[发明专利]一种计量电能质量的芯片及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统用的芯片，具体讲涉及一种计量电能质量的芯片及其方法。

背景技术

随着新能源并网、各类电力电子设备的接入，电能质量问题日趋重要，对各种级别的电能质量监测终端提出了更高要求。一般电能质量监测终端多采用ADC+DSP+MCU的模式来实现，其中ADC负责采集，各厂家提出了对DSP进行编程计算电能质量参数的要求，总体由MCU完成控制、存储及通信。

而各厂家在计算算法上的重复劳动，而计算结果又各异，因此需要一套完善的电能质量计量芯片及其计量方法来满足电能质量的需要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种计量电能质量的芯片及其方法。具体为提供一种集成了采集、电能质量参数计算和控制通信单片机的SoC芯片。由于电能质量参数的计算有标准可依，方法较为固定，集成ADC、电能质量参量计算单元和MCU的SoC芯片可以简化电能质量监测终端装置的硬件设计、减少各厂家在计算算法上的重复劳动、提高可靠性和一致性，在此基础上还可以开发出各种小型或手持式电能质量监测终端以配合各类新能源设备的接入。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种计量电能质量的芯片，其改进之处在于，所述芯片包括CortexM3CPU核、片内SRAM、片内非易失性存储器、DDR2控制器、DMA模块、HPDMA模块、ADC模块、采样控制模块、电能质量参数计算模块、以太网接口、各类外设接口和AMBA总线控制模块。

所述电能质量参数计算模块通过AMBA总线与CortexM3CPU核、、片内非易失性存储器、片内SRAM以及DDR2控制器进行数据交换的方式；

所述电能质量参数计算模块通过AMBA总线与DMA、HPDMA、ADC、采用控制模块、各类外设接口进行数据连接。

优选的，所述Cortex-M3MCU核为RISC架构的ARM Cortex-M3MCU核。

优选的，所述ADC模块为7通道16位精度数模转换模块，用于对7个电压电流测量参数进行采样。

优选的，所述以太网接口为2个以太网MAC与远端通信，支持61850协议并互为冗余。

优选的，所述各类外设接口包括RTC、看门狗、CAN、SPI、UART和IIC接口。

优选的，所述ADC模块分别对Va，Vb，Vc，Ia，Ib，Ic和I0进行采样。

本发明基于另一目的提供的一种计量电能质量的方法，其改进之处在于，所述方法包括：

（1）采用控制模块对ADC采样进行控制选择；

（2）电能质量参数计算模块对ADC采样结果进行处理；

（3）对处理结果进行计量。

优选的，所述步骤（3）包括：

当发生存储数据量较大时：

（3.1）由CPU核发指令移交AMBA总线控制权给HPDMA模块；

（3.2）HPDMA模块控制数据从电能质量参数计算模块经由AMBA总线传送至DDR2控制器；

（3.3）由DDR2控制器对片外DDR2进行读写；

（3.4）待CPU核利用空闲时间再将片外DDR2中大量数据转存至非易失性存储器如硬盘；

优选的，所述步骤（3）包括：

当数据量较小且需及时进行后期处理时：

（a）由CPU核发指令移交AMBA总线控制权给DMA模块；

（b）DMA模块控制数据从电能质量参数计算模块经由AMBA总线传送至内部SRAM；

（c）由内部SRAM控制器对片内SRAM进行读写；

（d）待CPU核利用空闲时间再将片内SRAM中数据转存至非易失性存储器如硬盘；

进一步地，所述AMBA总线模块为CPU核、电能质量计算模块和各类外设接口间数据共享。

进一步地，所述DMA模块为通过AMBA总线进行存储器到存储器、电能质量计算模块到存储器、存储器到电能质量计算模块、外设到存储器和存储器到外设的高速数据传输。

优选的，所述电能质量参数计算模块除将各电能质量参数计算结果传输到AMBA总线上外，还用于将ADC采样原始值传输至AMBA总线上以供录波使用。

优选的，所述电能质量参数计算模块计算电压、电流及功率、电量、频率、电压偏差、三相不平衡、谐波与间谐波、电压波动与闪变、电压暂降、暂升和电压中断、瞬态参量，并完成时钟与时钟同步和标记。

与现有技术比，本发明的有益效果为：