电能质量监测记录分析系统.pdf

本发明涉及一种电能质量监测记录分析系统，它属于一种对电能质量进行监测记录分析的系统。本发明主要是解决现有电能质量监测装置存在的价格昂贵、功能单一、监测分析质量差的技术难点。为实现上述任务，本发明采用的技术方案是：电能质量监测记录分析系统，它由数据采集模块、数据处理及分析模块、数据显示输出模块和人机接口模块组成，数据采集模块的输出端与数据处理及分析模块的输入端连接，数据显示输出模块的输入端与数据处理及分析模块的输出端连接，人机接口模块的输出端与数据处理及分析模块的控制接口和数据显示输出模块的输入端连接。本发明具有强大的数据库管理与测量数据的分析统计功能、多网络化功能等优点。

1、  一种电能质量监测记录分析系统，它由数据采集模块、数据处理及分析模块、数据显示输出模块和人机接口模块组成，其特征是：
1)数据采集模块由四路电压传感器、至少十六路电流传感器、若干个模拟开关、若干路保持电路、若干路信号校正电路和多路数据采集卡构成，四路电压传感器和至少十六路电流传感器与模拟开关的输入端连接，模拟开关的输出端与保持电路的输入端连接，保持电路的输出端与信号校正电路的输入端连接，信号校正电路的输出端与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡的输出端与数据处理及分析模块的输入端连接；
2)数据处理及分析模块由工业控制计算机和数据分析软件构成，由数据采集模块采集的电压和电流值经数据处理及分析模块采用小波分析方法分别进行谐波计算分析、功率计算、电压和电流计算、功率因数计算后向数据显示输出模块输出；
3)数据显示输出模块由液晶显示器和显示输出的软件模块构成，液晶显示器的输入端与数据处理及分析模块的输出端连接，以便将数据处理及分析模块输出的数据及人机接口模块的命令显示出来；
4)人机接口模块由工控软件和工控外设设备构成，人机接口模块的输出端与数据处理及分析模块的控制接口和数据显示输出模块的输入端连接，以便于将用户的命令传输给数据处理及分析模块和数据显示输出模块。

2、  根据权利要求1所述的电能质量监测记录分析系统，其特征是：所述四路电压传感器V1、V2、V3、V4为WB3V411S电压隔离传感器，该传感器的VGA、VGB、VGC端与模拟开关U7(MAX309)的S1～S4、S11～S14端和模拟开关U8(MAX309)的S11～S14端连接。

3、  根据权利要求1所述的电能质量监测记录分析系统，其特征是：所述至少十六路的电流传感器I1～I16为WB3I411S电流隔离传感器，该传感器的VGA、VGB、VGC端与模拟开关U1～U6(MAX308)的NO1～NO8端连接。

4、  根据权利要求1所述的电能质量监测记录分析系统，其特征是：所述保持电路由芯片U9(LF398)、电阻R1、R2、R3、可变电阻RW1和电容C1、C2、C3、C4、C5组成，电阻R1的一端与芯片U9的3端连接，电阻R1的另一端与模拟开关的输出端连接，电阻R2的一端接地，电阻R2的另一端与可变电阻RW1的一个固定端连接，可变电阻RW1的另一个固定端与电容C1的一端连接后再与芯片U9的1端连接并与+12V电源连接，可变电阻RW1的活动端与芯片U9的2端连接，电容C1另一端接地，电容C2的一端与芯片U9的4端连接且接-12V电源，电容C2的另一端接地，电容C4和C5串联后其一端与电容C3的一端连接并与芯片U9的6端连接，电容C4和C5串联后其另一端与电容C3的另一端连接后接地，芯片U9的7端接地，电阻R3的一端与芯片U9的8端连接，电阻R3的另一端与+5V电源连接，芯片U9的5端为输出端。

5、  根据权利要求1所述的电能质量监测记录分析系统，其特征是：所述信号校正电路由芯片U10A(LM1558)、U10B(LM1558)、电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9、可变电阻RW2、电容C6、C7、C8、C9、二极管D1、D2、稳压管Z1和瞬态电压抑制器T1组成，电阻R4的一端与保持电路芯片U9的5端连接，电阻R4的另一端与二极管D1的负极、二极管D2的正极、电阻R5、R6的一端和电容C7的一端连接后接芯片U10A的3端，二极管D1的正极与二极管D2的负极连接后接芯片U10A的2端，电容C6的一端与电阻R7的一端连接后接芯片U10A的2端，电容C6的另一端与电阻R7的另一端连接后接地，可变电阻RW2的一个固定端与电阻R5的另一端连接，可变电阻RW2的另一个固定端与可变电阻RW2的活动端连接后接芯片U10A的1端，电容C7的另一端与可变电阻RW2的另一个固定端连接，电阻R6的另一端与可变电阻RW2的活动端连接，芯片U10A的+端接+12V电源，芯片U10A的-端接-12V电源，电阻R8的一端与芯片U10A的1端连接，电阻R8的另一端与电容C8的一端连接后与芯片U10B的6端连接，电容C8的另一端接地，芯片U10B的5端与芯片U10B的7端连接，电阻R9的一端与芯片U10B的7端连接，电阻R9的另一端与稳压管Z1的负极、瞬态电压抑制器T1的负极和电容C9的一端连接后接多路数据采集卡的输入端，稳压管Z1的正极、瞬态电压抑制器T1的正极和电容C9的另一端共地。

6、  根据权利要求1所述的电能质量监测记录分析系统，其特征是：所述多路数据采集卡，其具有增益12位A/D转换功能，采样速率为100KS/s，每个输入通道的增益可以编程，卡上集成4k采样FIFO缓冲器，该采集卡将校正电路校正后的各路信号经该A/D转换后输入数据处理及分析模块中进行记录分析。

7、  根据权利要求1所述的电能质量监测记录分析系统，其特征是：所述工业控制计算机为一体工控机。

8、  根据权利要求1所述的电能质量监测记录分析系统，其特征是：所述工控外设设备包括光驱、软驱、键盘和鼠标。

电能质量监测记录分析系统
技术领域
本发明涉及一种电能质量监测记录分析系统，它属于一种对电能质量进行监测记录分析的系统。
背景技术
在现代工业企业和运输部门中，非线性电力负荷在大量增加。随着电力电子技术的发展，晶闸管整流和换流技术得到广泛的应用，例如：冶金、化工、矿山部门大量使用晶闸管整流电源，工业中大量使用变频调速装置，电气化铁路中采用交流单相整流供电的机车，高压大容量直流输电中的换流站，家用电器的变频等，使得电力网负荷急剧加大。特别是冲击性、非线性负荷容量不断增长，使得电网发生波形畸变、电压波动等电能质量问题。电力部门不仅要满足用户对电能数量不断增长的需要，而且还要提供合格质量的电能。为解决上述问题，人们已研究出一些只有功能比较单一的相关仪器仪表，如谐波分析仪、电压波动与闪变监测装置等，由于这些装置价格十分昂贵，无法普及使用。另外它们还存在着功能单一、监测分析质量差等缺陷。
发明内容
本发明的目的是解决现有电能质量监测装置存在的价格昂贵、功能单一、监测分析质量差的技术难点并提供一种价格低廉、功能齐全、监测分析质量高的电能质量监测记录分析系统。
为实现上述任务，本发明采用的技术方案是：电能质量监测记录分析系统，它由数据采集模块、数据处理及分析模块、数据显示输出模块和人机接口模块组成，其中：
1)数据采集模块由四路电压传感器、至少十六路电流传感器、若干个模拟开关、若干路保持电路、若干路信号校正电路和多路数据采集卡构成，四路电压传感器和至少十六路电流传感器与模拟开关的输入端连接，模拟开关的输出端与保持电路的输入端连接，保持电路的输出端与信号校正电路的输入端连接，信号校正电路的输出端与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡的输出端与数据处理及分析模块的输入端连接；
2)数据处理及分析模块由工业控制计算机和数据分析软件构成，由数据采集模块采集的电压和电流值经数据处理及分析模块采用小波分析方法分别进行谐波计算分析、功率计算、电压和电流计算、功率因数计算后向数据显示输出模块输出；
3)数据显示输出模块由液晶显示器和显示输出的软件模块构成，液晶显示器的输入端与数据处理及分析模块的输出端连接，以便将数据处理及分析模块输出的数据及人机接口模块的命令显示出来；
4)人机接口模块由工控软件和工控外设设备构成，人机接口模块的输出端与数据处理及分析模块的控制接口和数据显示输出模块的输入端连接，以便于将用户的命令传输给数据处理及分析模块和数据显示输出模块。
所述四路电压传感器V1、V2、V3、V4为WB3V411S电压隔离传感器，该传感器的VGA、VGB、VGC端与模拟开关U7(MAX309)的S1～S4、S11～S14端和模拟开关U8(MAX309)的S11～S14端连接。
所述至少十六路的电流传感器I1～I16为WB3I411S电流隔离传感器，该传感器的VGA、VGB、VGC端与模拟开关U1～U6(MAX308)的NO1～NO8端连接。
所述保持电路由芯片U9(LF398)、电阻R1、R2、R3、可变电阻RW1和电容C1、C2、C3、C4、C5组成，电阻R1的一端与芯片U9的3端连接，电阻R1的另一端与模拟开关的输出端连接，电阻R2的一端接地，电阻R2的另一端与可变电阻RW1的一个固定端连接，可变电阻RW1的另一个固定端与电容C1的一端连接后再与芯片U9的1端连接并与+12V电源连接，可变电阻RW1的活动端与芯片U9的2端连接，电容C1另一端接地，电容C2的一端与芯片U9的4端连接且接-12V电源，电容C2的另一端接地，电容C4和C5串联后其一端与电容C3的一端连接并与芯片U9的6端连接，电容C4和C5串联后其另一端与电容C3的另一端连接后接地，芯片U9的7端接地，电阻R3的一端与芯片U9的8端连接，电阻R3的另一端与+5V电源连接，芯片U9的5端为输出端。
所述信号校正电路由芯片U10A(LM1558)、U10B(LM1558)、电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9、可变电阻RW2、电容C6、C7、C8、C9、二极管D1、D2、稳压管Z1和瞬态电压抑制器T1组成，电阻R4的一端与保持电路芯片U9的5端连接，电阻R4的另一端与二极管D1的负极、二极管D2的正极、电阻R5、R6的一端和电容C7的一端连接后接芯片U10A的3端，二极管D1的正极与二极管D2的负极连接后接芯片U10A地2端，电容C6的一端与电阻R7的一端连接后接芯片U10A的2端，电容C6的另一端与电阻R7的另一端连接后接地，可变电阻RW2的一个固定端与电阻R5的另一端连接，可变电阻RW2的另一个固定端与可变电阻RW2的活动端连接后接芯片U10A的1端，电容C7的另一端与可变电阻RW2的另一个固定端连接，电阻R6的另一端与可变电阻RW2的活动端连接，芯片U10A的+端接+12V电源，芯片U10A的-端接-12V电源，电阻R8的一端与芯片U10A的1端连接，电阻R8的另一端与电容C8的一端连接后与芯片U10B的6端连接，电容C8的另一端接地，芯片U10B的5端与芯片U10B的7端连接，电阻R9的一端与芯片U10B的7端连接，电阻R9的另一端与稳压管Z1的负极、瞬态电压抑制器T1的负极和电容C9的一端连接后接多路数据采集卡的输入端，稳压管Z1的正极、瞬态电压抑制器T1的正极和电容C9的另一端共地。
所述多路数据采集卡，其具有增益12位A/D转换功能，采样速率为100KS/s，每个输入通道的增益可以编程，卡上集成4k采样FIFO缓冲器，该采集卡将校正电路校正后的各路信号经该A/D转换后输入数据处理及分析模块中进行记录分析。
所述工业控制计算机为一体工控机。
所述工控外设设备包括光驱、软驱、键盘和鼠标。
由于本发明采用了上述技术方案，与背景技术相比，具有以下优点：
1、可监测路数多达4路不同电压等级的三相电压和至少16路三相电流，能迅速而全面地了解电网的电能质量的各种状况，捕捉和记录电网的各项瞬态波形，实现实时监测电网的各项电能质量参数和现场的实时自动在线监测。
2、具有强大的数据库管理与测量数据的分析统计功能，通过对所采集的数据进行管理和分析，可以得到电网频率，电压(电流)有效值、各次谐波电压和电流有效值、相位，基波功率，基波和谐波阻抗，三相电压和电流不平衡度，等效正序、负序、零序电压和电流，三相电压波动等各种电网参数，为供电及用户提供检测及判断电能质量的依据。
3、采用小波分析方法，使电能质量评价更加精确完善；当被检测的信号发生故障或特殊情况的时候，信号会发生突变，检测到这些突变信号，就可以对信号故障和电能质量的运行状态进行分析，判断和控制。采用了小波分析方法后，就可以检测分析这些突变信号，使得电能质量监测分析系统中的电能质量更加精确。
4、具有多网络化功能。通过系统内置的MODEM、以太网、网卡、串口等各种数据的传输方式(如电话线、RS232、485、RTU等等)，配合相应的应用软件，可以方便地和电力信息网或INTERNET互连。可通过INTERNET实现在线维护，实现电能质量的多网络化管理。
5、具备多路控制输出功能且价格低廉。
附图说明
图1是本发明的结构方框图；
图2是数据采集模块的电路图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例中的电能质量监测记录分析系统，它由数据采集模块、数据处理及分析模块、数据显示输出模块和人机接口模块组成，其中：
1)数据采集模块由四路电压传感器、至少十六路电流传感器、六个模拟开关、九路保持电路、九路信号校正电路和多路数据采集卡构成，四路电压传感器和至少十六路电流传感器与模拟开关的输入端连接，模拟开关的输出端与保持电路的输入端连接，保持电路的输出端与信号校正电路的输入端连接，信号校正电路的输出端与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡的输出端与数据处理及分析模块的输入端连接；
2)数据处理及分析模块由一体工控机(AWS8248VT)和数据分析软件构成，由数据采集模块采集的的电压和电流值经数据处理及分析模块采用小波分析方法分别进行谐波计算分析、功率计算、电压和电流计算、功率因数计算后向数据显示输出模块输出；
3)数据显示输出模块由15英寸大屏幕液晶显示器和显示输出的软件模块构成，液晶显示器的输入端与数据处理及分析模块的输出端连接，以便将数据处理及分析模块输出的数据及人机接口模块的命令显示出来；
4)人机接口模块由工控软件和包括光驱、软驱、键盘和鼠标的工控外设设备构成，人机接口模块的输出端与数据处理及分析模块的控制接口和数据显示输出模块的输入端连接，以便于将用户的命令传输给数据处理及分析模块和数据显示输出模块。
如图2所示，上述四路电压传感器V1、V2、V3、V4为WB3V411S电压隔离传感器，该传感器的VGA、VGB、VGC端与模拟开关U7(MAX309)的S1～S4、S11～S14端和模拟开关U8(MAX309)的S11～S14端连接。
如图2所示，上述至少十六路的电流传感器I1～I16为WB3I411S电流隔离传感器，该传感器的VGA、VGB、VGC端与模拟开关U1～U6(MAX308)的NO1～NO8端连接。
如图2所示，上述九路保持电路由六路电流和三路电压的保持电路组成，每一路的保持电路由芯片U9(LF398)、电阻R1、R2、R3、可变电阻RW1和电容C1、C2、C3、C4、C5组成，电阻R1的一端与芯片U9的3端连接，电阻R1的另一端与模拟开关的输出端连接，电阻R2的一端接地，电阻R2的另一端与可变电阻RW1的一个固定端连接，可变电阻RW1的另一个固定端与电容C1的一端连接后再与芯片U9的1端连接并与+12V电源连接，可变电阻RW1的活动端与芯片U9的2端连接，电容C1另一端接地，电容C2的一端与芯片U9的4端连接且接-12V电源，电容C2的另一端接地，电容C4和C5串联后其一端与电容C3的一端连接并与芯片U9的6端连接，电容C4和C5串联后其另一端与电容C3的另一端连接后接地，芯片U9的7端接地，电阻R3的一端与芯片U9的8端连接，电阻R3的另一端与+5V电源连接，芯片U9的5端为输出端。
如图2所示，上述九路信号校正电路由六路电流和三路电压的信号校正电路组成，每一路的信号校正电路由芯片U10A(LM1558)、U10B(LM1558)、电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9、可变电阻RW2、电容C6、C7、C8、C9、二极管D1、D2、稳压管Z1和瞬态电压抑制器T1组成，电阻R4的一端与保持电路芯片U9的5端连接，电阻R4的另一端与二极管D1的负极、二极管D2的正极、电阻R5、R6的一端和电容C7的一端连接后接芯片U10A的3端，二极管D1的正极与二极管D2的负极连接后接芯片U10A的2端，电容C6的一端与电阻R7的一端连接后接芯片U10A的2端，电容C6的另一端与电阻R7的另一端连接后接地，可变电阻RW2的一个固定端与电阻R5的另一端连接，可变电阻RW2的另一个固定端与可变电阻RW2的活动端连接后接芯片U10A的1端，电容C7的另一端与可变电阻RW2的另一个固定端连接，电阻R6的另一端与可变电阻RW2的活动端连接，芯片U10A的+端接+12V电源，芯片U10A的-端接-12V电源，电阻R8的一端与芯片U10A的1端连接，电阻R8的另一端与电容C8的一端连接后与芯片U10B的6端连接，电容C8的另一端接地，芯片U10B的5端与芯片U10B的7端连接，电阻R9的一端与芯片U10B的7端连接，电阻R9的另一端与稳压管Z1的负极、瞬态电压抑制器T1的负极和电容C9的一端连接后接多路数据采集卡的输入端，稳压管Z1的正极、瞬态电压抑制器T1的正极和电容C9的另一端共地。
如图2所示，上述数据采集卡为多路数据采集卡(PCI-1710L)，其具有增益12位A/D转换功能，采样速率为100KS/s，每个输入通道的增益可以编程，卡上集成4k采样FIFO缓冲器，该采集卡将校正电路校正后的各路信号经该A/D转换后输入数据处理及分析模块中进行记录分析。