基本信息
- 项目名称：
- 基于快速传输海量存储的电能质量监测系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 现代工业、商业及居民用户的用电设备对电能质量日渐敏感，对供电质量提出了更高的要求。如何提高和保证电能质量己经成为我国电力系统面临的重要问题，通过对电能质量进行实时监测、记录和分析，可以为改善电能质量、制定有关电能质量治理措施和政策提供必要的依据，也为后续确定电能质量治理的方式及治理装置的相关技术参数提供重要的依据。
- 详细介绍：
- 目前已有电能质量检测装置，①其功能单一，只能检测某一项或几项电能质量指标，②由工人定期检查，达不到对电能质量的实时检测，③数据存储量小，不能连续长时间对电能质量的数据进行存储。 结合目前设备存在的缺陷本项目研究并开发一套电能质量检测系统，本系统将对电压偏差﹑频率偏差﹑谐波含量﹑电压波动和闪变﹑三相不平衡这五项国家电能质量标准参数进行分析处理。项目具体内容有：1.设计数据压缩与大容量存储模块，实现脱离计算机直接向U盘读写数据，模块提供了通过串口或SPI口读写U盘或移动硬盘的简单途径，带有标准USB2.0接口，遵循USB2.0协议规范，可以全面兼容所有遵守USB协议规范的移动存储器（如U盘及USB接口的移动硬盘等），从而实现了对原始数据的大容量存储；2.研制CAN-bus转以太网模块，其内部集成了CAN-bus 接口和EtherNet 接口以及TCP/IP 协议栈，利于它可以轻松完成CAN-bus 网络和EtherNet 网络的互连互通，从而实现数据快速方便的传输；3.设计检测终端，其中主要包括DSP芯片TMS320F2812和高精度A/D转换芯片ADS8364的数据采集模块及硬件锁相环电路，并与数据压缩与存储模块和CAN-bus转以太网模块一起构成整个电能质量检测系统。4. 编制后台监测管理和预警系统，包括控制子系统、数据库平台、数据分析子系统和信息发布子系统，通过图表显示、统计、分析，实时直观地给出电能质量的健康状况.
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 随着各种电力电子设备不断增加，一些负荷的非线性、冲击性和不平衡的用电特性，对供电质量造成严重污染。通过对电能质量的实时监测、记录和分析，有利于电能质量的治理。 在硬件上，为实现系统的数据采集、分析处理而设计了电路以及电路的连接。在以A/D模块ADS8364为核心的数据采集部分，为了避免频谱混叠现象的发生并保证一定的采样精度，设计了模拟量输入前的抗混叠滤波、放大电路。同时为了防止对非工频电压采样时可能出现的频谱泄露现象，在此巧妙的设计了锁相倍频电路，将其作为A/D转换的控制信号，既实现了同一周期内的均匀离散，又实现六路信号的同步采样。在数据分析处理部分，选用高精度定点DSP芯片TMS320F2812作为整个系统的核心，设计了其基本的外围电路，并灵活的应用了其对于中断信号的处理性能，实现了对于A/D采集信号的接收。在数据存储和传输部分，设计数据压缩与大容量存储模块以及CAN-bus转以太网模块，为我们解决了高速数据传输和大容量数据存储的问题，本装置可以实现1TB的海量存储，数据压缩比达3：1，传输速率高达1Mbps。系统引用了FFT算法，使128点的频域分析运算量降为原来的1/20，可满足实时监测的要求。准确度： 电压偏差:0.5%; 频率偏差:0.01Hz; 三相电压不平衡度:0.2%; 三相电流不平衡度:1%; 谐波:达到GB/T 14549-1993规定的A级标准; 闪变 :5%; 电压波动:5%。
科学性、先进性
- 结合目前国外已有的电能质量监测装置的优点和国内监测仪存在的不足，本课题研究基于快速传输海量存储的电能质量监测系统。本系统的研制成功，解决了目前功能单一﹑精度低﹑存储量小和数据传输慢的问题。该装置利用数据压缩存储模块以及CAN-bus转以太网模块，实现了大容量数据存储和高速数据传输的功能，另外，利用现有的16位高精度A/D转换芯片完成数据的采集，结合各项参数的具体算法，使测量精度大大提高。对电能质量各参数准确的监测，可以及时有效的改善电能质量，为用户提供稳定可靠的电能。 1、在硬件选择上，采用高速DSP，硬件锁相环，以及16位A/D转换器，大大提高了系统的运算性能，测量精度。 2、测量数据收集实现远程自动收集，大量现场设备管理实现网络化。 3、测量结果分析智能化，结合上位机分析软件对数据进行实时分析处理，及时发现问题解决问题。 4、通信采用CAN总线结构，可实现实时大量数据的快速传输。 5、外部添加大容量存储设备，可以保存长期的实时数据，以便随时调用检测。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 有偿技术转让
作品可展示的形式
- 实物，产品，图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 随着微电子技术的高速发展，我们拥有了高速数据处理的DSP芯片和高精度的A/D转换芯片，从而解决了以前处理速度慢和精度低的问题；对数据压缩与大容量存储模块以及CAN-bus转以太网模块研发的成功，为我们解决了高速数据传输和大容量数据存储的问题，本装置可以实现1TB的海量存储，数据压缩比达3：1，传输速率高达1Mbps。所以我们现在有条件有能力研制出功能完善、性能指标高、运行可靠的电能质量检测系统。 对电能质量各参数准确的监测，可以及时有效的改善电能质量，为用户提供稳定可靠的电能。目前全国的变电站达到上千家，再加上一些大型的工厂，该监测装置的使用必将对查找事故原因，减少事故的发生有着极大的帮助作用。该装置的研究成功及其推出，既有当前的现实意义，也有巨大的推广价值。
同类课题研究水平概述
- 1、国外研究现状和最新动态，早在20世纪60年代，国外就已经认识到电能质量的重要性，并开始从事相关课题，从所适用的功率理论的扩展，到电能质量评价指标体系的建立；从全国性的电能质量的普查、监测到用户终端电气环境的定义；各种电能质量问题分析方法的提出，以及用户电力技术等电能质量控制技术的研究和装置的开发正深入进行。（1）理论方面积极开展电能质量指标的评价体系研究。（2）人工智能AI和高级数学工具在电能质量研究中的应用。（3）统一电能质量调节器UPQC或称电能质量调节器PQC。它可以对供电电压进行快速补偿，是一项具有综合功能的电能质量控制器。（4）此外，针对各种电能质量问题，国外已提出并开发了许多改善和提高电能质量的装置，包括：有源电力滤波器APF和无源滤波器TF、电池贮能系统BFSS等等一系列电力电子装置，并且部分产品开始进入大量实用化阶段。 2.国内，为了保证我国的电能质量，到2002年底，我国相继发布了六项电能质量国家标准。对于暂态电能质量现象的描述和定义还没有统一的标准，有关暂态电能质量的检测、分类与识别的分析方法诸如FFT、小波变换以及人工智能的结合应用研究已逐步展开，并成为电能质量领域的新热点问题。特别是基于小波变换的电能质量问题的应用方面已进行了探讨和实验研究，并取得了一定的理论成果。虽然目前国内厂家生产的电能质量监测仪的功能、性能指标已大幅提高，但与国外高档产品相比还存在不小差距。在功能上没有国外相关产品实现的功能完善、设计不够人性化；性能指标没有国外高档产品高：如检测指标不全、测量精度不够等；产品可靠性、一致性、工艺性与国外产品的差距则更大。此外，我国研发的装置大多是对电力系统稳态的指标的测量和监测，对系统暂态的监测还处于起步阶段，这一方面很有必要进一步探讨和发展。
