一种基于希尔伯特-黄变换的双cpu电能质量检测仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力系统领域，更具体地说，是一种基于希尔伯特-黄变换的双CPU电能质量检测仪。
【背景技术】
[0002]近年来，依托电力电子技术发展起来的各种大功率的非线性负荷日益增多，由于它们非线形、冲击性和不平衡的用电特性，致使电能质量降低。电能质量低劣对电网的安全运行十分不利，会严重干扰电网的经济稳定运行，影响通讯及电力电子设备的安全运行，对电能质量要求较高的电力用户造成严重的经济损失。故对电网谐波进行监测与分析从而提高和改善电能质量具有重要的现实意义。
[0003]中国专利CN:201196659Y提出了一种便携式电力品质监测仪，该装置采用FPGA+DSP的并行结构实现多通道的同步采样与数据分析，采用FFT、连续小波变换和自适应滤波相结合的方法来实现稳态和暂态电力品质参数的分析计算。专利CN203949996U设计了一种无线电能质量分析仪，采用电源组件实现了不用外接电源也能工作，采用通信组件解决了在有线连接使得移动受到限制的问题。专利CN203909191U提出了一种基于ARM和FPGA的电能质量分析系统，采用FPGA模块实现基于硬件的并行运算和更快的计算速度，采用ARM模块实现更好地通信能力等。上述申请案虽均能完成电能质量的检测与分析，但上述申请案的结构设计复杂，分析实时性差，测量精度不高，仍需进一步改进。
[0004]HHT (希尔伯特一黄变换)算法是一种由经验模态分解法(EMD)和Hilbert变换(HT)组成的算法，运用于电能质量分析中，将采集到电能质量扰动信号应用HHT算法，就可以得到相对应时刻的瞬时频率和幅值，同时可以精确地检测出谐波的幅值和频率。将HHT算法运用于电能质量分析能够减少运算量以及提高数据的实时性。
【发明内容】
[0005]针对目前电能质量监测仪分析实时性差、测量精度不高、结构设计复杂、制造成本高等问题，本实用新型提出了一种基于希尔伯特-黄变换的双CPU电能质量检测仪，该检测仪采用双CPU模块作为信号处理平台，通过检测数据采集单元传递过来的数字信号来寻找电能质量扰动信号。
[0006]本实用新型所采用的技术方案是:
[0007]—种基于希尔伯特-黄变换的双CPU电能质量检测仪，包括数据采集模块、双CPU模块、终端处理模块，数据采集模块与电网连接，数据采集模块用于将电网的电压和电流转换成数字信号，传递给双CPU模块，双CPU模块通过USB端口与终端处理模块连接。所述双CPU模块包括DSP处理单元、双口 RAM单元、ARM单元，所述DSP处理单元数据处理部分编入HHT算法，DSP处理单元的输入端与数据采集模块相连，DSP处理单元的输出端与双口 RAM单元相连，ARM单元的输入端与双口 RAM模块相连，ARM单元的输出端连接终端处理模块。
[0008]所述数据采集模块包括电压互感器、电流互感器、信号调理单元、模数转换单元，所述电压互感器、电流互感器都与电网相连，电压互感器的输出端、电流互感器的输出端均与信号调理单元相连，信号调理单元的输出端与模数转换单元相连。
[0009]电压互感器和电流互感器将测得的电压和电流转换成弱电模拟信号，经信号调理单元传输到模数转换单元，模数转换单元将接收的模拟信号转换为数字信号。
[0010]所述数据采集模块、双CPU模块均处于金属屏蔽装置内，有利于降低电磁干扰，减小测量误差。
[0011]所述终端处理模块为工控机或者笔记本电脑，用于对接收的信号进行数据分析和参数显示等。
[0012]所述电压互感器采用SPT204A型电压互感器。
[0013]所述电流互感器采用SCT240B型电流互感器。
[0014]所述模数转换单元采用高精度的ADS8365芯片。
[0015]本实用新型一种基于希尔伯特-黄变换的双CPU电能质量检测仪，技术效果如下:
[0016]I)、其双CPU模块由DSP处理单元+双口 RAM单元+ARM单元构成，其中DSP单元专门负责做数据的分析与处理；双口 RAM单元以共享存储器的方式实现DSP和ARM单元的数据交换和协同工作，并在软件和硬件与之配合。ARM单元主要负责人机交互任务以及数据存储。采用这种设计能够简化硬件系统，提高系统的实时性和可靠性，并且在数据传送过程中能够减少各种资源的耗费。
[0017]2),DSP处理单元数据处理部分编入希尔伯特-黄变换(HHT)，为现有的成熟算法，其谐波监测通过希尔伯特-黄变换(HHT)方法，可以确定电能质量扰动信号的时间、频率和幅值信息，同样也可以精确的检测出谐波的幅值和频率。采用这种方法能够减少运算量，提高数据的实时性，也能克服快速傅立叶变换(FFT)方法的缺点。
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型的结构示意图。
[0019]图2是本实用新型的硬件结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]一种基于希尔伯特-黄变换的双CPU电能质量检测仪，包括数据采集模块、双CPU模块、终端处理模块，数据采集模块与电网连接，数据采集模块用于将电网的电压和电流转换成数字信号，传递给双CPU模块，双CPU模块通过USB端口与终端处理模块连接。所述双CPU模块包括DSP处理单元、双口 RAM单元、ARM单元，所述DSP处理单元数据处理部分编入HHT算法，DSP处理单元的输入端与数据采集模块相连，DSP处理单元的输出端与双口 RAM单元相连，ARM单元的输入端与双口 RAM单元相连，ARM单元的输出端连接终端处理模块。DSP处理单元对模数转换过来的数字信号进行分析和处理，双口 RAM单元负责DSP处理单元和ARM单元的数据交换，并且配合DSP处理单元和ARM单元，ARM单元负责人机交换和数据存储。终端处理模块对ARM单元传递的信号进行数据分析、参数显示和数据保存等。
[0021]所述数据采集模块包括电压互感器、电流互感器、信号调理单元、模数转换单元，所述电压互感器、电流互感器都与电网相连，电压互感器的输出端、电流互感器的输出端均与信号调理单元相连，信号调理单元的输出端与模数转换单元相连。
[0022]电压互感器和电流互感器将测得的电压和电流转换成弱电模拟信号，经信号调理单元传输到模数转换单元，模数转换单元将接收的模拟信号转换为数字信号。
[0023]所述数据采集模块、双CPU模块均处于金属屏蔽装置内，有利于降低电磁干扰，减小测量误差。
[0024]所述终端处理模块为工控机或者笔记本电脑，用于对接收的信号进行数据分析和参数显示等。
[0025]所述电压互感器采用SPT204A型电压互感器。
[0026]所述电流互感器采用SCT240B型电流互感器。
[0027]所述模数转换单元采用高精度的ADS8365芯片。
[0028]所述DSP处理单元数据处理部分编入HHT算法，希尔伯特-黄变换(HHT)算法，是对电能质量扰动信号:电压凹陷、电压凸起、电压间断、暂态震荡、暂态脉冲等；以及谐波:整数次谐波和间谐波进行检测及时频分析的方法。
[0029]本实用新型一种基于希尔伯特-黄变换的双CPU电能质量检测仪，采用双CPU模块作为信号处理平台，通过检测数据数据采集模块传递过来的数字信号，来寻找电能质量扰动信号。双CPU模块能够简化硬件系统，提高系统的实时性和可靠性。利用希尔伯特-黄变换(HHT)方法进行谐波检测，可以提高信号检测的准确度。
【主权项】
1.一种基于希尔伯特-黄变换的双CPU电能质量检测仪，包括数据采集模块、双CPU模块、终端处理模块，其特征在于， 数据采集模块与电网连接，数据采集模块用于将电网的电压和电流转换成数字信号，传递给双CPU模块，双CPU模块通过USB端口与终端处理模块连接； 所述双CPU模块包括DSP处理单元、双口 RAM单元、ARM单元，所述DSP处理单元数据处理部分编入HHT算法，DSP处理单元的输入端与数据采集模块相连，DSP处理单元的输出端与双口 RAM单元相连，ARM单元的输入端与双口 RAM模块相连，ARM单元的输出端连接终端处理模块。2.根据权利要求1所述一种基于希尔伯特-黄变换的双CPU电能质量检测仪，其特征在于， 所述数据采集模块包括电压互感器、电流互感器、信号调理单元、模数转换单元，所述电压互感器、电流互感器都与电网相连，电压互感器的输出端、电流互感器的输出端均与信号调理单元相连，信号调理单元的输出端与模数转换单元相连； 电压互感器和电流互感器将测得的电压和电流转换成弱电模拟信号，经信号调理单元传输到模数转换单元，模数转换单元将接收的模拟信号转换为数字信号。3.根据权利要求1或2所述一种基于希尔伯特-黄变换的双CPU电能质量检测仪，其特征在于，所述数据采集模块、双CPU模块均处于金属屏蔽装置内。4.根据权利要求1或2所述一种基于希尔伯特-黄变换的双CPU电能质量检测仪，其特征在于，所述终端处理模块为工控机或者笔记本电脑。5.根据权利要求2所述一种基于希尔伯特-黄变换的双CPU电能质量检测仪，其特征在于，所述电压互感器采用SPT204A型电压互感器。6.根据权利要求2所述一种基于希尔伯特-黄变换的双CPU电能质量检测仪，其特征在于，所述电流互感器采用SCT240B型电流互感器。7.根据权利要求2所述一种基于希尔伯特-黄变换的双CPU电能质量检测仪，其特征在于，所述模数转换单元采用高精度的ADS8365芯片。
【专利摘要】一种基于希尔伯特-黄变换的双CPU电能质量检测仪，包括数据采集模块、双CPU模块、终端处理模块，数据采集模块与电网连接，数据采集模块用于将电网的电压和电流转换成数字信号，传递给双CPU模块，双CPU模块通过USB端口与终端处理模块连接。所述双CPU模块包括DSP处理单元、双口RAM单元、ARM单元，所述DSP处理单元数据处理部分编入HHT算法，DSP处理单元的输入端与数据采集模块相连，DSP处理单元的输出端与双口RAM单元相连，ARM单元的输入端与双口RAM模块相连，ARM单元的输出端连接终端处理模块。本实用新型一种基于希尔伯特-黄变换的双CPU电能质量检测仪，该检测仪采用双CPU模块作为信号处理平台，通过检测数据采集单元传递过来的数字信号来寻找电能质量扰动信号。
【IPC分类】G01R31/00, G01R23/02
【公开号】CN204731345
【申请号】CN201520494390
【发明人】黄悦华, 镇凡迪, 李振华, 程江洲, 陈晨
【申请人】三峡大学
【公开日】2015年10月28日
【申请日】2015年7月10日