基于快速傳輸海量存儲的電能質(zhì)量監測系統

摘要 根據對傳統電能質(zhì)量采集裝置的分析和研究，文中提出了基于CAN總線(xiàn)的電能質(zhì)量監測及數據存儲系統的設計方案。該裝置主要針對數據的大量和可靠性傳輸，設計了一種基于CAN總線(xiàn)的快速數據傳輸平臺，有效地實(shí)現了基站與上位機系統之間的數據通信；同時(shí)利用U盤(pán)讀寫(xiě)模塊，使裝置外擴了大容量移動(dòng)硬盤(pán)，實(shí)現了數據的海量存儲。另外，給出了數據采集、鎖相倍頻、數據通信等模塊電路。測試表明，各項指標達到設計要求，方案有效可行。
關(guān)鍵詞 電能質(zhì)量；DSP；CAN總線(xiàn)；數據存儲

隨著(zhù)電力電子設備的應用領(lǐng)域越來(lái)越廣，導致用電負荷加大，其中一些沖擊性、非線(xiàn)性負荷使得電網(wǎng)中電壓波形畸變，電壓波動(dòng)、閃變和諧波含量增加等問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，電網(wǎng)受到嚴重污染；另外，隨著(zhù)精密和復雜電子設備的大量應用，對電網(wǎng)電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。因此如何提高電能質(zhì)量是電力企業(yè)面臨的一個(gè)重要課題，而對電能進(jìn)行實(shí)時(shí)監測是提高和改善電能質(zhì)量的一個(gè)重要組成部分。
目前已有的電能質(zhì)量監測設備基本實(shí)現了對數據的采集、傳輸以及分析處理功能，只是在各功能實(shí)現的方式上有所不同。文獻分別采用虛擬儀器技術(shù)、DSP+MCU雙CPU設計以及在LPC2478上移植μC／OS-Ⅱ操作系統技術(shù)來(lái)實(shí)現對電能質(zhì)量的監測，其中與外部的通信部分采用RS-232、紅外、RS-485等通信方式。
通信技術(shù)是研究與開(kāi)發(fā)電能質(zhì)量監測系統的關(guān)鍵技術(shù)之一，其通信性能也直接影響著(zhù)整個(gè)電能質(zhì)量監測系統的性能，這樣對數據的傳輸速率以及傳輸可靠性方面提出很高的要求。由于CAN總線(xiàn)在性能、可靠性等方面的突出優(yōu)勢以及可高速、長(cháng)距離傳輸等特點(diǎn)，使之特別適合現場(chǎng)監控設備的數據通信。因此，采用CAN總線(xiàn)來(lái)構建電能質(zhì)量監測系統的通信網(wǎng)絡(luò )，可有效地實(shí)現大量數據高速可靠地傳輸。同時(shí)，以往在線(xiàn)式電能質(zhì)量監測裝置的存儲容量較小，而本裝置利用U盤(pán)讀寫(xiě)模塊，使裝置外擴更大容量的移動(dòng)硬盤(pán)，實(shí)現了數據的海量存儲。針對以上需求，提出了一種基于CAN總線(xiàn)的電能質(zhì)量監測及數據存儲系統的設計方案，經(jīng)實(shí)驗測試證明了該方案的有效性。

1 系統工作原理
該系統采用雙DSP作為核心，將采集到的數據進(jìn)行A／D轉換后輸出給主DSP，主DSP分析處理后連同原始數據一同發(fā)送到CAN總線(xiàn)上，CAN-bus轉以太網(wǎng)模塊從總線(xiàn)上讀取數據上傳至上位機進(jìn)行分析處理，通過(guò)圖表顯示、統計、分析，實(shí)時(shí)顯示電能質(zhì)量的健康狀況。輔DSP從總線(xiàn)上讀取數據后進(jìn)行壓縮，通過(guò)U盤(pán)讀寫(xiě)模塊將數據存到大容量移動(dòng)硬盤(pán)里。系統工作原理，如圖1所示。

2 系統的硬件設計
2．1 CPU與A／D芯片的選取
根據系統工作需要，CPU既要有快速數據處理能力又要有豐富的外設控制功能，選取TI公司的TMS320F2812，這是一款用于控制的高性能、多功能、高性?xún)r(jià)比的32位定點(diǎn)DSP芯片，最高可在150 MHz主頻下工作。F2812片內集成眾多資源，本系統主要利用其快速處理和不同于其他CPU的增強型eCAN總線(xiàn)接口和事件管理器(EV)功能，選擇雙CPU主要是根據工作需要，主CPU完成數據采集、處理和發(fā)送，而輔CPU完成數據壓縮和存儲。A／D芯片選用TI公司的高性能A／D轉換芯片ADS8364。該芯片是一款高速、低能耗、6通道同步采樣，單+5 V供電的16位高速并行接口的高性能A／D轉換芯片，其不論在精度、速率還是采集方式上都符合本系統設計要求。
2．2 數據采集模塊
數據采集模塊主要完成系統對三相電壓、三相電流的實(shí)時(shí)而精確的數據采集，為以后各項指標的計算分析提供可靠的數據資源。
2．2．1 電壓、電流互感器
為盡可能使采樣到DSP的信號逼近于原始信號，還應選擇合適的電流、電壓變換器進(jìn)行測量和轉換，使信號調整為適合A／D轉換的要求。設計采用上海和華電子科技有限公司生產(chǎn)的電流型電壓互感器SPT204A和電流互感器SCT254FK。