[实用新型]电力系统变频谐波测量装置

说明书

一、技术领域

本实用新型涉及DSP技术与快速傅氏算法相结合的变频谐波测量装置。属于电力系统谐波测量技术领域。

二、背景技术

现有的谐波测量技术及分析仪器，部分采用普通单片机作为CPU，外接模数转换器，及存储器和软件构成微机电力谐波分析仪器，这种类型的谐波分析装置精度低，实时性较差，已经不能满足电力行业快速发展的要求。也有部分谐波测量仪器采用POWERPC芯片作为处理核心，采用了定频采样的方法，这种方案成本高，软件处理复杂。

三、发明内容

本实用新型为了克服现有的谐波测量装置测量精度低、实时性差、成本高的不足，提供一种可以对电力系统谐波进行快速准确测量的低成本的电力系统变频谐波测量装置。其技术是这样实现的：包括DSP单元、交流单元、电源单元、开入开出单元以及显示单元在内的结构，其特征在于：其连接采用DSP单元和电源单元都分别与交流单元、显示单元、开入开出单元连接；DSP单元的内部连接是采用DSP和16bit BUS连接，DSP通过HPI连接显示单元，DSP通过RS485与PC机连接，DSP通过外部中断与频率测量电路连接；16bit BUS和FLASH、SDRAM和AD连接；AD则和二阶RC滤波连接；对输入模拟信号的采样间隔根据精确测得的频率动态调整，即变频采样；DSP单元、显示单元都采用了CPU智能控制器；DSP单元的CPU是低成本低功耗高性能嵌入式DSP处理器；DSP单元、显示单元之间通过HPI接口进行通讯；电源单元采用了开关电源；其数据处理过程是：

(1)通过信号调理电路将输入电压信号转换为与基波对应的标准方波信号，再通过DSP的外部中断来精确测量频率。根据测得的频率来动态设置定时器，调节对各路待测的输入模拟信号的采样间隔，DSP根据此间隔进行采样，结果存储于循环缓冲区中；对采样结果进行处理，然后进行离散傅立叶变换；计算出谐波数据，通过显示单元显示，

(2)DSP单元采用DSP芯片作为处理器，显示单元则采用独立的8051单片机，

(3)DSP单元完成模数转换、测量算法计算、计算结果存储、通讯等功能；DSP单元是整个装置的核心部分，基于TMS320VC55X系列数字信号处理器，外接16位AD转换器以及大容量的FLASH、SDRAM存储器，实时对电力信号进行检测，同时对测量结果做进一步的处理，同时保留了通用的485端口，采用MODBUS通讯协议，支持设备间的通讯，实现远程控制；

交流单元将输入强电信号转换成幅值为±5V范围内的电压信号，同时将输入与输出做光电隔离，把输出信号送二阶有源低通滤波电路，然后送至DSP单元AD输入端。

DSP单元软件部分包括频率测量、采集频率设置、AD中断采集、采集数据管理、数字信号处理滤波、计算数据存储、事件报告及显示单元的通讯，DSP单元保留485端口，实现与远程平台的通讯需要，支持MODBUS通讯协议，

(4)电源单元输入交直流85V--265V，输出可供其他各单元工作的工作电源，

(5)显示单元提供了人机接口，显示单元与DSP单元按照一定的协议通过HPI端口进行通讯，实时显示测量结果，同时可以通过按键的选择设定测量参数达到不同的保护功能，并将参数保存在铁电存储器中。实施该技术后的优点和效果在于：测量范围广：基于离散傅立叶变换实现谐波测量，包括各次谐波的幅值、电流、电压、频率、功率、电度、功率因数、需量等，同时适用于输入信号基波频率范围可在10Hz-100Hz：准确度高：采用16位高速AD，每周期内采样256点，采样频率以信号频率为基准，当采样频率与信号频率非同步的情况下，能及时校正采样频率，对信号谐波进行准确跟踪测量，同时显示部分采用独立单片机，HPI通讯基本不占用DSP时间，不影响DSP运算：实时性好：DSP主频300MHZ，带有双乘法器，能对31次谐波进行实时测量，同时提供多种附加功能：适用范围广：采用开关电源，适用于宽范围交直流电源输入：成本低：TMS320VC55X是一款性价比极高的数字处理芯片，其余芯片比如SDRAM等均成本低：操作维护方便：显示单元中的单片机作为辅助处理器，根据一定的协议与DSP单元进行通讯，带有键盘和LCD，为本装置提供了完善的人机接口功能。

四、附图说明

图1为谐波测量装置总体结构示意图；

图2为DSP单元结构示意图；