高采樣率的瞬態電能質量信息采集模塊的制作方法
【專利摘要】一種高采樣率的瞬態電能質量信息采集模塊，包括逐級連接的輸入接口、調理電路(采用電流鉗輸入信息的，無調理電路)、保護電路、采集控制模塊和輸出接口，輸入接口包括設有八路采集通道的信號輸入模塊，調理電路包括互感器模塊，保護電路包括EMC抗干擾模塊和耐壓保護模塊，采集控制模塊是設有FPGA模塊作為主控單元的采集控制模塊，其連接在ADC模塊與輸出接口之間，使采樣頻率最高為102.4kHz，各路采集通道的同步采集的時間精度誤差最大為1μs。本實用新型的采集模塊是瞬態電能質量監測／采集裝置的前端采集模塊，接口簡單，集成方便，采樣率高，數據同步性好，能夠準確提取瞬態電能質量信息，可用于瞬態電能質量監測裝置。
【專利說明】高采樣率的瞬態電能質量信息采集模塊
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及信息采集，特別是涉及一種高采樣率的瞬態電能質量信息采集模塊。
【背景技術】
[0002]現有的電能質量監測分析裝置受到采集硬件及數據處理的制約，采樣率不高，只能實現電能質量穩態指標和電能質量暫態指標的監測，其中電能質量穩態指標包括電壓偏差、頻率偏差、電壓/電流諧波、電壓/電流三相不平衡、電壓波動和閃變，電能質量暫態指標包括電壓暫升、電壓暫降和電壓短時中斷。如果采樣率比較低，無法捕捉電力系統運行中出現的瞬態電能質量信息，這些瞬態電能質量信息是由于運行操作不當、發生雷擊，以及出現故障而產生的。瞬態電能質量事件具有偶然性和快速性，要求監測裝置具備大存儲容量、高速采樣、高信號辨識和處理能力，現有的電能質量裝置中的瞬態電能質量監測/采集部件的的前端采集模塊，難以滿足國家標準GB / T18481-2001《電能質量暫時過電壓和瞬態過電壓》有關對瞬態電能質量的監測要求。
【發明內容】
[0003]本實用新型所要解決的一個技術問題是彌補上述現有技術的缺陷，提供一種高采樣率的瞬態電能質量信息采集模塊。
[0004]本實用新型所要解決的另一個技術問題是彌補上述現有技術的缺陷，提供一種高采樣率的用于電流鉗輸入信息的瞬態電能質量信息采集模塊。
[0005]本實用新型的高采樣率的瞬態電能質量信息采集模塊技術問題通過以下技術方案予以解決。
[0006]這種高采樣率的瞬態電能質量信息采集模塊，包括逐級連接的輸入接口、調理電路、保護電路、采集控制模塊和輸出接口，所述采集控制模塊包括輸入端分別與所述保護電路和所述輸出接口連接的模擬數字轉換(Analog Digital Converter,縮略詞為ADC)模塊、以及輸入端與所述ADC模塊連接、輸出端與輸出接口連接的復雜可編程邏輯器件(ComplexProgrammable Logic Device,縮略詞為 CPLD),所述 ADC 模塊包括 A / D 轉換器及其外圍電路，用于控制各路采集通道的采樣率，穩定可靠地采集數據和轉換數據，所述CPLD用于譯碼及邏輯控制輸出，接收同步信號供給ADC模塊，對ADC模塊實現采集時序控制，同步采集來自輸入接口的多路通道數據。
[0007]這種高采樣率的瞬態電能質量信息采集模塊的特點是:
[0008]所述輸入接口包括設有八路采集通道的信號輸入模塊，所述信號輸入模塊包括三相電壓和三相電流輸入接口、I路N相電壓、I路N相電流輸入接口，所述輸入接口的功能是采集八路含有瞬態電能質量信息的模擬量電壓信號和電流信號，所述八路含有瞬態電能質量信息的模擬量電壓信號和電流信號是三路三相模擬電壓信號、三路三相模擬電流信號、一路N相模擬電壓信號和一路N相模擬電流信號。[0009]所述調理電路包括互感器模塊，所述互感器模塊包括電壓互感器、電流互感器，其功能是將輸入接口采集的八路含有瞬態電能質量信息的模擬量電壓信號和電流信號轉換為模擬量信號輸入板能接受的八路3.53V電壓信號。
[0010]所述保護電路包括由電容、磁珠、瞬變抑制二極管(Transient VoltageSuppressor,縮略詞為TVS)管組成的電磁兼容(ElectromagneticCompatibility,縮略詞為EMC)抗干擾模塊和耐壓保護模塊，所述保護電路的功能是對輸入所述ADC模塊的含有瞬態電能質量信息的模擬量電壓信號和電流信號提供EMC抗干擾與耐壓保護。
[0011]所述采集控制模塊是設有現場可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array,縮略詞為FPGA)模塊作為主控單元的采集控制模塊，所述FPGA模塊連接在所述ADC模塊與所述輸出接口之間，用于與所述CPLD聯合控制所述ADC模塊進行數據采集并緩存，使采樣頻率最高為102.4kHz，根據外部傳入的IGIB-B碼信號對瞬態電能質量采樣數據的進行高精度對時處理，減小板卡內長期的時間誤差積累，使各路采集通道的同步采集的時間精度誤差最大為1μ S。所述ADC模塊一次采樣結束后，所述FPGA通過讀操作讀取所述ADC模塊的數據，根據ADC模塊產生的忙(BUSY)信號以及采集地址的選擇信號輸入地址線(SAI)產生控制ADC的片選(Chip Select，縮略詞為CS)信號，接收寫(SWR)信號以及輸出地址線(SAO)信號驅動發光二極管(Light Emitting Diode，縮略詞為LED)輸出，作為相應測試或工作狀態的指示。
[0012]本實用新型的高采樣率的瞬態電能質量信息采集模塊技術問題通過以下進一步的技術方案予以解決。
[0013]所述采集控制模塊還設有緩沖器(BUFFER)模塊，所述BUFFER模塊連接在所述ADC模塊與所述輸出接口之間作為門開關，當外部要采集模擬量數據時，控制所述BUFFER使能有效，所述BUFFER用于增強對模擬量信號的驅動能力，防止模擬量信號衰減，以及實現模擬量信號輸入板阻抗匹配和模擬量信號濾波，保證瞬態電能質量采集數據的精度。
[0014]所述輸出接口是96彎針的歐式插座，所述輸出接口的輸出端分別與所述BUFFER、所述FPGA模塊以及所述CPLD連接，分別接收所述BUFFER、所述FPGA模塊以及所述CPLD處理后的信號，所述輸出接口還分別與數據總線和所述ADC模塊連接，將接收的所述BUFFER、所述FPGA模塊、所述CPLD處理后的信號輸出至瞬態電能質量監測裝置的其它模塊，以及反饋同步信號至所述ADC模塊，與所述CPLD的邏輯控制輸出共同對所述ADC模塊實現采集時序控制，同步采集來自所述輸入接口的多路通道數據。
[0015]所述輸入接口是菲尼克斯連接器，設有4個連接點連接四路電流鉗的輸出。
[0016]本實用新型的高采樣率的瞬態電能質量信息采集模塊技術問題通過以下再進一步的技術方案予以解決。
[0017]所述電壓互感器是型號為TV5202-120V / 3.53V的電壓互感器。
[0018]所述電流互感器是型號為TV5202-10A / 3.53V的電流互感器。
[0019]所述A / D轉換器是采用型號為AD7606的16位、八通道采集芯片的A / D轉換器，需要配置片外的參考電壓源。
[0020]所述CPLD 是型號為 EPM3202A 的 CPLD。
[0021]所述FPGA模塊是型號為EP3C16F25617的FPGA模塊。
[0022]所述BUFFER 是型號為 SN74LVC16245ADGGR 的 BUFFER。[0023]本實用新型的高采樣率的用于電流鉗輸入信息的瞬態電能質量信息采集模塊技術問題通過以下技術方案予以解決。
[0024]這種高采樣率的電流鉗輸入信息的瞬態電能質量信息采集模塊，包括逐級連接的輸入接口、保護電路、采集控制模塊和輸出接口，所述采集控制模塊包括輸入端分別與所述保護電路和所述輸出接口連接的ADC模塊、以及輸入端與所述ADC模塊連接、輸出端與輸出接口連接的CPLD，所述ADC模塊包括A / D轉換器及其外圍電路，用于控制各路采集通道的采樣率，穩定可靠地采集數據和轉換數據，所述CPLD用于譯碼及邏輯控制輸出，接收同步信號供給ADC模塊，對ADC模塊實現采集時序控制，同步采集來自輸入接口的多路通道數據。
[0025]這種高采樣率的電流鉗輸入信息的瞬態電能質量信息采集模塊的特點是:
[0026]所述輸入接口包括設有八路采集通道的信號輸入模塊，所述信號輸入模塊包括電流鉗輸入接口、三相電壓和三相電流輸入接口、I路N相電壓、I路N相電流輸入接口，所述輸入接口的功能是采集八路含有瞬態電能質量信息的模擬量電壓信號和電流信號，所述八路含有瞬態電能質量信息的模擬量電壓信號和電流信號是三路三相模擬電壓信號、三路三相模擬電流信號、一路N相模擬電壓信號和一路N相模擬電流信號。
[0027]所述保護電路包括由電容、磁珠、TVS管組成的EMC抗干擾模塊和耐壓保護模塊，所述保護電路的功能是對輸入所述ADC模塊的含有瞬態電能質量信息的模擬量電壓信號和電流信號提供EMC抗干擾與耐壓保護。
[0028]所述采集控制模塊是設有FPGA模塊作為主控單元的采集控制模塊，所述FPGA模塊連接在所述ADC模塊與所述輸出接口之間，用于與所述CPLD聯合控制所述ADC模塊進行數據采集并緩存，使采樣頻率最高為102.4kHz，根據外部傳入的IGIB-B碼信號對瞬態電能質量采樣數據的進行高精度對時處理，減小板卡內長期的時間誤差積累，使各路采集通道的同步采集的時間精度誤差最大為I μ S。所述ADC模塊一次采樣結束后，所述FPGA通過讀操作讀取所述ADC模塊的數據，根據ADC模塊產生的忙(BUSY)信號以及采集地址的選擇信號輸入地址線(SAI)產生控制ADC的CS信號，接收寫(SWR)信號以及輸出地址線(SAO)信號驅動LED輸出，作為相應測試或工作狀態的指示。
[0029]本實用新型的高采樣率的用于電流鉗輸入信息的瞬態電能質量信息采集模塊技術問題通過以下進一步的技術方案予以解決。
[0030]所述采集控制模塊還設有BUFFER模塊，所述BUFFER模塊連接在所述ADC模塊與所述輸出接口之間作為門開關，當外部要采集模擬量數據時，控制所述BUFFER使能有效，所述BUFFER用于增強對模擬量信號的驅動能力，防止模擬量信號衰減，以及實現模擬量信號輸入板阻抗匹配和模擬量信號濾波，保證瞬態電能質量采集數據的精度。
[0031]所述輸出接口是96彎針的歐式插座，所述輸出接口的輸出端分別與所述BUFFER、所述FPGA模塊以及所述CPLD連接，分別接收所述BUFFER、所述FPGA模塊以及所述CPLD處理后的信號，所述輸出接口還分別與數據總線和所述ADC模塊連接，將接收的所述BUFFER、所述FPGA模塊、所述CPLD處理后的信號輸出至瞬態電能質量監測裝置的其它模塊，以及反饋同步信號至所述ADC模塊，與所述CPLD的邏輯控制輸出共同對所述ADC模塊實現采集時序控制，同步采集來自所述輸入接口的多路通道數據。
[0032]所述輸入接口是菲尼克斯連接器。[0033]本實用新型的高采樣率的用于電流鉗輸入信息的瞬態電能質量信息采集模塊技術問題通過以下再進一步的技術方案予以解決。
[0034]所述A / D轉換器是采用型號為AD7606的16位、八通道采集芯片的A / D轉換器，需要配置片外的參考電壓源。
[0035]所述CPLD 是型號為 EPM3202A 的 CPLD。
[0036]所述FPGA模塊是型號為EP3C16F25617的FPGA模塊。
[0037]所述BUFFER 是型號為 SN74LVC16245ADGGR 的 BUFFER。
[0038]本實用新型與現有技術相比的有益效果是:
[0039]本實用新型的信息采集模塊是瞬態電能質量監測/采集裝置的前端采集模塊，接口簡單，集成方便，采樣率高，數據同步性好，能夠準確提取瞬態電能質量信息，可用于瞬態電能質量監測裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0040]圖1是本實用新型【具體實施方式】一的組成方框圖；
[0041]圖2是本實用新型【具體實施方式】二的組成方框圖；
[0042]圖3是圖1、圖2中的采集控制模塊的組成方框圖。
【具體實施方式】
[0043]下面結合【具體實施方式】并對照附圖對本實用新型進行說明。
[0044]【具體實施方式】一
[0045]一種如圖1、3所示的高采樣率的瞬態電能質量信息采集模塊，包括逐級連接的輸入接口、調理電路、保護電路、采集控制模塊和輸出接口，采集控制模塊包括輸入端分別與保護電路和輸出接口連接的ADC模塊、以及輸入端與ADC模塊連接、輸出端與輸出接口連接的型號為EPM3202A的CPLD，ADC模塊包括型號為AD7606的16位、8通道采集芯片的A /D轉換器A / D轉換器及其外圍電路，包括配置片外的參考電壓源，用于控制各路采集通道的采樣率，穩定可靠地采集數據和轉換數據，CPLD用于譯碼及邏輯控制輸出，接收同步信號供給ADC模塊，對ADC模塊實現采集時序控制，同步采集來自輸入接口的多路通道數據。
[0046]輸入接口包括設有八路采集通道的信號輸入模塊，信號輸入模塊包括三相電壓和三相電流輸入接口、I路N相電壓、I路N相電流輸入接口，輸入接口的功能是采集八路含有瞬態電能質量信息的模擬量電壓信號和電流信號，八路含有瞬態電能質量信息的模擬量電壓號和電流號是二路二相模擬電壓號、二路二相模擬電流號、一路N相模擬電壓信號和一路N相模擬電流信號。
[0047]調理電路包括互感器模塊，互感器模塊包括型號為TV5202-120V / 3.53V的電壓互感器、型號為TV5202-10A / 3.53V的電流互感器，其功能是將輸入接口采集的八路含有瞬態電能質量信息的模擬量電壓信號和電流信號轉換為模擬量信號輸入板能接受的八路
3.53V電壓信號。
[0048]保護電路包括由電容、磁珠、TVS管組成的EMC抗干擾模塊和耐壓保護模塊，保護電路的功能是對輸入ADC模塊的含有瞬態電能質量信息的模擬量電壓信號和電流信號提供EMC抗干擾與耐壓保護。[0049]采集控制模塊是設有型號為EP3C16F25617的FPGA模塊作為主控單元的采集控制模塊，FPGA模塊連接在ADC模塊與輸出接口之間，用于與CPLD聯合控制ADC模塊進行數據采集并緩存，使采樣頻率最高為102.4kHz，根據外部傳入的IGIB-B碼信號對瞬態電能質量采樣數據的進行高精度對時處理，減小板卡內長期的時間誤差積累，使各路采集通道的同步采集的時間精度誤差最大為I μ s。ADC模塊一次采樣結束后，FPGA通過讀操作讀取ADC模塊的數據，根據ADC模塊產生的忙(BUSY)信號以及采集地址的選擇信號輸入地址線(SAI)產生控制ADC的片選(ChipSelect，縮略詞為CS)信號，接收寫(SWR)信號以及輸出地址線(SAO)信號驅動發光二極管(Light Emitting Diode，縮略詞為LED)輸出，作為相應測試或工作狀態的指示。
[0050]采集控制模塊還設有型號為SN74LVC16245ADGGR的BUFFER模塊，BUFFER模塊連接在ADC模塊與輸出接口之間作為門開關，當外部要采集模擬量數據時，控制BUFFER使能有效，BUFFER用于增強對模擬量信號的驅動能力，防止模擬量信號衰減，以及實現模擬量信號輸入板阻抗匹配和模擬量信號濾波，保證瞬態電能質量采集數據的精度。
[0051 ] 輸出接口是96彎針的歐式插座，輸出接口的輸出端分別與BUFFER、FPGA模塊以及CPLD連接，分別接收BUFFER、FPGA模塊以及CPLD處理后的信號，輸出接口還分別與數據總線和ADC模塊連接，將接收的BUFFER、FPGA模塊、CPLD處理后的信號輸出至瞬態電能質量監測裝置的其它模塊，以及反饋同步信號至ADC模塊，與CPLD的邏輯控制輸出共同對ADC模塊實現采集時序控制，同步采集來自輸入接口的多路通道數據。
[0052]輸入接口是菲尼克斯連接器。
[0053]【具體實施方式】二
[0054]一種如圖2、3所示的高采樣率的用于電流鉗輸入信息的瞬態電能質量信息采集模塊，其組成電路基本與【具體實施方式】一相同，區別在于:用于電流鉗輸入信息，不需要設置調理電路。
[0055]以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，都應當視為屬于本實用新型由所提交的權利要求書確定的專利保護范圍。
【權利要求】
1.一種高采樣率的瞬態電能質量信息采集模塊，包括逐級連接的輸入接口、調理電路、保護電路、采集控制模塊和輸出接口，所述采集控制模塊包括輸入端分別與所述保護電路和所述輸出接口連接的模擬數字轉換ADC模塊、以及輸入端與所述ADC模塊連接、輸出端與輸出接口連接的復雜可編程邏輯器件CPLD，所述ADC模塊包括A / D轉換器及其外圍電路，其特征在于: 所述調理電路包括互感器模塊，所述互感器模塊包括電壓互感器、電流互感器； 所述保護電路包括由電容、磁珠、瞬變抑制二極管TVS管組成的電磁兼容EMC抗干擾模塊和耐壓保護模塊； 所述采集控制模塊是設有現場可編程門陣列FPGA模塊作為主控單元的采集控制模塊，所述FPGA模塊連接在所述ADC模塊與所述輸出接口之間。
2.如權利要求1所述的高采樣率的瞬態電能質量信息采集模塊，其特征在于: 所述采集控制模塊還設有緩沖器BUFFER模塊，所述BUFFER模塊連接在所述ADC模塊與所述輸出接口之間作為門開關。
3.如權利要求2所述的高采樣率的瞬態電能質量信息采集模塊，其特征在于: 所述輸出接口是96彎針的歐式插座，所述輸出接口的輸出端分別與所述BUFFER、所述FPGA模塊以及所述CPLD連接，所述輸出接口還分別與數據總線和所述ADC模塊連接。
4.如權利要求3所述的高采樣率的瞬態電能質量信息采集模塊，其特征在于: 所述輸入接口是菲尼克斯連接器，設有4個連接點連接四路電流鉗的輸出。
5.如權利要求4所述的高采樣率的瞬態電能質量信息采集模塊，其特征在于: 所述電壓互感器是型號為TV5202-120V / 3.53V的電壓互感器； 所述電流互感器是型號為TV5202-10A / 3.53V的電流互感器； 所述A / D轉換器是采用型號為AD7606的16位、八通道采集芯片的A / D轉換器，需要配置片外的參考電壓源； 所述CPLD是型號為EPM3202A的CPLD ； 所述FPGA模塊是型號為EP3C16F25617的FPGA模塊； 所述 BUFFER 是型號為 SN74LVC16245ADGGR 的 BUFFER。
6.一種高采樣率的用于電流鉗輸入信息的瞬態電能質量信息采集模塊，包括逐級連接的輸入接口、保護電路、采集控制模塊和輸出接口，所述采集控制模塊包括輸入端分別與所述保護電路和所述輸出接口連接的ADC模塊、以及輸入端與所述ADC模塊連接、輸出端與輸出接口連接的CPLD，所述ADC模塊包括A / D轉換器及其外圍電路，其特征在于: 所述輸入接口包括設有八路采集通道的信號輸入模塊，所述信號輸入模塊包括電流鉗輸入接口、三相電壓和三相電流輸入接口、I路N相電壓、I路N相電流輸入接口 ； 所述保護電路包括由電容、磁珠、TVS管組成的EMC抗干擾模塊和耐壓保護模塊； 所述采集控制模塊是設有FPGA模塊作為主控單元的采集控制模塊，所述FPGA模塊連接在所述ADC模塊與所述輸出接口之間。
7.如權利要求6所述的高采樣率的用于電流鉗輸入信息的瞬態電能質量信息采集模塊，其特征在于: 所述采集控制模塊還設有BUFFER模塊，所述BUFFER模塊連接在所述ADC模塊與所述輸出接口之間作為門開關。
8.如權利要求7所述的高采樣率的用于電流鉗輸入信息的瞬態電能質量信息采集模塊，其特征在于: 所述輸出接口是96彎針的歐式插座，所述輸出接口的輸出端分別與所述BUFFER、所述FPGA模塊以及所述CPLD連接，所述輸出接口還分別與數據總線和所述ADC模塊連接。
9.如權利要求8所述的高采樣率的用于電流鉗輸入信息的瞬態電能質量信息采集模塊，其特征在于: 所述輸入接口是菲尼克斯連接器。
10.如權利要求9所述的高采樣率的用于電流鉗輸入信息的瞬態電能質量信息采集模塊，其特征在于: 所述A / D轉換器是采用型號為AD7606的16位、八通道采集芯片的A / D轉換器，需要配置片外的參考電壓源； 所述CPLD是型號為EPM3202A的CPLD ； 所述FPGA模塊是型號為EP3C16F25617的FPGA模塊； 所述 BUFFER 是型號為 SN74LVC16245ADGGR 的 BUFFER。
【文檔編號】G01R31/00GK203772988SQ201420129486
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2014年3月21日
【發明者】白興東, 牛啟宏, 丁金良, 郝廣平, 王錦程 申請人:國網甘肅省電力公司甘南供電公司