CN110579667A - 一种电力***分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力***分析方法，包括：(1)将三路电压互感器、三路电流互感器和过零检测模块同时接入电网，判断电网信号是否正向过零，是，执行步骤(2)；否，继续等待；(2)六路AD转换器同时进行同步采样；(3)循环步骤(2)，直至六路AD转换器的采样点数均为512个；(4)采样完成后，FPGA模块进行FFT运算及其它相关电参量计算和分析，获得处理结果，然后传输至显示模块进行显示，并通过传输模块将处理结果传输至远程终端。本发明以FPGA作为处理内核，结合六路AD转换器同时进行同步采样，如此可以避免传统电力分析仪由于采用DSP+多路开关+AD转换器的设计模式而导致使用过程中容易出现异步采样误差的问题，很好地提高了仪器整体测量的精度。

Description

一种电力***分析方法

技术领域

本发明涉及电力***技术领域，具体地说，是涉及一种电力***分析方法。

背景技术

随着科技的不断发展和创新，越来越多的行业使用到电力进行智能化生产操作，而使用电力大多时候就意味着需要对电力的使用状况进行实时监测和分析，这其中就需要涉及到电力分析仪的使用。电力分析仪是测量电压、电流、有功/无功/视在功率、功率因数、有效功率量、无效功率量、频率、谐波的一种仪器，主要用于三相功率测量、电压事件捕捉、谐波测量、三相不平衡度测量等方面。

现有的电力分析仪，很多都采用了DSP+多路开关+AD转换器的设计模式，这种设计模式，***相对复杂，容易出现异步采样误差的问题，仪器整体测量精度不高。同时，电力分析仪在采样完成后需要进行FFT运算，而现有的电力分析仪，由于***设计不合理，导致计算量较大，处理器资源占用较多，处理效率难以得到保障。

因此，有必要针对现有的电力分析仪及其分析方式方法进行改进。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种电力***分析方法，其采用的技术方案如下：

一种电力***分析方法，包括电力分析仪，所述的电力分析仪包括外壳，设置在外壳内的印制板，分别设置在印制板上的FPGA模块、电源模块、显示模块、键盘模块、传输模块、六路AD转换器、滤波器、三路电压互感器、三路电流互感器、过零检测模块、信号调理模块、光电隔离模块、抗混叠滤波器、电压比较器、相位比较器、低通滤波器、压控振荡器、分频器；所述电源模块、显示模块、键盘模块、传输模块、六路AD转换器、压控振荡器、分频器、光电隔离模块均与FPGA模块连接；所述滤波器与AD转换器数量相同，且一一对应连接；三路电压互感器、三路电流互感器与滤波器一一对应连接；所述抗混叠滤波器同时与三路电压器、三路电流互感器、电压比较器连接，所述相位比较器、低通滤波器、压控振荡器依次连接；所述电压比较器和分频器均与相位比较器连接；所述过零检查模块、信号调理模块、光电隔离模块依次连接；所述的分析方法包括以下步骤：

(1)将三路电压互感器、三路电流互感器和过零检测模块同时接入电网，电网信号经过零检测模块、信号调理模块、光电隔离模块处理后由FPGA模块判断电网信号是否正向过零，是，则执行步骤(2)；否，则继续等待；

(2)六路AD转换器同时进行同步采样；

(3)循环步骤(2)，直至六路AD转换器的采样点数均为512个，执行步骤(4)；AD转换器采样的同时，同步信号经抗混叠滤波器整形后，进入电压比较器，电压比较器将正弦波信号转变成方波信号，方波信号进入相位比较器中与将输出信号进行512倍分频后的信号进行鉴相比较，然后误差量经低通滤波器滤波，控制压控振荡器输出频率朝着减小误差的方向变化，使输出信号为同步信号的512倍，实现采样点数的等间隔采样；

(4)采样完成后，FPGA模块进行FFT运算及其它相关电参量计算和分析，获得处理结果，然后传输至显示模块进行显示，并通过传输模块将处理结果传输至远程终端。

进一步地，所述的电力分析仪还包括设置在外壳背面的定位卡板，安装在墙面上的安装载体，固定在安装载体上、用于卡入定位板的限位板，以及定位螺栓，所述定位板和限位板上均设有螺纹孔，当定位板和纤维板卡接时二者的螺纹孔对齐，通过定位螺栓与螺纹孔的配合使外壳稳固地安装至墙面上。

具体地，所述定位卡板为倒“L”形体，螺纹孔设置在定位卡板“L”形的一条边上。

具体地，所述限位板为“U”形体，其一条边固定在安装载体上，而螺纹孔在限位板“U”形的两条边上均有设置。

再进一步地，所述外壳背面上下两端均设有定位挡板。

更进一步地，所述外壳下端设置有防碰撞缓冲垫。

更进一步地，所述安装载体上设置有螺栓安装耳板，安装载体通过膨胀螺丝穿过安装耳板的方式与墙面固定连接。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明以FPGA作为处理内核，结合六路AD转换器同时进行同步采样，如此可以避免传统电力分析仪由于采用DSP+多路开关+AD转换器的设计模式而导致使用过程中容易出现异步采样误差的问题，很好地提高了仪器整体测量的精度。

(2)本发明采用抗混叠滤波器、电压比较器、相位比较器、低通滤波器、压控振荡器、分频器的设计，结合FPGA模块的控制，可以实现准确的等间隔采样，并避免了泄漏误差，从而使得FPGA模块后续进行FFT运算时，减小其计算量，节约处理器资源，使其处理效率得到有效的提高。

(3)现有电力分析仪的安装方式大多为整体式安装，其问题在于工序较为繁琐，成本投入较高，使用过程中拆装和维护都较为不便。而本发明采用分体形式安装电力分析仪，其设计了定位板、安装载体、限位板、定位螺栓，通过采用预安装安装载体的方式实现电力分析装置的便捷安装与维护，使用时，只需将定位卡板与限位板卡接，然后装上定位螺栓，即可快速实现电力分析装置的安装，而拆取维护时，只需取下定位螺栓，并将定位卡板从限位板的侧面滑出即可，安装和维护非常简单、快捷、方便，成本也很低廉。

(4)本发明中的定位卡板采用倒“L”形体设计，限位板采用“U”形体设计，利用形状的特点，可以增强定位卡板与限位板之间的卡接强度，并且通过螺纹孔的设置，结合定位螺栓与螺纹孔的配合，如此一来，在方便拆装和维护电力分析仪的同时，很好地确保了电力分析仪安装的稳固性。

(5)本发明通过在外壳下方设置防碰撞缓冲垫，在电力分析装置取下放置时，其与地面接触产生缓冲，避免仪器发生磕碰导致受损。

附图说明

图1为本发明中电力分析仪的外部结构示意图。

图2为本发明中电力分析仪的电路原理框图。

其中，附图标记对应的名称为：

1-外壳，2-定位卡板，3-安装载体，4-定位螺栓，5-限位板，6-定位挡板，7-防碰撞缓冲垫，8-螺栓安装耳板。

具体实施方式

下面结合附图说明和实施例对本发明作进一步说明，本发明的方式包括但不仅限于以下实施例。

实施例

本发明提供了一种电力***分析方法，其中涉及到了电力分析仪的结构改进，其主要包括外壳1，设置在外壳1背面的定位卡板2，安装在墙面上的安装载体3，固定在安装载体3上、用于卡入定位板的限位板5，以及定位螺栓4，如图1所示。

所述安装载体3上设置有螺栓安装耳板8，安装载体3通过膨胀螺丝穿过安装耳板8的方式与墙面固定连接。而所述定位卡板2为倒“L”形体，所述限位板5为“U”形体，定位板和限位板上均设有螺纹孔(对于定位卡板，螺纹孔设置在定位卡板“L”形的一条边上；对于限位板，螺纹孔在限位板“U”形的两条边上均有设置)。当定位板和限位板卡接时二者的螺纹孔对齐，通过定位螺栓与螺纹孔的配合(定位螺栓贯穿所有螺纹孔，并且墙面上也可以钻出螺纹孔，然后定位螺栓伸入至墙面中，如图1所示)，即可使装置本体稳固地安装至墙面上。这种安装方式，具有安装快捷、简单、方便，成本低廉的优点。

此外，所述外壳1下端设置有防碰撞缓冲垫7。通过在外壳下方设置防碰撞缓冲垫，在电力分析装置取下放置时，其与地面接触产生缓冲，避免仪器发生磕碰导致受损。另外，外壳1背面上下两端均设有定位挡板6，可以在一定程度上避免杂物侵入限位板中造成卡接困难。

图2所示的是本发明电力分析仪的电路原理框图，包括设置在外壳内的印制板，分别设置在印制板上的FPGA模块、电源模块、显示模块、键盘模块、传输模块(可以是以太网或RS485)、六路AD转换器、滤波器、三路电压互感器、三路电流互感器、过零检测模块、信号调理模块、光电隔离模块、抗混叠滤波器、电压比较器、相位比较器、低通滤波器、压控振荡器、分频器；所述电源模块、显示模块、键盘模块、传输模块、六路AD转换器、压控振荡器、分频器、光电隔离模块均与FPGA模块连接；所述滤波器与AD转换器数量相同，且一一对应连接；三路电压互感器、三路电流互感器与滤波器一一对应连接；所述抗混叠滤波器同时与三路电压互感器、三路电流互感器、电压比较器连接，所述相位比较器、低通滤波器、压控振荡器依次连接；所述电压比较器和分频器均与相位比较器连接；所述过零检测模块、信号调理模块、光电隔离模块依次连接。

下面结合上述电力分析仪的结构介绍本发明的电力分析方法，包括以下流程：

(1)将三路电压互感器、三路电流互感器和过零检测模块同时接入电网，电网信号经过零检测模块、信号调理模块、光电隔离模块处理后由FPGA模块判断电网信号是否正向过零，是，则执行步骤(2)；否，则继续等待；

(2)六路AD转换器同时进行同步采样(三相交流电压和三相交流电流经由三路电压互感器和三路电流互感器一一对应处理，然后通过各自的滤波器后进入相应的AD转换器的输入端进行同步采样)；

(3)循环步骤(2)，直至六路AD转换器的采样点数均为512个，执行步骤(4)；AD转换器采样的同时，同步信号经抗混叠滤波器整形后，进入电压比较器，电压比较器将正弦波信号转变成方波信号，方波信号进入相位比较器中与将输出信号进行512倍分频后的信号进行鉴相比较，然后误差量经低通滤波器滤波，控制压控振荡器输出频率朝着减小误差的方向变化，使输出信号为同步信号的512倍，实现采样点数的等间隔采样；

(4)采样完成后，FPGA模块进行FFT运算及其它相关电参量计算和分析，获得处理结果，然后传输至显示模块进行显示，并通过传输模块将处理结果传输至远程终端。

本发明以FPGA作为处理内核，结合六路AD转换器同时进行同步采样，测量精度高，并且可以实现准确的等间隔采样，从而使得FPGA模块后续进行FFT运算时，减小其计算量，节约处理器资源，使处理效率得到有效的提高。因此，本发明具有设计合理、稳定可靠，不仅方便拆装、成本低廉、使用时能避免异步采样误差、仪器整体测量精度高、分析运算能力强、处理效率高的特点，其与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步。

上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，但凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电力***分析方法，其特征在于，包括电力分析仪，所述的电力分析仪包括外壳，设置在外壳内的印制板，分别设置在印制板上的FPGA模块、电源模块、显示模块、键盘模块、传输模块、六路AD转换器、滤波器、三路电压互感器、三路电流互感器、过零检测模块、信号调理模块、光电隔离模块、抗混叠滤波器、电压比较器、相位比较器、低通滤波器、压控振荡器、分频器；所述电源模块、显示模块、键盘模块、传输模块、六路AD转换器、压控振荡器、分频器、光电隔离模块均与FPGA模块连接；所述滤波器与AD转换器数量相同，且一一对应连接；三路电压互感器、三路电流互感器与滤波器一一对应连接；所述抗混叠滤波器同时与三路电压器、三路电流互感器、电压比较器连接，所述相位比较器、低通滤波器、压控振荡器依次连接；所述电压比较器和分频器均与相位比较器连接；所述过零检查模块、信号调理模块、光电隔离模块依次连接；所述的分析方法包括以下步骤：

(1)将三路电压互感器、三路电流互感器和过零检测模块同时接入电网，电网信号经过零检测模块、信号调理模块、光电隔离模块处理后由FPGA模块判断电网信号是否正向过零，是，则执行步骤(2)；否，则继续等待；

(2)六路AD转换器同时进行同步采样；

(3)循环步骤(2)，直至六路AD转换器的采样点数均为512个，执行步骤(4)；AD转换器采样的同时，同步信号经抗混叠滤波器整形后，进入电压比较器，电压比较器将正弦波信号转变成方波信号，方波信号进入相位比较器中与将输出信号进行512倍分频后的信号进行鉴相比较，然后误差量经低通滤波器滤波，控制压控振荡器输出频率朝着减小误差的方向变化，使输出信号为同步信号的512倍，实现采样点数的等间隔采样；

(4)采样完成后，FPGA模块进行FFT运算及其它相关电参量计算和分析，获得处理结果，然后传输至显示模块进行显示，并通过传输模块将处理结果传输至远程终端。

2.根据权利要求1所述的一种电力***分析方法，其特征在于，所述的电力分析仪还包括设置在外壳(1)背面的定位卡板(2)，安装在墙面上的安装载体(3)，固定在安装载体(3)上、用于卡入定位板的限位板(5)，以及定位螺栓(4)，所述定位板和限位板上均设有螺纹孔，当定位板和纤维板卡接时二者的螺纹孔对齐，通过定位螺栓与螺纹孔的配合使外壳稳固地安装至墙面上。

3.根据权利要求2所述的一种电力***分析方法，其特征在于，所述定位卡板(2)为倒“L”形体，螺纹孔设置在定位卡板“L”形的一条边上。

4.根据权利要求3所述的一种电力***分析方法，其特征在于，所述限位板(5)为“U”形体，其一条边固定在安装载体上，而螺纹孔在限位板“U”形的两条边上均有设置。

5.根据权利要求4所述的一种电力***分析方法，其特征在于，所述外壳(1)背面上下两端均设有定位挡板(6)。

6.根据权利要求5所述的一种电力***分析方法，其特征在于，所述外壳(1)下端设置有防碰撞缓冲垫(7)。

7.根据权利要求6所述的一种电力***分析方法，其特征在于，所述安装载体(3)上设置有螺栓安装耳板(8)，安装载体(3)通过膨胀螺丝穿过安装耳板(8)的方式与墙面固定连接。