专利名称：电力谐波与间谐波监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力谐波与间谐波监测技术，特别是用于电力系统及电力用户配电网的电力谐波与间谐波监测装置。
背景技术：
现有谐波监测产品大部分为谐波即整数倍谐波监测装置(仪器)，缺乏对间谐波即非整数倍谐波进行监测的仪器(装置)。
另外，现有谐波监测装置(仪器)多采用模拟电路方式，或采用工控机方式，或低速信号处理器(DSP)方式，在三相实时同时采集、分析处理方面做的考虑的很少，工作可靠性不理想，谐波监测次数低。
鉴于现有谐波监测技术存在的上述不足，本实用新型提出了一种新型谐波与间谐波装置，不但可以就地监测谐波和间谐波，而且可以同时可通过电话线或光纤和主服务器组成实时在线监控网络。
本实用新型的电力谐波与间谐波监测装置，其组成包括仪用电压互感器组、仪用电流互感器组、A/D转换器、一个数字信号处理器(DSP)、一个微控制器(MCU)、2个程序存储器(程序存储器1、程序存储器2)、I/O控制器、数据存储器、通信控制单元、显示器以及键盘、触摸屏以及鼠标，其特征是仪用电压互感器组和仪用电流互感器组构成三相电压电流采样电路，A/D转换器连接于采样电路与DSP之间，DSP与MCU之间的通信采用HPI数据总线，2个程序存储器通过总线分别与DSP、MCU连接，数据存储器通过总线与MCU连接，显示器以及键盘、触摸屏以及鼠标均连接于MCU的I/O控制器的相应端口。其采用高速浮点DSP、嵌入式MCU、HPI总线、大容量FLASH、嵌入式操作系统等先进技术，在电力谐波监控系统中，首次采用DSP完成加窗FFT运算，进而对谐波和间谐波进行高精度、实时检测、分析和控制。技术构成思想新颖，结构紧凑、运行可靠、功能强大、智能性能好、信息处理速度和检测控制精度较现有技术有很大提高，实现对汇流母线、馈电线路的谐波与间谐波状态进行实时监测与分析、控制。
本实用新型能实时显示三相电压、电流、频率，三相2～100次谐波电压、电流、功率，三相0～2500Hz频率范围的间谐波电压、电流，间谐波监测的分辨率小于50/8Hz，电压、电流实时波形，谐波与间谐波频谱。
本实用新型配备有以太网、串口和USU通信控制接口，采用电力谐波与间谐波监测装置组和服务器可以组成谐波与间谐波监测网，实现谐波与间谐波参数以及电力参数的综合分析处理和多用户共享。
图1为本电力谐波与间谐波监测装置的原理框图；图2为图1的电力谐波与间谐波监测装置实施电路图。
具体实施方式
本电力谐波与间谐波监测装置如原理框图1和实施电路图2所示，它包括仪用电压互感器组、仪用电流互感器组、A/D转换器、一个数字信号处理器(DSP)、一个微控制器(MCU)、2个程序存储器(程序存储器1、程序存储器2)、I/O控制器、数据存储器、通信控制单元、显示器以及键盘、触摸屏以及鼠标。仪用电压互感器组和仪用电流互感器组构成三相电压电流采样电路，A/D转换器连接于采样电路与DSP之间，DSP与MCU之间的通信采用HPI数据总线，2个程序存储器通过总线分别与DSP、MCU连接，数据存储器通过总线与MCU连接，显示器以及键盘、触摸屏以及鼠标均连接于MCU的I/O控制器的相应端口。
三相仪用电压互感器组的电压信号和三相仪用电流互感器组的电流信号(1)，分别从配备于电力系统(或电力用户)变电站的电压互感器(PT)及电流互感器(CT)获得。三相电压电流采样电路由仪用电压互感器组和仪用电流互感器组(2)以及前端信号滤波电路组成，将来自CT、PT的高电压大电流信号转换为适合后续电路使用的弱电信号，并滤除信号线上的尖峰干扰。
A/D变换器(3)采用高精度的16位6路同时采样的A/D变换器，A/D转换器采用ADS8364芯片，采样速率可高达250K，将各模拟量信号转换为数字量信号，并将其传送给DSP，6路同时采样特性的选用保证了电压、电流信号的真正同时性，实际使用的采用速度为25.6K。
DSP(4)采用最新数字化信号处理技术的高性能浮点DSP芯片(TMS320C6711DGDPA芯片)，该技术有别于普通的科学计算与分析，适用于面向高性能、重复性、数值运算密集型的实时处理。
程序存储器1(5)主要用于固化存放DSP运算程序。DSP在运行开始时，首先将固化在程序存储器1中的DSP运算程序调入DSP内部以及外扩的RAM中，进而对数字信号进行运算和处理。
MCU(6)将通过DSP的HPI总线接口直接访问DSP的内存RAM，将DSP经加窗FFT后的数据进行进一步数据分析和处理，完成就地大屏幕液晶显示、就地大容量数据存储器存贮，同时完成数据的远方传输控制等功能。MCU芯片采用嵌入式PC104主机。
程序存储器2(7)主要用于固化存放MCU运算程序。MCU在运行开始时，首先将固化在程序存储器2中的MCU运算程序调入MCU内部以及外扩的RAM中，进而对数据进行运算、处理和对显示、通信、操作等进行控制。
程序存储器1和程序存储器2均采用FLASH存储器。
显示器(8)采用大屏幕液晶显示器，能够就地完成对上述谐波、间谐波以及各种电力参数的仪上显示。
以太网接口和串口接口(9)为数据远程通信和组成监控网提供方便。
触摸屏(10)为人机界面智能化操作提供方便。
USB接口(11)为即插即用接口，可以接入键盘、鼠标、U盘、应动硬盘等即插即用设备。
指示灯(12)可以提供超限和故障的灯光报警。
以下结合原理框图1和实施电路图2详细描述本装置的工作过程。
采样电路将高电压、大电流信号经过变换器转化为弱电信号并滤除信号线上的尖峰干扰，然后经过由差分电路与滤波电力组成的信号耦合电路耦合至A/D转换电路，耦合电路主要滤除高频信号，由于采用了差分模式，有效地提高了耦合电路的共模拟制比。
高性能浮点DSP芯片主要接收A/D变换的数据，并实时计算信号频率，运用加窗FFT算法计算三相电压、电流信号的2～100次谐波分量的幅值和相位和0～2500Hz频率的间谐波分量的幅值和相位(每周波采样514点，采样频率25600HZ)，并进一步计算三相2～100次谐波功率，将此信号通过HPI接口传输给MCU进一步分析处理，HPI接口的采用，既确保了信号高速、实时、准确、无误的传递，也节省了元器件，进而降低成本和提高可靠性；MCU主要完成数据的进一步计算分析(计算各次谐波电压、电流含有率，总畸变率)，同时负责数据的就地存储、比较、通讯、实时显示、系统参数的设置等功能。
1Gbit的大容量CF卡主要完成实时记录、报警数据的就地存储；利用触摸屏或鼠标，能够很方便地实现各种显示操作；利用键盘，能够很方便地完成系统参数(包括电压PT参数、电流CT参数、系统短路容量、各次谐波参数的报警限值等参数)的设置整定。
本实用新型的监控界面包括主界面实时波形显示、谐波与间谐波综合数据显示、谐波综合数据显示、间谐波综合数据显示、电压谐波与间谐波频谱显示、电流谐波与间谐波频谱显示、谐波有功功率频谱显示、谐波无功功率频谱显示、其它电力参数显示以及指示灯等。
串口及以太网用于为数据的实时传输提供通道。串口通讯接口有RS485和RS232两个接口，以太网通信接口则可以充分利用现有带宽实现高速传输，USB接口为利用U盘、移动硬盘等存储器直接下载数据提供方便，另外，USB接口为接入即插即用鼠标和键盘提供方便。
本实用新型打破了传统谐波监测概念，将谐波监测从整数倍谐波扩展到非整数谐波，实现了谐波的全面监控。
权利要求1.一种新型电力谐波与间谐波监测装置，其组成包括仪用电压互感器组、仪用电流互感器组、A/D转换器、一个数字信号处理器(DSP)、一个微控制器(MCU)、2个程序存储器(程序存储器1、程序存储器2)、I/O控制器、数据存储器、通信控制单元、显示器以及键盘、触摸屏以及鼠标，其特征是仪用电压互感器组和仪用电流互感器组构成三相电压电流采样电路，A/D转换器连接于采样电路与DSP之间，DSP与MCU之间的通信采用HPI数据总线，2个程序存储器通过总线分别与DSP、MCU连接，数据存储器通过总线与MCU连接，显示器以及键盘、触摸屏以及鼠标均连接于MCU的I/O控制器的相应端口。
2.根据权利要求1所述电力谐波与间谐波监测装置，其特征是所述的数字信号处理器(DSP)采用TMS320C6711DGDPA芯片。
3.根据权利要求1所述电力谐波与间谐波监测装置，其特征是所述的A/D转换器采用ADS8364芯片。
4.根据权利要求1所述电力谐波与间谐波监测装置，其特征是所述的微控制器(MCU)采用嵌入式PC104主机。
专利摘要一种新型电力谐波与间谐波监测装置，其组成包括仪用电压互感器组、仪用电流互感器组、A/D转换器、一个数字信号处理器(DSP)、一个微控制器(MCU)、2个程序存储器、I/O控制器、数据存储器、通信控制单元、显示器以及键盘、触摸屏以及鼠标，其特征是仪用电压互感器组和仪用电流互感器组构成三相电压电流采样电路，A/D转换器连接于采样电路与DSP之间，DSP与MCU之间的通信采用HPI数据总线，2个程序存储器通过总线分别与DSP、MCU连接，数据存储器与MCU连接，显示器以及键盘、触摸屏以及鼠标连接于MCU的I/O控制器的相应端口，实现对电力系统及电力用户配电网的谐波与间谐波进行实时监测与分析。
文档编号G01R23/16GK2932397SQ200620051198
公开日2007年8月8日 申请日期2006年6月2日 优先权日2006年6月2日
发明者粟时平, 刘桂英 申请人:粟时平, 刘桂英