变送器8的输出端均与数据分析处理系统3中的Α/D芯片采集电路4的输入端连接，Α/D芯片采集电路4的输出端与基于DSP的嵌入式系统5的输入端相连接，基于DSP的嵌入式系统5中的任意一个串行接ロ通过串ロ连接线与上位机显示界面6连接；所述的电压互感器I和电流互感器2安装在列车车顶外，电压变送器7、三相电流变送器8和数据分析处理系统3安装在列车车内。所述的电压互感器I的输出电压和电压变送器7的输入电压的有效值均为(T100V，电流互感器2的输出电流和三相电流变送器8的输入电流的有效值均为(Γ1Α，电压变送器7和三相电流变送器8的输出电压均为(T10V。如图2，所述的A/D芯片采集电路4采用合众达公司SEED-DPS2812里EMIF中的包含ADS8381IPFBT芯片的电路结构；如图3，所述的基于DSP的嵌入式系统5采用合众达公司SEED-DPS2812里EMIF中的包含TMS320F2812PGFA芯片的电路图。所述的Α/D芯片采集电路4中的十六位数字信号输出总线D
与基于DSP的嵌入式系统5中对应的十六位数字信号输入总线D
分别相连。所述的电压变送器7和三相电流变送器8的输出端与数据分析处理系统3中的A/D芯片采集电路4中的ADCIN端ロ连接。
如图2中，右边的ADCIN端ロ是A/D芯片采集电路4的输入端，左边的数据总线DO 15是Α/D芯片采集电路4的输出端。如图3中，右边的数据总线DO 15是基于DSP的嵌入式系统5的输入端，左边的信号总线AO 18是基于DSP的嵌入式系统5的输出端。所述的Α/D芯片采集电路4中包含常见的电平转换电路，利用运算放大器，将电压变送器7和三相电流变送器8的输出的(TlOV电压转换成A/D芯片可以接受的(T3V电压。再将此电压接入Α/D芯片，实现信号的Α/D转换。所述的基于DSP的嵌入式系统5，主要实现信号的电能质量检测。主要采用了快速小波算法，突变点检测算法，谐波检测算法。小波算法的引入主要用于弓网信号的消噪和检测弓网电压的突变。小波算法包括小波分解算法和小波重构算法。Mallat算法是引用于DSP的快速小波算法。常见的用于电能质量分析的是Daubechies系列滤波器，选用滤波器长度为8的db 4小波作为Mallat算法的母小波。信号的采样频率为10K，采样点数为1024点，由于小波变换的主要作用是检测突变和消除高频噪声。故小波的分解层数设为3层，得到4个频率区间分别为(Γ625ΗΖ，625 1250Hz，125(Γ2500Ηζ，250(Γ5000Ηζ。信号的基频为50Hz。为减少数据信息的丢失，选用硬阀值去噪，通过对小波的分解与重构达到了消除高频噪声的目的。通过对小波分解得到的各层高频系数分析，使用突变点检测算法，可以定位得到扰动动作点，从而求出扰动持续时间，扰动幅值，进而判断扰动类型。扰动类型主要包括电压骤降、电压骤升、电压断电、过电压、欠电压等。
谐波检测算法是通常都是通过快速傅立叶变换(FFT)来实现的。直接使用FFT算法，会对检测结果产生偏差，引起快速傅立叶变换(FFT)的栅栏效应和频谱泄漏，导致谐波的幅值、频率、相位数据误差较大。尤其是相位误差很大，无法满足准确的谐波測量要求。因此谐波检测算法主要分为插值、快速傅立叶变换(FFT)、校正三个部分。插值算法中选用汉宁(Haning)窗W(n) =0.5-0. 5cos (2JI η/Ν)。N为差值点数，取1024 ;η为差值序号，取I 1024。所述的上位机显示界面6使用Iabview软件制作，利用串ロ连接线与基于DSP的嵌入式系统5通信，实现信号的显示存储。使用DSP的SCI串ロ通信功能将数据打包发送。由于利用SCI总线一次只能发送8位的数据，实际一个数据一般都是16位或32位的形式保存在电脑中的。并且由于需要发送不同类型的数据信息，在每个数据前加两个8位的数据作为数据类型信号，再和需要发送的数据一起组成ー个数据帧。在上位机Iabview端，需到NI公司的官方网站下载一个串ロ驱动程序(Visa400full)。由于数据是以数据帧的为单位发送的，所以数据不能直接使用，需要对数据帧解析一下才能使用。基本流程是检索标志开始的数据流，然后找到数据，并把数据还原为16位或32位再供程序的后续处理。实施例
电压互感器采用JDZXW-35型、电流互感器采用LZZB7-35型，电压变送器采用S3-VD-3型，三相电流变送器采用CAS-3I型。如图I所示，一种基于DSP的弓网受流电能质量检测分析系统，包括JDZXW-35型电压互感器和LZZB7-35型电流互感器，S3-VD-3电压变送器和CAS-3I三相电流变送器，数据分析处理系统，JDZXW-35型电压互感器和LZZB7-35型电流互感器采集弓网高压大电流信号，S3-VD-3电压变送器和CAS-3I三相电流变送器将高压大电流信号统ー转换成低电压信号，数据分析处理系统分析低压电信号的稳态暂态电參数，稳态检测是指检测信号中的各次谐波的幅值、频率、相位。暂态检测是指检测信号中的电压突变、电压扰动等的持续时间定位和持续幅值。所述的JDZXW-35型电压互感器和LZZB7-35型电流互感器能采集弓网25KV，300A的高压大电流信号，该JDZXW-35型电压互感器和LZZB7-35型电流互感器安装在列车车顶外。所述的S3-VD-3电压变送器和CAS-3I三相电流变送器能电压电流信号统ー降压成数据分析处理系统所能处理的幅值为 正负IOV的低电压信号，该S3-VD-3电压变送器和CAS-3I三相电流变送器安装在列车车内。所述的数据分析处理系统主要由基于ADS8381的Α/D芯片采集电路，基于DSP(TMS320F2812PGFA)的嵌入式系统和上位机显示界面组成。上述实施例的主要工作过程如下
高压大电流JDZXW-35型电压互感器和LZZB7-35型电流互感器将弓网电压电流信号弓I入到S3-VD-3电压变送器和CAS-3I三相电流变送器，经过S3-VD-3电压变送器和CAS-3I三相电流变送器后信号统ー变为幅值正负IOV的低压信号，再经过常见的电平转换电路连至Α/D芯片上，利用DSP (TMS320F2812PGFA)强大的数字信号处理能力，使用小波算法、傅立叶算法、突变点检测算法，检测电信号的稳态暂态电參数。稳态检测是指检测信号中的各次谐波的幅值、频率、相位。暂态检测是指检测信号中的电压突变、电压扰动等的持续时间定位和持续幅值。然后信号检测处理结果可传至上位机，进行显示、存储以及打印报表等エ作。基于DSP的嵌入式系统中采用了快速小波算法(mallat算法)，选用滤波器长度为8的db 4小波作为Mallat算法的母小波。信号的采样频率为10K，采样点数为1024点，由于小波变换的主要作用是检测突变和消除高频噪声。故小波的分解层数设为3层，得到4个频率区间分别为0 625Hz，625 1250Hz，1250 2500Ηζ，250(Γ5000Ηζ。信号的基频为50Hz。基于DSP的嵌入式系统中采用了谐波检测算法。谐波检测算法中需要用到插值算法，选用汉宁(Haning)窗插值方式，W(n) =0. 5-0. 5cos (2 π η/Ν)，N 取 1024。上位机显示界面需加装串ロ驱动程序(visa400full)，另外还需要对串ロ的波特率等參数设置，要保证在DSP下位机跟Iabview上位机两处的串ロ通信參数一致，波特率采用19200bit/s，数据位8位,停止位I位。上述具体实施方式
用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于DSP的弓网受流电能质量检测分析系统，其特征在于包括电压互感器Cl),电流互感器(2)，电压变送器(7)，三相电流变送器(8)和由A/D芯片采集电路(4)、基于DSP的嵌入式系统(5)和上位机显示界面(6)组成的数据分析处理系统(3);所述的电压互感器(I)和电流互感器(2)的输出端采集弓网高压大电流信号，电压互感器(I)的输出端与电压变送器(7)的输入端相连，电流互感器(2)的输出端与三相电流变送器(8)的输入端相连接，电压变送器(7)和三相电流变送器(8)的输出端均与数据分析处理系统(3)中的A/D芯片采集电路(4)的输入端连接，A/D芯片采集电路(4)的输出端与基于DSP的嵌入式系统(5)的输入端相连接，基于DSP的嵌入式系统(5)中的任意一个串行接ロ通过串ロ连接线与上位机显示界面(6 )连接；所述的电压互感器(I)和电流互感器(2 )安装在列车车顶外，电压变送器(7)、三相电流变送器(8)和数据分析处理系统(3)安装在列车车内。
2.根据权利要求I所述的ー种基于DSP的弓网受流电能质量检测分析系统，其特征在于所述的电压互感器(I)的输出电压和电压变送器(7)的输入电压的有效值均为(T100V，电流互感器(2)的输出电流和三相电流变送器(8)的输入电流的有效值均为(Γ1Α，电压变送器(7)和三相电流变送器(8)的输出电压均为(TlOV。
3.根据权利要求I所述的ー种基于DSP的弓网受流电能质量检测分析系统，其特征在于所述的A/D芯片采集电路(4)采用合众达公司SEED-DPS2812里EMIF中的包含ADS8381IPFBT芯片的电路结构，所述的基于DSP的嵌入式系统(5)采用合众达公司SEED-DPS2812里EMIF中的包含TMS320F2812PGFA芯片的电路图。
4.根据权利要求I或3所述的ー种基于DSP的弓网受流电能质量检测分析系统，其特征在于所述的A/D芯片采集电路(4)中的十六位数字信号输出总线DO 15与基于DSP的嵌入式系统(5)中对应的十六位数字信号输入总线DO 15分别相连。
5.根据权利要求I或3所述的ー种基于DSP的弓网受流电能质量检测分析系统，其特征在于所述的电压变送器(7)和三相电流变送器(8)的输出端与数据分析处理系统(3)中的A/D芯片采集电路(4)中的ADCIN端ロ连接。
全文摘要
本发明公开了一种基于DSP的弓网受流电能质量检测分析系统。所述的电压互感器和电流互感器的输出端采集弓网高压大电流信号，电压互感器的输出端与电压变送器的输入端相连，电流互感器的输出端与三相电流变送器的输入端相连接，电压变送器和三相电流变送器的输出端分别连接数据分析处理系统中的A/D芯片采集电路的两个输入端，A/D芯片采集电路的输出端与基于DSP的嵌入式系统的输入端相连接，基于DSP的嵌入式系统中的任意一个串行接口通过串口连接线与上位机显示界面连接。本发明首次将现代信号处理技术应用于弓网受流的电参数检测上，充分利用了小波变换和傅里叶变换对信号的时域频域分析处理能力。
文档编号G01R23/16GK102680824SQ20121015152
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月16日 优先权日2012年5月16日
发明者卢琴芬, 方攸同, 马吉恩, 黄晓艳 申请人:浙江大学