一种在线式电能质量监测装置

摘要

一种在线式电能质量监测装置，硬件平台是嵌入式硬件平台，采用包括PowerPC功能单元、FPGA功能单元，以及DSP功能单元的复杂架构，Power PC功能单元与DSP功能单元相互独立，PowerPC功能单元通过FPGA功能单元中内部配置的双口RAM与DSP功能单元进行数据交互。仅增加有限的成本，使现有的普通电能质量装置具备高速瞬变信号捕捉功能。广泛适用于非线性负荷与冲击性负荷，包括瞬变干扰如电网上的设备接通和雷击等问题比较严重的场所在线进行常规电能质量指标参数的监测，并在出现高速电压瞬变的异常事件时，可以自动捕捉并真实完整地记录当时的瞬变信号，为供电线路上的装置和设备的故障分析提供数据支持。

主权项

一种在线式电能质量监测装置，硬件平台包括由PC，以及与所述PC连接的数据存储、通信及人机交互模块组成的PC功能单元，其特征在于：所述硬件平台是嵌入式硬件平台，采用包括所述PC功能单元、与所述PC连接的现场可编程门阵列FPGA功能单元，以及与所述FPGA功能单元连接的数字信号处理器DSP功能单元的复杂架构，所述PC功能单元是通过增强的RISC性能优化PowerPC功能单元，所述PowerPC功能单元与所述DSP功能单元相互独立，所述PowerPC功能单元通过所述FPGA功能单元中内部配置的双口RAM与所述DSP功能单元进行数据交互，用于对所述DSP功能单元上传的计算结果进行分析统计、管理存储、通信传输、人机交互，以及进行遥控遥信；所述PowerPC功能单元中的PowerPC通过装入指令和存储指令从内存检索数据，在寄存器中对数据进行操作后将数据存储回内存；所述DSP功能单元包括依次连接的第一低通滤波器、低速A/D采集模块和DSP信号处理模块，所述第一低通滤波器与信号传感器组连接，用于采集一般性电能质量模拟信号，所述信号传感器组采集电能质量模拟信号，所述电能质量模拟信号包括外部的三相电压、零序电压、三相电流、零序电流和保护地电流共九种模拟信号，通过所述信号传感器组衰减成A/D量程范围内的小信号模拟量，并通过模拟放大增益电路放大增益后，分成两路传送至所述低速A/D采集模块的两个不同通道；所述FPGA功能单元包括频率跟踪模块、依次连接的第二低通滤波器、高速A/D瞬变捕捉模块，以及分别与所述频率跟踪模块、所述高速A/D瞬变捕捉模块连接的FPGA，所述频率跟踪模块还与低速A/D采集模块连接，所述FPGA在所述DSP信号处理模块进行512点/周波的电能质量采样分析的同时，控制高速A/D瞬变捕捉模块进行采样速率为2M/秒的高速采样、以及对电压瞬变的捕捉、计算与判断，通过FIFO与所述DSP功能单元中的DSP信号处理模块进行数据传输，当外部发生频率为1MHz以下的瞬变电压事件时，含瞬变的三相原始电压信号经过电压传感器衰减成A/D量程范围内的小信号，然后分成两路，一路经过第一低通滤波器，滤除12KHz以上的高频瞬变信号后，进入低速A/D采集模块进行模数转换，再上传至所述DSP信号处理模块，并由所述DSP信号处理模块对采集后信号进行常规电能质量参数运算分析，所述常规电能质量参数包括电压偏差、频率偏差、谐波、闪变、不平衡度，所述运算分析包括幅值计算、快速傅里叶变换分解、闪变计算；另一路经过第二低通滤波器，仍旧保留1MHz的高频瞬变信号，进入高速A/D瞬变捕捉模块进行模数转换，由所述FPGA控制采样，计算信号幅值，并判断、记录瞬变电压采样信号的幅值是否超出瞬变电压的限值，一旦超过设定限值，立即发中断信号，通过内部FIFO即时上传至所述DSP信号处理模块将该时刻前后的原始信号波形数据提取记录并由所述PowerPC进行存储。