CN205139355U - 一种适用于积分电量比对***的前置采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于积分电量比对***的前置采集装置，包括交流采样模块、脉冲采集模块、海量数据处理模块、通信单元、电源模块。本实用新型通过集成电流和电压采集模块，同时获得对应的波形图，可以为其他***提供电流和电压参数。而且通过增加脉冲采集模块使得时间与电压、电流的波形严格对应，适合更多的控制***使用本实用新型采集的数据。本实用新型采取DSP处理器和ARM9核心处理器的双核构架，简化了处理器的处理流程，同时利用处理器的原始软件处理相应数据，使得产品不需要额外进行编程，降低了产品开发难度。
Description
技术领域
本实用新型属于电力***检测设备技术领域，具体涉及一种现场一种适用于积分电量比对***的前置采集装置。
背景技术
电力***后台关口电能计量装置运维在线自动化管理***需要获取实时电力数据，但是目前采集设备仅仅能够采集电流和电压数据，需要额外增加其他传感器才能适合新***的需要。额外增加的设备又使得数据传输、整理工作繁杂，增加了***的复制程度和稳定性。本实用新型一种适用于积分电量比对***的前置采集装置主要用于高精度高速率采集现场电压与电流波形，同时记录所诊断的关口表脉冲数量，并将这些数据通过高速以太网等通道返回服务器。远端***主要负责对现场的波形信号进行处理，依据专用算法计算出对应时间段内的计量电量，并与关口表的数据进行比对，完成关口电能表的在线校验与故障诊断工作。同时获得的电压与电流数据可以提供给其他***使用。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够采集电压和电流波形数据和脉冲信号的一种适用于积分电量比对***的前置采集装置。
本实用新型通过以下技术方案解决上述技术问题，
一种适用于积分电量比对***的前置采集装置，包括交流采样模块、脉冲采集模块、海量数据处理模块、通信单元、电源模块，其特征在于，
所述交流采样模块，包括互感器和AD采样芯片，采集现场负荷的电能质量数据、电压电流运行数据、电能量计量数据，以及现场负荷的谐波数据；所述互感器将变电站互感器二次电压与电流转换为弱电压信号，输入到AD采样芯片的采样通道；
所述AD采样芯片将输入电压转换成时间信号，用数字滤波器处理后得到电压和电流；
所述脉冲采集模块，采集现场波形以及关口电能表的脉冲数据，发送至海量数据处理模块；
所述海量数据处理模块，为DSP处理器和ARM9核心处理器的双核架构，所述DSP处理器和ARM9核心处理器通过SPI口传输数据；
所述DSP处理器接收交流采样模块获得的采样数据和脉冲采集模块获得的脉冲信号，将采样数据和脉冲信号匹配后的整体数据通过SPI口传输到AMR9核心处理器中；所述DSP处理器包括FLASH单元，存储采样数据和脉冲信号匹配后的整体数据；
所述ARM9核心处理器，接收DSP处理器发送的整体数据，进行数据转换后通过通信单元发送至服务器；所述ARM9核心处理器包括时钟和NANDFLASH，所述时钟提供高精度计时，同时与服务器进行校时，向ARM9核心处理器发送时间信号，ARM9核心处理器将时间信号与DSP处理器发送的整体数据进行时间匹配；所述NANDFLASH存储ARM9核心处理器处理的数据；
所述通信单元，将ARM9核心处理器转换的数据发送至服务器，并传递服务器发出的控制指令；
所述电源模块，为一种适用于积分电量比对***的前置采集装置各模块提供电能。
作为优化，所述互感器包括电压互感器和电流互感器，所述电流互感器优选为零磁通电流互感器；
作为优化，所述AD采样芯片优选为Σ-Δ型AD采样芯片，所述Σ-Δ型AD采样芯片实现320点每周波的高速采样，从而实现最高8kHz的频带输入，有效位数可做到20位以上，足够确保整个电流量程范围内的数字信号精度；
所述Σ-Δ型AD采样芯片为ADS1274/1278模数转换器；
作为优化，所述脉冲采集模块采集到电能表发出的第一个脉冲时，开启录波通道，在采集到电能表最后一个脉冲时，关闭录波通道；
作为优化，所述DSP处理器采用ADIBF51系列32位高速定点数字信号处理芯片，处理频率达到400MHz，所述FLASH单元为16Mbyte以上的高速动态RAM；
作为优化，所述通信单元为以太网、GPRS无线数据模块、RS485通信网络或RS232串行通讯网络；
作为优化，还有温湿度传感器，收集温度和湿度数据，发送给ARM9核心处理器；所述ARM9核心处理器将温度和湿度数据与时间信号和DSP处理器发送的整体数据进行时间匹配；
作为优化，还有显示单元，显示ARM9核心处理器转换后的数据。
本实用新型通过集成电流和电压采集模块，同时获得对应的波形图，可以为其他***提供电流和电压参数。而且通过增加脉冲采集模块使得时间与电压、电流的波形严格对应，适合更多的控制***使用本实用新型采集的数据。本实用新型采取DSP处理器和ARM9核心处理器的双核构架，简化了处理器的处理流程，同时利用处理器的原始软件处理相应数据，使得产品不需要额外进行编程，降低了产品开发难度。
附图说明
图1为本实用新型实施例工作流程图；
图2为本实用新型实施例脉冲采集模块流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步详细阐述本实用新型的内容。
一种适用于积分电量比对***的前置采集装置，包括交流采样模块、脉冲采集模块、海量数据处理模块、通信单元、电源模块、温湿度传感器和显示单元，
所述交流采样模块，包括互感器和AD采样芯片，采集现场负荷的电能质量数据、电压电流运行数据、电能量计量数据，以及现场负荷的谐波数据；所述电压与电流的采样都通过互感器来实现，互感器将变电站互感器二次电压与电流转换为弱电压信号，并通过精密电阻转换，输入到AD采样芯片的采样通道。由于变电站电压一般都比较稳定，不会存在宽范围波动，因此电压互感器的选型相对比较简单，只要在变电站二次电压附近达到稳定的角差与比差即可。而变电站电流受负荷侧影响，往往会存在较大幅度的波动，例如电铁机车经过时，牵引站的二次电流会在小电流与大电流之间频繁波动，因此，电流互感器就必须有足够宽的动态范围，并且在全量程范围内保证良好的角差与比差；另一方面，现场电流往往带有较为明显的谐波，而互感器本身对于谐波就存在衰减，尤其是高次谐波，为确保计量的准确性，装置的电流互感器也必须对谐波的幅值和相位有较小的衰减，从而使所采集的波形能够尽量涵盖现场信号的所有频段，以便于服务器进行精确的计算分析。所述互感器包括电压互感器和电流互感器；所述电流互感器优选为零磁通电流互感器；所述零磁通电流互感器基于电磁感应原理，非零的磁通是互感器工作的前提，非零磁通为励磁磁通，建立在铁芯core1中，由补偿绕组NC提供，通过电磁感应原理产生二次电流的是另一个铁芯core2，在这个core2中，一次电流与二次电流磁通互相抵消，达到磁平衡时，磁通为零，从而减小铁芯非线性及带宽较窄的影响；
所述AD采样芯片将输入电压转换成时间信号，用数字滤波器处理后得到电压和电流；AD采样芯片包括SAR型AD采样芯片和Σ-Δ型AD采样芯片，SAR型AD采样芯片是将输入模拟信号与不同的参考电压作多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量对应值，这种AD采样芯片的特点是转换速度较快，精度高，但电力设备中应用的该类型AD采样芯片，其位数一般最高只能到18位，尽管其有效位数比例高，但总位数的限制影响了其在波动负荷计量中的应用；Σ-Δ型AD采样芯片是目前电能表用得较多的AD采样芯片，其原理是将输入电压转换成时间（即脉冲宽度）信号，用数字滤波器处理后得到数字值，该类型AD最高可以做到24位采样，但采样率不如SAR型AD；
所述AD采样芯片优选为Σ-Δ型AD采样芯片，所述Σ-Δ型AD采样芯片实现320点每周波的高速采样，从而实现最高8KHZ的频带输入，有效位数可做到20位以上，足够确保整个电流量程范围内的数字信号精度；
所述脉冲采集模块，采集现场波形以及关口电能表的脉冲数据，发送至海量数据处理模块；要准确比对关口电能表的电量，脉冲的采集与波形的采集就必须严格的同步，也就是当脉冲采集模块采集到电能表发出的第一个脉冲时，就要实时开启录波通道，在脉冲采集模块采集到电能表最后一个脉冲时，就要实时关闭录波通道，从而确保数据的同步性；当一轮校验周期开始后，DSP处理器开始检测关口表的脉冲，当收到第一个脉冲时，就会置标记位码，每次AD转换完成时，都会查询该标记位码，若该标记位置位，则表示已经收到第一个脉冲，此时DSP处理器会将AD转换的数据存入内存，直到达到该校验周期设定的最大脉冲数，若没有收到第一个脉冲，DSP处理器则会将该数据丢弃，不进行内存存入操作，这种方法的好处是，通过关口表脉冲来触发波形存储操作，从而达到严格的同步；
所述海量数据处理模块，为DSP处理器和ARM9核心处理器的双核架构，所述DSP处理器和ARM9核心处理器通过SPI口传输数据；
所述DSP处理器接收交流采样模块获得的采样数据和脉冲采集模块获得的脉冲信号，将采样数据和脉冲信号匹配后的整体数据通过SPI口传输到AMR9核心处理器中；所述DSP处理器包括FLASH单元，存储采样数据和脉冲信号匹配后的整体数据；所述DSP处理器采用ADIBF51系列32位高速定点数字信号处理芯片，处理频率达到400MHZ，所述FLASH单元为16Mbyte以上的高速动态RAM；
所述ARM9核心处理器，接收DSP处理器发送的整体数据，进行数据转换后通过通信单元发送至服务器；所述ARM9核心处理器包括时钟和NANDFLASH，所述时钟提供高精度计时，同时与服务器进行校时，向ARM9核心处理器发送时间信号，ARM9核心处理器将时间信号与DSP处理器发送的整体数据进行时间匹配；所述NANDFLASH存储ARM9核心处理器处理的数据；将NANDFLASH存储的数据通过文件的形式上传至服务器；
所述通信单元，将ARM9核心处理器转换的数据发送至服务器，并传递服务器发出的控制指令；所述通信单元为以太网、GPRS无线数据模块、RS485通信网络或RS232串行通讯网络；
所述电源模块，为一种适用于积分电量比对***的前置采集装置各模块提供电能；
所述温湿度传感器，收集温度和湿度数据，发送给ARM9核心处理器；所述ARM9核心处理器将温度和湿度数据与时间信号和DSP处理器发送的整体数据进行时间匹配；
所述显示单元，显示ARM9核心处理器转换后的数据。
本实用新型结构简单，通过一种适用于积分电量比对***的前置采集装置所采集的波形传输到服务器后，服务器***将依据波形数据计算出对应时间的电量，从而判定所监测的关口电能表是否存在走字误差。通过选用高线性度的零磁通电流互感器，该互感器在25倍的额定电流范围内都可以保持一个良好的比差和角差，仅用单段校表即可满足整个动态范围内的计量精度要求，也就是说整个装置采集的波形只需要配套一个校表参数，而不需要多个校表参数，大大降低了服务器计算的复杂度。通过采用适用于计量的Σ-Δ型AD，其原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字值。该类型AD最高可以做到24位采样，可实现最高320点每周波的高速采样，实现最高8kHZ的频带输入，有效位数可做到20位以上，足够确保整个电流量程范围内的数字信号精度。本实用新型前置装置将波形数据以文件的形式存储，并进行打包压缩，可以一定程度上降低文件大小，同时以文件的形式上传到服务器***，即使传输过程中发生了通信中断，也不会造成波形数据丢失。
Claims (8)
1.一种适用于积分电量比对***的前置采集装置，包括交流采样模块、脉冲采集模块、海量数据处理模块、通信单元、电源模块，其特征在于，
所述交流采样模块，包括互感器和AD采样芯片，采集现场负荷的电能质量数据、电压电流运行数据、电能量计量数据，以及现场负荷的谐波数据；所述互感器将变电站互感器二次电压与电流转换为弱电压信号，输入到AD采样芯片的采样通道；
所述AD采样芯片将输入电压转换成时间信号，用数字滤波器处理后得到电压和电流；
所述脉冲采集模块，采集现场波形以及关口电能表的脉冲数据，发送至海量数据处理模块；
所述海量数据处理模块，为DSP处理器和ARM9核心处理器的双核架构，所述DSP处理器和ARM9核心处理器通过SPI口传输数据；
所述DSP处理器接收交流采样模块获得的采样数据和脉冲采集模块获得的脉冲信号，将采样数据和脉冲信号匹配后的整体数据通过SPI口传输到AMR9核心处理器中；所述DSP处理器包括FLASH单元，存储采样数据和脉冲信号匹配后的整体数据；
所述ARM9核心处理器，接收DSP处理器发送的整体数据，进行数据转换后通过通信单元发送至服务器；所述ARM9核心处理器包括时钟和NANDFLASH，所述时钟提供高精度计时，同时与服务器进行校时，向ARM9核心处理器发送时间信号，ARM9核心处理器将时间信号与DSP处理器发送的整体数据进行时间匹配；所述NANDFLASH存储ARM9核心处理器处理的数据；
所述通信单元，将ARM9核心处理器转换的数据发送至服务器，并传递服务器发出的控制指令；
所述电源模块，为一种适用于积分电量比对***的前置采集装置各模块提供电能。
2.如权利要求1所述的前置采集装置，其特征在于，所述互感器包括电压互感器和电流互感器，所述电流互感器优选为零磁通电流互感器。
3.如权利要求1所述的前置采集装置，其特征在于，所述AD采样芯片优选为Σ-Δ型AD采样芯片，所述Σ-Δ型AD采样芯片实现320点每周波的高速采样，从而实现最高8kHz的频带输入，有效位数可做到20位以上，足够确保整个电流量程范围内的数字信号精度。
4.如权利要求3所述的前置采集装置，其特征在于，所述Σ-Δ型AD采样芯片为ADS1274/1278模数转换器。
5.如权利要求1所述的前置采集装置，其特征在于，所述DSP处理器采用ADIBF51系列32位高速定点数字信号处理芯片，处理频率达到400MHz，所述FLASH单元为16Mbyte以上的高速动态RAM。
6.如权利要求1所述的前置采集装置，其特征在于，所述通信单元为以太网、GPRS无线数据模块、RS485通信网络或RS232串行通讯网络。
7.如权利要求1所述的前置采集装置，其特征在于，还有温湿度传感器，收集温度和湿度数据，发送给ARM9核心处理器；所述ARM9核心处理器将温度和湿度数据与时间信号和DSP处理器发送的整体数据进行时间匹配。
8.如权利要求1所述的前置采集装置，其特征在于，还有显示单元，显示ARM9核心处理器转换后的数据。
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| CN106291204A (zh) * | 2016-09-30 | 2017-01-04 | 千江（上海）信息科技有限公司 | 一种高精度同步采集装置 |
| CN106918799A (zh) * | 2017-04-12 | 2017-07-04 | 华北电力科学研究院有限责任公司 | 电能表远程校验方法及*** |
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