[發明專利]一種基于ARM和FPGA的電能質量在線監測系統

在審

• 申請號: 201710187489.1
• 申請日: 2017-03-27
• 公開（公告）號: CN106707075A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 郭黎青;李農;杜憲成
• 申請（專利權）人: 青島高科通信股份有限公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01R19/25;G01R19/02;G01R23/165
• 代理公司: 北京眾達德權知識產權代理有限公司11570
• 代理人: 劉杰

技術領域

本發明涉及電能質量分析技術領域，特別涉及一種基于ARM和FPGA的電能質量在線監測系統。

背景技術

隨著電力電子技術的發展，直流輸電、大功率單相整流技術在工業部門和用電設備上被廣泛應用，如在鐵道上的應用等，這些導致電流波形畸變和三相不平衡日益嚴重。在電網中，三相負荷不平衡、電力系統諧振接地等會產生負序，大功率整流和非線性設備等會產生諧波。負序和諧波嚴重影響了供電質量。

國內對于電能質量研究起步較晚，上世紀80年代有科研院所開始諧波的研究工作，隨后有一些公司開始致力于電能質量檢測裝置的開發和研究工作，并取得了一定的成果。但總體而言，測量精度較國際先進水平還有較大差距；人機界面簡陋，操作體驗差；不具瞬變電壓的檢測功能，結構簡單，功能單一。同時，大多需要現場抄表或者效率低下。

發明內容

本發明提供一種基于ARM和FPGA的電能質量在線監測系統，解決現有技術中電能質量分析精度低，人機操作繁瑣，抗干擾能力差，采樣頻率低，數據采集效率低的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明提供了基于ARM和FPGA的電能質量在線監測系統，包括：電能質量分析儀、數據采集服務器、本地監控終端以及遠程監控終端；

所述電能質量分析儀與所述數據采集服務器相連，所述本地監控終端和所述遠程監控終端分別與所述數據采集服務器相連；

所述電能質量分析儀包括：電壓測量結構、第一濾波電路、電流測量結構、第二濾波電路、頻率跟蹤模塊、模數轉換芯片、現場可編程門陣列、ARM處理器、液晶顯示器以及按鍵模組；

所述電壓測量結構通過所述第一濾波電路與所述模數轉換芯片相連；所述電流測量結構通過所述第二濾波電路與所述模數轉換芯片相連；

所述模數轉換芯片與所述現場可編程門陣列相連；

所述第一濾波模塊通過所述頻率跟蹤模塊與所述現場可編程門陣列相連；

所述現場可編程門陣列與所述ARM處理器相連；

所述ARM處理器分別與所述液晶顯示器以及按鍵模組相連。

進一步地，所述電能質量分析儀包括：第一電能質量分析儀和/或第二電能質量分析儀/或第三電能質量分析儀；

其中，所述第一電能質量分析儀采用IEC61850標準，所述第二電能質量分析儀采用除所述IEC61850標準外的其他標準協議，所述第三電能質量分析儀采用自定義的通信協議。

進一步地，所述頻率跟蹤模塊包括：頻率跟蹤電路；

所述頻率跟蹤電路分別與所述第一濾波電路和所述現場可編程門陣列相連。

進一步地，所述模數轉換芯片采用AD7606同步采樣模數數據采集芯片。

進一步地，所述第一濾波電路和所述第二濾波器采用二階有源低通濾波器。

進一步地，所述電壓測量結構包括：電壓互感器；

所述電壓互感器與所述第一濾波電路相連。

進一步地，所述電壓互感器的數量為兩個以上。

進一步地，所述電流測量結構包括：電流互感器；

所述電流互感器與所述第二濾波電路。

進一步地，所述電流互感器的數量為兩個以上。

本申請實施例中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：

本申請實施例中提供的基于ARM和FPGA的電能質量在線監測系統，采用ARM處理器協同現場可編程門陣列的架構，現場可編程門陣列控制模數轉換芯片進行數據采集和數據分析，復雜的人際交互和通信功能由ARM處理器實現，從而提升裝置的工作效率和操作便捷性。本裝置通道配備對應的濾波電路，消除頻率混疊現象，從而在硬件上保證了測量計算的準確性。本裝置所有通道同步采樣，保證了所有通道在同一時刻采樣點的一致性。該技術克服了傳統鎖相環同步采樣技術存在的跟蹤速度慢，倍頻數低等缺陷，在保證快速動態響應的同時實現了高速同步采樣，消除了鎖相電路的累計相位誤差，提升了分析性能和精度。通過建立數據采集服務器和本地監控終端以及遠程監控終端的通信，提升數據采集效率。

進一步地，本裝置采用高精度模數轉換芯片，配合多通道高頻率采樣從而實現高電壓、電流測量精度。

進一步地，本裝置每通道配備單獨的二階有源低通濾波器，在正常量程范圍內截止頻率是14KHz，在滿量程范圍內截止頻率是22KHz，完全符合電能質量輸入信號范圍，從而在硬件上保證了測量計算的準確性。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的基于ARM和FPGA的電能質量在線監測系統的結構示意圖；