一種電能質量分析儀中的電能質量采集系統技術方案

本實用新型專利技術公開了一種電能質量分析儀中的電能質量采集系統，其包括順次連接的低速采集模塊、FPGA模塊、數字信號處理模塊和中央處理器，其還具有的高速采集模塊包括順次連接的運算放大及電壓/電流轉換模塊、線性光耦、運算放大及電流/電壓轉換模塊和第一模數轉換模塊，低速采集模塊與運算放大及電壓/電流轉換模塊連接，第一模數轉換模塊與FPGA模塊連接。本專利在低速采集模塊上配備了高速采集模塊，后者是前者的一個有力補充，兩者結合構建了一個完整的電能質量采集系統。前者用于分析電壓電流有效值、功率、諧波、間諧波等，而后者專用于分析瞬態信號。本專利額外增加較少的器件就可以同時實現低速采集和高速采集，采集速度高、精度高、安全性高。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種檢測系統，尤其涉及一種電能質量分析儀中的電能質量采集系統。
技術介紹
隨著用電負荷日趨復雜化和多樣化，大量具有非線性、沖擊性和不平衡特征的負荷造成供電網電能質量的惡化；同時，現代工業大量使用的計算機系統、機器人和快速發展的高新技術產業對電能質量和供電可靠性要求卻越來越高。瞬變是衡量電能質量優劣最重要的指標之一，其可導致設備絕緣破壞，引發事故，以及高精密設備和服務器復位和損壞等。瞬變一般是由于雷擊時線路感應所致，一般尖峰脈沖的寬度為Us級，幅值最高達數千伏。傳統的電能質量監測和分析系統的最大采樣率低于200kbps，這樣幾乎無法分析瞬態電能質量信號。
技術實現思路
本技術的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種電能質量分析儀中的電能質量采集系統，該系統是在低速采集模塊上配備一個輔助的高速采集模塊，該高速采集模塊是低速采集模塊的一個有力補充，兩者結合構建了一個完整的電能質量采集系統。為實現上述目的，所述電能質量分析儀中的電能質量采集系統，包括順次電連接的低速采集模塊、現場可編程門陣列FPGA模塊、數字信號處理模塊和中央處理器，其特點是，所述電能質量采集系統還包括高速采集模塊，所述高速采集模塊包括順次電連接的運算放大及電壓/電流轉換模塊、線性光耦、運算放大及電流/電壓轉換模塊、以及第一模數轉換模塊，所述低速采集模塊與所述運算放大及電壓/電流轉換模塊電連接，所述第一模數轉換模塊與所述FPGA模塊電連接。優選的是，所述低速采集模塊包括順次連接的濾波模塊、運算放大模塊、第二模數轉換模塊和數字隔離模塊，輸入至低速采集模塊的多路電壓經所述濾波模塊、運算放大模塊、第二模數轉換模塊和數字隔離模塊的處理后輸入至所述FPGA模塊，其中，所述輸入至低速采集模塊的多路電壓同時輸入至所述高速采集模塊內，經所述運算放大及電壓/電流轉換模塊、線性光耦、運算放大及電流/電壓轉換模塊、以及第一模數轉換模塊的處理后輸入至所述FPGA模塊。優選的是，所述高速采集模塊中，所述運算放大及電壓/電流轉換模塊中的型號為AD8616的運算放大器進行電壓/電流轉換后，驅動型號為HCNR201的線性光耦，經過所述線性光耦的隔離后，再經過運算放大及電流/電壓轉換模塊中的型號為AD8616的運算放大器進行電流/電壓轉換得到測量范圍內的電壓；并且，所述第一模數轉換模塊采用型號為ADS5233的模數轉換器，所述運算放大及電流/電壓轉換模塊經過一高速模擬開關連接所述第一模數轉換模塊。本技術的有益效果在于，所述電能質量分析儀中的電能質量采集系統在原有的低速采集模塊上配備了一個輔助的高速采集模塊，該高速采集模塊是低速采集模塊的一個有力補充，兩者結合構建了一個完整的電能質量采集系統。其中，低速采集模塊的采樣率為40. 96kbps左右，用于分析電壓電流有效值、功率、諧波、間諧波、驟升、驟降、中斷、快速電壓變化、閃變等，而高速采集模塊的采樣頻率則最高5Mbps，專用于分析瞬態信號。本專利額外增加較少的器件就可以同時實現低速采集和高速采集，提升了國內廠商在瞬態采集領域的弱勢地位；另外，本專利的采集速度高、精度高、安全性高。附圖說明圖I示出了本技術所述的電能質量分析儀中的電能質量采集系統的電路示意圖，其中虛線框包圍的部分為高速采集模塊。圖2示出了圖I中高速采集模塊的電路示意圖。圖3示出了圖I中第一模數轉換模塊的電路示意圖。圖4示出了圖I中的FPGA模塊的電路示意圖。具體實施方式以下結合附圖和具體實施方式對本技術做進一步詳細的說明圖I示出了本技術所述的電能質量分析儀中的電能質量采集系統的電路示意圖，其中虛線框包圍的部分為高速采集模塊2，如圖I所示，所述電能質量分析儀中的電能質量采集系統，包括順次電連接的低速采集模塊I、現場可編程門陣列FPGA模塊3、數字信號處理模塊(DSP4)和中央處理器(CPU5)。在低速采集模塊I的基礎上，所述電能質量采集系統還包括高速采集模塊2。其中，如圖I中虛線框包圍的部分所示，所述高速采集模塊2包括順次電連接的運算放大及電壓/電流轉換模塊21、線性光耦22、運算放大及電流/電壓轉換模塊23、以及第一模數轉換模塊24，所述低速采集模塊I與所述運算放大及電壓/電流轉換模塊21電連接，所述第一模數轉換模塊24與所述FPGA模塊3電連接。具體地，所述低速采集模塊I包括順次連接的濾波模塊、運算放大模塊、第二模數轉換模塊和數字隔離模塊，輸入至低速采集模塊I的四路電壓經所述濾波模塊、運算放大模塊、第二模數轉換模塊和數字隔離模塊的處理后輸入至所述FPGA模塊3，其中，所述輸入至低速采集模塊I的四路電壓同時輸入至所述高速采集模塊2內，經所述運算放大及電壓/電流轉換模塊21、線性光耦22、運算放大及電流/電壓轉換模塊23、以及第一模數轉換模塊24的處理后輸入至所述FPGA模塊3。參考圖2，由于整個系統是一個測量3+1的系統，因此這里同時可檢測四路瞬態信號。從低速采集模塊I的源頭即電壓通道電阻分壓抽頭引至高速采集模塊2部分，高速采集模塊2中的運算放大及電壓/電流轉換模塊21中的型號為AD8616的運算放大器進行電壓/電流轉換后，驅動型號為HCNR201的線性光耦22，經過所述線性光耦22的隔離后，再經過運算放大及電流/電壓轉換模塊23中的型號為AD8616的運算放大器進行電流/電壓轉換得到測量范圍內的電壓。并且，所述第一模數轉換模塊24采用型號為ADS5233的模數轉換器，該高速轉換器只具有兩個通道，而同時有四個通道需要測試，因此這里通過高速模擬開關進行切換，即，所述運算放大及電流/電壓轉換模塊23經過一高速模擬開關連接所述第一模數轉換模塊24。這里運放AD8616的增益帶寬為20M，線性光耦22的LED最高帶寬為9M,因此預留一定余量后帶寬設計為5M。圖3示出了圖I中第一模數轉換模塊24的電路示意圖，如圖3所示，第一模數轉換模塊24的兩個通道數字輸出均引至FPGA模塊3的端口，因此兩個通道的數據可同時采集和讀出。ADS5232是TI公司的雙通道12bit高速模數轉換器，每個通道的最高采樣率為65Mbps，因此通過高速模擬開關切換后每個通道可獲得不低于30Mbps的采樣率(損失的35Mbps預留給高速模擬開關的切換)，這里只需要5M即可。該第一模數轉換模塊24輸入的公共端由其52腳輸出，其時鐘信號由FPGA模塊3提供，頻率設為30MHz，兩個并行總線均連接至FPGA模塊3，當第一模數轉換模塊24采集的數據準備好后，其22腳(DVB)和26腳(DVA)將產生一個下降沿信號，因此FPGA模塊3可通過此信號來判斷何時讀取數據。圖4示出了圖I中的FPGA模塊3的電路示意圖，如圖4所示，FPGA模塊3控制采集及數據讀取部分，并將同時讀取的兩個通道數據進行計算，當超過設定的門限后，將讀取的數據進行緩存，然后批量發送給數字信號處理模塊(DSP4)，這里指已經校準后。校準的流程如下，當DSP4通過串口接收到校零和校滿指令后，給FPGA模塊3 —個握手信號，FPGA模塊3連續讀取100次的采集值，計算出平均值后發送給DSP4，這里校零時外部信號選擇為100V的直流信號，校滿時選擇1000V的直流信號。這里的設置參數例如采集速度、采集個數、本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電能質量分析儀中的電能質量采集系統，包括順次電連接的低速采集模塊、現場可編程門陣列FPGA模塊、數字信號處理模塊和中央處理器，其特征在于：所述電能質量采集系統還包括高速采集模塊，所述高速采集模塊包括順次電連接的運算放大及電壓/電流轉換模塊、線性光耦、運算放大及電流/電壓轉換模塊、以及第一模數轉換模塊，所述低速采集模塊與所述運算放大及電壓/電流轉換模塊電連接，所述第一模數轉換模塊與所述FPGA模塊電連接。

【技術特征摘要】
1.一種電能質量分析儀中的電能質量采集系統，包括順次電連接的低速采集模塊、現場可編程門陣列FPGA模塊、數字信號處理模塊和中央處理器，其特征在于所述電能質量采集系統還包括高速采集模塊，所述高速采集模塊包括順次電連接的運算放大及電壓/電流轉換模塊、線性光耦、運算放大及電流/電壓轉換模塊、以及第一模數轉換模塊，所述低速采集模塊與所述運算放大及電壓/電流轉換模塊電連接，所述第一模數轉換模塊與所述FPGA模塊電連接。2.根據權利要求I所述的電能質量分析儀中的電能質量采集系統，其特征在于所述低速采集模塊包括順次連接的濾波模塊、運算放大模塊、第二模數轉換模塊和數字隔離模塊，輸入至低速采集模塊的多路電壓經所述濾波模塊、運算放大模塊、第二模數轉換模塊和數字隔離模塊的處理后輸入至所述FPGA模塊，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王瑞，
申請(專利權)人：深圳市亞特爾科技有限公司，
類型：實用新型
國別省市：