[发明专利]一种在线式电能质量监测装置

权利要求书

1.一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Power PC功能单元，所述Power PC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。

2.如权利要求1所述的在线式电能质量监测装置，其特征在于：

所述DSP功能单元包括依次连接的第一低通滤波器、低速模数转换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；

所述第一低通滤波器是截止频率为12KHz的低通滤波器；

所述低速A/D采集模块是采样频率为25.6KHz的双六通道高精度16bit A/D芯片的低速A/D采集模块。

3.如权利要求1或2所述的在线式电能质量监测装置，其特征在于：

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所述低速A/D采集模块连接；

所述频率跟踪模块是采用基于FPGA的数字化频率跟踪采样技术的频率跟踪模块；

所述第二低通滤波器是截止频率为1MHz的低通滤波器，用于高速A/D采样前的抗混叠滤波；

所述高速A/D瞬变捕捉模块是采用采样频率为2MHz的可编程、多通道、低功耗、内置先入先出队列FIFO的12bit并行高速A/D转换芯片的高速A/D瞬变捕捉模块，捕捉电压瞬变信号最高频率为1MHz、峰值为1500V。

4.如权利要求3所述的在线式电能质量监测装置，其特征在于：

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AD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。

5.如权利要求4所述的在线式电能质量监测装置，其特征在于：

所述信号传感器，包括转换比为5A/5mA的电流传感器和电压转换比为600V/1V的电压传感器，将采集的大模拟信号，转换为AD量程范围内的小模拟信号。