一种基于嵌入式和Web服务的电能质量在线监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于嵌入式和Web服务的电能质量在线监测系统，包括依次电连接的互感器、信号调理模块、数据采集卡、FPGA机箱、实时控制器、Web服务器、路由器和客户PC，所述互感器包括电压互感器和电流互感器，所述FPGA机箱受所述实时控制器控制，所述FPGA机箱通过PCI总线向所述实时控制器发送电网波形数据，同时接受所述实时控制器的命令。这种在线监测系统能够在本地监测分析电网电能质量数据，远方计算机可以异地直接查看，并且可以向本地电能质量监测装置发送命令，大大节省了客户的资源与精力。
【专利说明】
一种基于嵌入式和Web服务的电能质量在线监测系统
技术领域
[〇〇〇1]本实用新型涉及一种电能质量在线监测系统，尤其涉及一种基于嵌入式和Web月艮务的电能质量在线监测系统。【背景技术】
[0002]电能作为一种经济实用、清洁方便且容易控制和转换的二次能源，已成为全世界经济发展及人民生活的重要基础。在上世纪后期，随着新的一次能源的开发和发电机组装备容量的扩充，部分国家在解决电力供应“温饱”问题之后，逐步解除了电力管制，开放了电力市场，使得电能商品在交易中的质量问题成为供用(买卖)双方需要特别关注的重大技术问题。本世纪以来，世界性的能源危机和环境保护又将节能减排提到了举国关注的重大问题上，其中，由于停电和电能质量问题造成的巨大经济损失以及为此采取的一系列措施成为与之相关的重大问题。
[0003]与此同时，当代电力系统的电网和负荷构成出现了新变化。一方面，电力网络不断扩张，计算机技术、通信技术和电力电子新技术$六(^:1^(:、3￥(:、狀0(:、(^一?〇?)在电力系统的应用，使得对系统可靠性要求更高。另一方面，高科技含量的器件、设备与技术(如微电子技术、计算机技术、电力电子技术等)，或由它们构成的数字自动化生产线，相对传统的机电设备与负荷而言，对电力扰动的敏感性更加突出，劣质电能的产生及其影响问题日益严重，尤其是原本就己存在和不以为然的电压暂降等暂态电能质量问题也突显出来。
[0004]现有技术下的电能质量监测系统分为离线式监测仪和独立的监测装置，这类电能质量监测装置无法与远方的客户计算机进行通信，处理后的数据只能就地查看和存储，无法供远方客户直接查看;远方的客户计算机也无法向电能质量监测装置发送命令以便调整监测系统参数，例如信号采样平率、谐波最高分析次数、监测数据的存储间隔。
[0005]因此，急需研制出一种能够在本地监测分析电网电能质量数据，远方计算机可以异地直接查看，并且可以向本地电能质量监测装置发送命令的新型电能质量在线监测系统。【实用新型内容】
[0006]本实用新型针对上述存在的问题做出改进，即本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于嵌入式和Web服务的电能质量在线监测系统，这种电能质量在线监测系统能够在本地监测分析电网电能质量数据，远方计算机可以异地直接查看，并且可以向本地电能质量监测装置发送命令。
[0007]为了解决上述技术问题，本实用新型提出了这样一种基于嵌入式和Web服务的电能质量在线监测系统，包括依次电连接的互感器、信号调理模块、数据采集卡、FPGA机箱、实时控制器、Web服务器、路由器和客户PC，所述互感器包括电压互感器和电流互感器，所述 FPGA机箱受所述实时控制器控制，所述FPGA机箱通过PCI总线向所述实时控制器发送电网波形数据，同时接受所述实时控制器的命令，实时控制器能够处理FPGA机箱传送上来的电网电压和电网电流采样数据，实时计算电网的电能质量参数并上传至Web服务器。
[0008] 实时控制器能够监测电网的故障数据，包括:电压暂降，电压暂升，电压中断，电压震荡，电压快速变动。实时控制器检测到故障数据后能够将故障数据上传至Web服务器，并由Web服务器保存在本地磁盘中。[00〇9]进一步，所述数据采集卡与所述FPGA机箱之间通过PFI总线连接，所述FPGA机箱与所述实时控制器之间通过PCI总线连接，所述实时控制器与所述Web服务器之间通过以太网线连接，所述Web服务器与所述客户PC之间通过所述路由器经以太网线连接。
[0010]进一步，所述FPGA机箱有四个PFI总线插槽，可以实现数据采集卡的热插拔功能， 可同时插入一至四个所述数据采集卡，所述FPGA机箱内置200万门FPGA芯片，可以实现高速信号采集与实时处理，FPGA机箱内置的FPGA芯片运行FPGA程序，FPGA芯片程序能够控制数据采集卡的采样频率和采样通道数。
[0011]进一步，所述实时控制器上有LED指示灯和复位按钮。[0〇12] 进一步，所述实时控制器上设置有RJ45以太网接口、RS232接口、USB接口，所述实时控制器可通过任一接口与所述Web服务器连接。[〇〇13] 进一步，所述Web服务器上装有界面程序，能够显示实时控制器上传过来的电能质量监测数据，客户可以通过本地人机界面查看电网实时电能质量情况，所述Web服务器通过所述路由器与多个客户PC连接，任一客户PC机只要在Web服务器授权的情况下，均可以通过网页浏览器访问Web服务器上的电能质量数据。
[0014]本实用新型的有益效果:
[0015] (1)本实用新型可扩展性能好，FPGA机箱具有4个PFI总线插槽，只要数据采集卡具有PFI总线接口，均可以在FPGA机箱上进行热插拔，这样便可以方便地扩展电能质量监测系统的通道数。
[0016] (2)本实用新型智能化程度高，客户能够通过Web服务器上的界面程序控制监测系统的参数。例如:用户可以设置数据采集卡的采样频率，用户还可以设置电能质量监测数据的存储时间间隔。用户设置的所有参数均被自动保存在本地，系统自动记住这些设置，下次监测装置重启的时候用户不需要再重新设置参数了。
[0017] (3)本实用新型能够实现多用户远程同时访问本地电能质量监测数据。远程客户 PC机不需要安装任何客户端软件，只需要网页浏览器即可。远程用户通过网页浏览Web服务器上的界面程序，而且同一时刻可以允许一名客户操作本地界面，这样能够实现客户对电能质量监测系统的远程在线控制。由于客户PC机不需要安装客户端软件，大大节省了客户的资源与精力。【附图说明】
[0018]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。[0〇19]图1为本实用新型连接示意图；
[0020]图中:1、互感器，2、信号调理模块，3、数据采集卡，4、FPGA机箱，5、实时控制器，6、 Web服务器，7、路由器，8、客户PC，11、电压互感器，12、电流互感器。【具体实施方式】
[0021]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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0022]如图1所示为本实用新型的一种实施例，一种基于嵌入式和Web服务的电能质量在线监测系统，包括依次电连接的互感器1、信号调理模块2、数据采集卡3、FPGA机箱4、实时控制器5、Web服务器6、路由器7和客户PC8，所述互感器I包括电压互感器11和电流互感器12，所述FPGA机箱4受所述实时控制器5控制，所述FPGA机箱4通过PCI总线向所述实时控制器5发送电网波形数据，同时接受所述实时控制器5的命令。
[0023]本实用新型中，电压互感器11以及电流互感器12的一次侧接到变电站母线、负荷馈线，二次侧即输出侧连接至信号调理模块2，电压互感器11 二次侧的额定电压为100V，电流互感器12 二次侧的额定电流为5A。经过信号调理模块2的信号衰减、滤波、变换之后，变为5V的电压信号。信号调理模块2具有过载保护功能，当互感器的二次侧输出大于额定输出后，信号调理模块2内部的信号钳制电路能够将输出电压钳制在最大值5V以下，保护了后续连接设备的安全性。
[0024]FPGA机箱4具有4个PFI总线插槽，只要数据采集卡具有PFI总线接口，均可以在FPGA机箱4上进行热插拔，这样便可以方便地扩展电能质量监测系统的通道数。FPGA机箱4内嵌有FPGA控制芯片，芯片上可以运行FPGA程序，该程序可以控制数据采集卡3并高速接受来自数据采集卡3的采样数据。另外，FPGA程序可以对采样数据做实时处理，也可以通过直接内存读取(DMA)技术将采样数据传送至实时控制器5进行处理。
[0025]本实用新型中，实时控制器5通过直接内存读取(DMA)技术接受来自FPGA芯片的采样数据。实时控制器5上运行实时应用程序，一方面，实时应用程序与FPGA进行通信并控制FPGA程序的启动和停止，另一方面，实时应用程序处理采样数据，并将处理结果通过TCP/IP传输至Web服务器6，并接受来自Web服务器6的控制命令。实时应用程序不仅能够计算常见的电网电能质量指标，而且能够检测电网的暂态扰动信号，并且能够判断暂态扰动信号的的类型并加以分类识别。
[0026]所述Web服务器6通过TCP/IP接收来自实时控制器处理好的电能质量数据。Web服务器6上运行本地人机界面程序，该程序将电网电能质量数据以多种方式呈现给客户，客户可以通过人机界面选择查看感兴趣的数据，并能够检索过去的电能质量历史数据。一方面Web服务器6显示电能质量数据，就地存储电能质量数据，另一方面，Web服务器6接受来自客户PC8的访问请求，客户PC8通过浏览器访问Web服务器6，Web服务器6将本地人机界面通过浏览器呈现给客户，同一时间，Web服务器6还允许一名客户PC8对本地人机界面进行控制。
[0027]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于嵌入式和Web服务的电能质量在线监测系统，其特征在于:包括依次电连接 的互感器(1)、信号调理模块(2)、数据采集卡(3)、FPGA机箱(4)、实时控制器(5)、Web服务器 (6)、路由器(7)和客户PC(8)，所述互感器(1)包括电压互感器(11)和电流互感器(12)，所述 FPGA机箱(4 )受所述实时控制器(5 )控制，所述FPGA机箱(4 )通过PC I总线向所述实时控制器 (5)发送电网波形数据，同时接受所述实时控制器(5)的命令。2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式和Web服务的电能质量在线监测系统，其特征 在于:所述数据采集卡(3)与所述FPGA机箱(4)之间通过PFI总线连接，所述FPGA机箱(4)与 所述实时控制器(5)之间通过PCI总线连接，所述实时控制器(5)与所述Web服务器(6)之间 通过以太网线连接，所述Web服务器(6)与所述客户PC(8)之间通过所述路由器(7)经以太网 线连接。3.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式和Web服务的电能质量在线监测系统，其特征 在于:所述FPGA机箱(4)有四个PFI总线插槽，可同时插入一至四个所述数据采集卡(3)，所 述FPGA机箱(4)内置200万门FPGA芯片。4.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式和Web服务的电能质量在线监测系统，其特征 在于:所述实时控制器(5)上有LED指示灯和复位按钮。5.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式和Web服务的电能质量在线监测系统，其特征 在于:所述实时控制器(5)上设置有RJ45以太网接口、RS232接口、USB接口，所述实时控制器 (5)可通过任一接口与所述Web服务器(6 )连接。6.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式和Web服务的电能质量在线监测系统，其特征 在于:所述Web服务器(6)通过所述路由器(7)与多个客户PC(8)连接。
【文档编号】G01R31/00GK205594085SQ201620099460
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年2月1日
【发明人】刘胜军, 孙伟, 梁爽, 苗俊杰, 段志国, 李永刚, 刘晓璇, 郭亚成, 乔红军, 李建文
【申请人】国家电网公司, 国网河北省电力公司, 国网河北省电力公司保定供电分公司, 华北电力大学（保定）