一种基于ESPRITE的冲击负荷计量装置的制作方法

本实用新型涉及电力技术领域，尤其涉及一种基于ESPRITE的冲击负荷计量装置。

背景技术：

随着大量电力电子工业负载的应用，使得电网负荷逐渐呈现随时间动态波动，甚至冲击性的特点，如炼钢厂的电弧炉、轧钢机、港口的塔吊、城市轻轨及电动汽车充电站等，都为典型的冲击性负载。其特征为电流随负载的启动与停止，呈现周期性的剧烈波动，其幅值大小可在秒级时间内出现大幅变动，同时造成电压也出现波动。由于传统的电测量仪表，都是针对稳态负载设计，其采用矩形窗方式，来计算电压、电流有效值，以及有功功率等重要参数。

但这些仪表应用于冲击性负载时，由于负载电流在短时间内出现快速的变化，因此变化期间的波形，富含丰富的频谱信息，若采用矩形窗来截断，进行电压、电流及功率计算，将会引入非同步噪声，造成结果出现异常波动。从而无法正确检测冲击性负载的电力参数，影响电网正常运行。

目前专门针对冲击性负载电参数测量的方法有单周期矩形窗快速测量方法，其通过一片高速AD芯片，采用单周期电能快速算法，确保波动负荷下电能计量准确度,这种方法还是采用矩形窗截断，只是用很短的矩形窗，同时提高采样速率来解决冲击负载电流波动造成的误差影响。这种方法可以用于全波电压、电流及功率计算，但无法准确分析短时间波动电流的频谱信息，从而导致了无法准确计算基波或谐波频段上的电压、电流及有功功率数值的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供的一种基于ESPRITE的冲击负荷计量装置，解决了目前专门针对冲击性负载电参数测量的方法有单周期矩形窗快速测量方法，采用单周期电能快速算法，导致的无法准确计算基波或谐波频段上的电压、电流及有功功率数值的技术问题。

本实用新型实施例提供的一种基于ESPRITE的冲击负荷计量装置，包括：

电压取样电路、零磁通电流互感器、数字信号处理芯片、主CPU单元和显示单元，所述电压取样电路、所述零磁通电流互感器和所述数字信号处理芯片电性连接；

所述数字信号处理芯片和所述主CPU单元通过SPI总线连接；

所述数字信号处理芯片中预置有ESPRIT算法，用于接收所述电压取样电路、所述零磁通电流互感器电流\电压信号，进行所述ESPRIT算法的冲击负荷计量；

所述主CPU单元和所述显示单元电性连接，所述主CPU单元，用于将所述数字信号处理芯片中的所述冲击负荷计量结果发送至所述显示单元显示。

优选地，基于ESPRITE的冲击负荷计量装置还包括：

电压通道AD采样芯片，通过所述SPI总线连接在所述电压取样电路和所述数字信号处理芯片之间。

优选地，基于ESPRITE的冲击负荷计量装置还包括：

电流通道AD采样芯片，通过所述SPI总线连接在所述零磁通电流互感器和所述数字信号处理芯片之间。

优选地，基于ESPRITE的冲击负荷计量装置还包括：

485通信单元，与所述主CPU单元电性连接。

优选地，基于ESPRITE的冲击负荷计量装置还包括：

FLASH存储器，通过SPI总线与所述主CPU单元电性连接。

优选地，基于ESPRITE的冲击负荷计量装置还包括：

时钟单元，与所述主CPU单元电性连接。

优选地，基于ESPRITE的冲击负荷计量装置还包括：

EEPROM存储芯片，通过I2C总线与所述主CPU单元电性连接。

优选地，基于ESPRITE的冲击负荷计量装置还包括：

供电单元，与所述主CPU单元电性连接。

优选地，显示单元具体包括：

液晶显示屏和机械功能按键，所述机械功能按键用于进行参数设置及轮显操作。

优选地，所述数字信号处理芯片为DSP芯片。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型实施例提供的一种基于ESPRITE的冲击负荷计量装置，包括：电压取样电路、零磁通电流互感器、数字信号处理芯片、主CPU单元和显示单元，电压取样电路、零磁通电流互感器和数字信号处理芯片电性连接；数字信号处理芯片和主CPU单元通过SPI总线连接；数字信号处理芯片中预置有ESPRIT算法，用于接收电压取样电路、零磁通电流互感器电流\电压信号，进行ESPRIT算法的冲击负荷计量；主CPU单元和显示单元电性连接，主CPU单元，用于将数字信号处理芯片中的冲击负荷计量结果发送至显示单元显示。本实施例中，通过电压取样电路、零磁通电流互感器、数字信号处理芯片、主CPU单元和显示单元的连接关系，以及预置有ESPRIT算法的数字信号处理芯片将冲击负荷计量结果发送至主CPU单元，并由主CPU单元发送至显示单元显示，解决了目前专门针对冲击性负载电参数测量的方法有单周期矩形窗快速测量方法，采用单周期电能快速算法，导致的无法准确计算基波或谐波频段上的电压、电流及有功功率数值的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种基于ESPRITE的冲击负荷计量装置一个实施例的结构示意图；

图2为显示单元结构示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例提供的一种基于ESPRITE的冲击负荷计量装置，解决了目前专门针对冲击性负载电参数测量的方法有单周期矩形窗快速测量方法，采用单周期电能快速算法，导致的无法准确计算基波或谐波频段上的电压、电流及有功功率数值的技术问题。

为使得本实用新型的实用新型目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而非全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的一种基于ESPRITE的冲击负荷计量装置一个实施例包括：

电压取样电路5、零磁通电流互感器6、数字信号处理芯片2、主CPU单元1和显示单元8，电压取样电路5、零磁通电流互感器6和数字信号处理芯片2电性连接；

数字信号处理芯片2和主CPU单元1通过SPI总线连接；

数字信号处理芯片2中预置有ESPRIT算法，用于接收电压取样电路5、零磁通电流互感器6电流\电压信号，进行ESPRIT算法的冲击负荷计量；

主CPU单元1和显示单元8电性连接，主CPU单元1，用于将数字信号处理芯片2中的冲击负荷计量结果发送至显示单元8显示。

进一步地，基于ESPRITE的冲击负荷计量装置还包括：

电压通道AD采样芯片3，通过SPI总线连接在电压取样电路5和数字信号处理芯片2之间。

进一步地，基于ESPRITE的冲击负荷计量装置还包括：

电流通道AD采样芯片4，通过SPI总线连接在零磁通电流互感器6和数字信号处理芯片2之间。

进一步地，基于ESPRITE的冲击负荷计量装置还包括：

485通信单元7，与主CPU单元1电性连接。

进一步地，基于ESPRITE的冲击负荷计量装置还包括：

FLASH存储器9，通过SPI总线与主CPU单元1电性连接。

进一步地，基于ESPRITE的冲击负荷计量装置还包括：

时钟单元11，与主CPU单元1电性连接。

进一步地，基于ESPRITE的冲击负荷计量装置还包括：

EEPROM存储芯片10，通过I2C总线与主CPU单元1电性连接。

进一步地，基于ESPRITE的冲击负荷计量装置还包括：

供电单元12，与主CPU单元1电性连接。

进一步地，显示单元8具体包括：

液晶显示屏8-1和机械功能按键8-2，机械功能按键8-2用于进行参数设置及轮显操作。

进一步地，数字信号处理芯片2为DSP芯片。

下面以一具体应用场景进行描述，应用例包括：

主CPU单元1包含一块200MHZ ARM处理器。主CPU单元1通过SPI总线连接DSP高速32位数字信号处理芯片2，所述数字信号处理芯片2连接有电压通道AD采样芯片3。所述电压通道AD采样芯片3连接有电压取样电路5。所述数字信号处理芯片2还直接连接有电流通道AD采样芯片4，该电流通道AD采样芯片4连接有零磁通电流互感器6。

所述主CPU单元1还通过I2C总线连接有显示单元8。如图2所示，所述显示单元8包括分别与所述主CPU单元1连接的点阵液晶屏8-1和两个机械功能按键8-2。

所述主CPU单元1还通过串行总线连接两路RS485接口7。所述主CPU单元1还通过I2C总线连接有用于重要参数保存的两片EEPROM芯片10，以及通过SPI总线连接有储存非实时参数的外部FLASH单元9。

本实施例主要通过电压取样电路5进行电压取样，所述电压取样电路5包含高精度电压分压电阻，用于将输入电压转换为AD采样芯片支持的稳定小电压信号，电压通道AD采样芯片3将小信号电压转换为数字信号，通过SPI总线传输到数字信号处理芯片2中。零磁通电流互感器6可实现宽范围内高线性度的电流取样，并通过配套的高精密电阻转换为弱电压信号，接入电流通道AD采样芯片4转换为电流的数字交采值，通过SPI总线传输到数字信号处理芯片2中。

ESPRIT算法主要运行在数字信号处理芯片2中。数字信号处理芯片2运行的主程序，通过中断函数调取AD采样芯片4中的电压与电流数字交采值，完成N个采样值收集后，计算得到冲击负载下的基波电压、电流，基波有功功率及全波有功功率等，从而完成电量的累计工作，并进行电能脉冲的发送。

主CPU单元1通过SPI总线接收DSP处理器中电量计算结果，并进行电能量数据处理、存储、显示以及规约通信操作。主CPU单元1通过显示单元8将电能计量结果进行显示，并通过监视显示单元8中的机械功能按键8-2进行参数设置及轮显等工作。主CPU单元1通过两路RS485接口7完成电量数据的上传工作。主CPU单元1负责在掉电时接管整个表计工作，通过监视显示单元8中的功能键8-2完成停电唤醒，停电抄表等一系列工作。

本实用新型实施例提供的一种基于ESPRITE的冲击负荷计量装置，包括：电压取样电路5、零磁通电流互感器6、数字信号处理芯片2、主CPU单元1和显示单元8，电压取样电路5、零磁通电流互感器6和数字信号处理芯片2电性连接；数字信号处理芯片2和主CPU单元1通过SPI总线连接；数字信号处理芯片2中预置有ESPRIT算法，用于接收电压取样电路5、零磁通电流互感器6电流\电压信号，进行ESPRIT算法的冲击负荷计量；主CPU单元1和显示单元8电性连接，主CPU单元1，用于将数字信号处理芯片2中的冲击负荷计量结果发送至显示单元8显示。本实施例中，通过电压取样电路5、零磁通电流互感器6、数字信号处理芯片2、主CPU单元1和显示单元8的连接关系，以及预置有ESPRIT算法的数字信号处理芯片2将冲击负荷计量结果发送至主CPU单元1，并由主CPU单元1发送至显示单元8显示，解决了目前专门针对冲击性负载电参数测量的方法有单周期矩形窗快速测量方法，采用单周期电能快速算法，导致的无法准确计算基波或谐波频段上的电压、电流及有功功率数值的技术问题。

以上所述，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。