一种电能质量分析仪及其系统的制作方法

1.本实用新型涉及电能质量分析仪技术领域，具体涉及一种电能质量分析仪及其系统。


背景技术：

2.电能质量(powerquality)，从普遍意义上讲是指优质供电，包括电压质量、电流质量、供电质量和用电质量。现市面上的电能质量分析仪大多是采用管理后台 采集前端的模式，以进行设备电能质量的测量和数据管理，操作更方便；简单来说就是一种对电网运行质量进行检测及分析的专用便携式产品，可以提供电力运行中的谐波分析及功率品质分析，能够对电网运行进行长时间的数据采集监测，同时对上传的测量数据进行各种分析。但现有技术中的电能质量分析仪大多只支持有线数据通讯，通讯接口较少，且不支持无线通讯和远程无线升级，在一定程度上限制了用户对电能质量分析仪的使用。
3.有鉴于此，提出本技术。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种电能质量分析仪及其系统，能有效解决现有技术中的电能质量分析仪大多只支持有线数据通讯，通讯接口较少，且不支持无线通讯和远程无线升级，进而导致在一定程度上限制了用户对电能质量分析仪使用的问题。
5.本实用新型提供了一种电能质量分析仪,包括：主控制组件、数据采集组件、通讯接口组件、人机交互模块组件、以及无线通信组件；
6.其中，所述主控制组件的输入端与所述数据采集组件的输出端电气连接，所述主控制组件的输入端与所述通讯接口组件的输出端电气连接，所述主控制组件的数据端与所述人机交互模块组件的数据端、所述无线通信组件的数据端电气连接；
7.其中，所述数据采集组件配置为电网运行质量的模拟信号进行采集，并将所述模拟信号转换为数字信号；
8.其中，所述主控制组件配置为所述数字信号进行电能质量分析；
9.其中，所述通讯接口组件配置为连接多种不同类型的外部设备；
10.其中，所述无线通信组件配置为与外部的远程控制终端无线连接，进行数据交互。
11.优选地，所述主控制组件包括控制器、供电电源、存储组件、外部rtc模块、以及外部看门狗，其中，所述控制器的电源端与所述供电电源的输出端电气连接，所述控制器的数据端与所述存储组件的数据端电气连接，所述控制器的输入端与所述外部rtc模块的输出端、所述外部看门狗的输出端电气连接。
12.优选地，所述存储组件包括内存条、flash闪存模块、铁电存储模块、以及闪存卡，其中，所述内存条的数据端、所述flash闪存模块的数据端、所述铁电存储模块的数据端、所述闪存卡的数据端与所述控制器的数据端电气连接。
13.优选地，所述数据采集组件包括第一信号调整电路、第二信号调整电路、以及adc
采集芯片，其中，所述第一信号调整电路的输出端、所述第二信号调整电路的输出端与所述adc采集芯片的输入端电气连接，所述adc采集芯片的输出端与所述主控制组件的输入端电气连接。
14.优选地，所述通讯接口组件包括di/do模块、usb2.0集线器、usb2.0接口、串口驱动模块，其中，所述di/do模块的数据端、所述usb2.0集线器的数据端、所述串口驱动模块的数据端与所述主控制组件的数据端电气连接，所述usb2.0集线器通过所述usb2.0接口与外部usb设备连接。
15.优选地，所述人机交互模块组件包括lcd液晶屏显示模块、以及按键模块，其中，所述lcd液晶屏显示模块的输入端与所述主控制组件的输出端电气连接，所述按键模块的输出端与所述主控制组件的输入端电气连接。
16.优选地，所述无线通信组件包括以太网通信模块、以及wifi/4g通讯模块，其中，所述以太网通信模块的数据端、所述wifi/4g通讯模块的数据端与所述主控制组件的数据端电气连接；
17.其中，所述以太网通信模块配置为与外部的远程控制终端连接，进行以太网通信；
18.其中，所述wifi/4g通讯模块配置为与外部的远程控制终端无线连接，进行数据交互。
19.优选地，还包括第一信号隔离模块、第二信号隔离模块、以及第三信号隔离模块，其中，所述第一信号隔离模块与所述di/do模块电气连接，所述第二信号隔离模块与所述usb2.0接口电气连接，所述第三信号隔离模块与所述串口驱动模块电气连接；
20.其中，所述第一信号隔离模块、所述第二信号隔离模块、和所述第三信号隔离模块分别配置为隔离所述di/do模块、所述usb2.0集线器、所述串口驱动模块的信号。
21.优选地，还包括继电器输出驱动单元、以及led驱动指示单元，其中，所述继电器输出驱动单元的输入端、所述led驱动指示单元的输入端与所述主控制组件的输出端电气连接，所述继电器输出驱动单元的输出端用于与继电器电气连接，所述led驱动指示单元的输出端用于与led指示灯电气连接。
22.本实用新型还提供了一种电能质量分析仪系统，包括远程控制终端以及如上任意一项所述的一种电能质量分析仪，其中，所述无线通信组件与所述远程控制终端无线连接，进行数据交互。
23.综上所述，本实施例提供的一种电能质量分析仪及其系统，所述主控制组件通过对所述数据采集组件采集并转换后到的电网运行质量的信号进行质量分析，其中，所述无线通信组件与远程控制终端进行无线连接，进行数据交互，以支持固件的无线远程更新以及数据的无线传输设计。从而解决现有技术中的电能质量分析仪大多只支持有线数据通讯，通讯接口较少，且不支持无线通讯和远程无线升级，进而导致在一定程度上限制了用户对电能质量分析仪使用的问题。
附图说明
24.图1是本实用新型实施例提供的一种电能质量分析仪的结构示意图。
具体实施方式
25.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
26.以下结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。
27.请参阅图1，本实用新型第一实施例提供了一种电能质量分析仪,包括：主控制组件、数据采集组件、通讯接口组件、人机交互模块组件、以及无线通信组件；
28.其中，所述主控制组件的输入端与所述数据采集组件的输出端电气连接，所述主控制组件的输入端与所述通讯接口组件的输出端电气连接，所述主控制组件的数据端与所述人机交互模块组件的数据端、所述无线通信组件的数据端电气连接；
29.其中，所述数据采集组件配置为电网运行质量的模拟信号进行采集，并将所述模拟信号转换为数字信号；
30.其中，所述主控制组件配置为所述数字信号进行电能质量分析；
31.其中，所述通讯接口组件配置为连接多种不同类型的外部设备；
32.其中，所述无线通信组件配置为与外部的远程控制终端无线连接，进行数据交互。
33.现有技术中的电能质量分析仪大多只支持有线数据通讯，通讯接口较少，且不支持无线通讯和远程无线升级，进而导致在一定程度上限制了用户对电能质量分析仪使用的问题。
34.具体地，在本实施例中，所述主控制组件通过对所述数据采集组件采集并转换后到的电网运行质量的信号进行质量分析，其中，所述无线通信组件与远程控制终端进行无线连接，进行数据交互，以支持所述电能质量分析仪的固件的无线远程更新以及数据的无线传输设计；且由于所述通讯接口组件具有多种接口，使得所述电能质量分析仪具有强大的数字通信兼容能力。
35.在本实用新型一个可能的实施例中，所述主控制组件包括控制器1、供电电源9、存储组件、外部rtc模块14、以及外部看门狗15，其中，所述控制器1的电源端与所述供电电源9的输出端电气连接，所述控制器1的数据端与所述存储组件的数据端电气连接，所述控制器1的输入端与所述外部rtc模块14的输出端、所述外部看门狗15的输出端电气连接。
36.具体地，在本实施例中，所述控制器1可以为cpu使用tiomap-l138的双核异构控制器，其中，所述电能质量分析仪控制外部adc芯片采集电压、电流模拟量采样值，测量功能、电能统计功能、需量统计功能、越限监测功能、电能质量监测功能、复费率功能、pq记录功能、波形记录功能、开关量输入功能、开出量功能都是在所述控制器1的dsp核处理的；而后台服务、升级功能、gateway功能、实时波形、统计定时记录功能、对时功能、装置上电断电情况、历史电能、通讯功能、ftp功能、存储功能、极值记录功能、lcd菜单和显示是在所述控制器1的arm核处理的。所述供电电源9包括ac转dc5v,dc5v转3.3v和12v以及供cpu的电源pmic
部分提供3.3v、1.8v、1.3v、1.2v的直流电源，以保证所述电能质量分析仪的正常运行。所述外部rtc模块14采用了rx8025高精度时钟芯片，为系统提供高精度时间和秒脉冲信号；所述外部看门狗15采用了外部看门狗芯片，实时监测系统运行情况，如果系统异常死机外部看门狗复位系统，保障设备正常运行。所述存储组件用于存储各事件记录，例如将soe记录、pq记录等数据，存储到sd卡上。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的主控制组件，这里不做具体限定，但这些方案均在本实用新型的保护范围内。
37.在本实用新型一个可能的实施例中，所述存储组件包括内存条10、flash闪存模块11、铁电存储模块12、以及闪存卡13，其中，所述内存条10的数据端、所述flash闪存模块11的数据端、所述铁电存储模块12的数据端、所述闪存卡13的数据端与所述控制器1的数据端电气连接。
38.具体地，在本实施例中，所述内存条10可以为ddr2外部ram内容部分即为cpu挂载ram,以提供应用程序和系统在ram上运行；所述flash闪存模块11可以为nand flash，系统内核和文件系统存储在上面，其中，nand-flash内存是flash内存的一种，其内部采用非线性宏单元模式，为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案；所述铁电存储模块12主要是用于存储些需要频繁存储的数据如实时电能、复费率电能等；所述闪存卡13可以为micro sd卡，所述闪存卡13可以用作内核和文件系统升级用，也用作存储波形记录、comtrade故障录波、soe记录、pq记录等文件，其中，micro sd卡(原名：trans-flash card(tf卡))是一种极细小的闪存卡，它主要应用于手机，且是功能机必搭存储卡，又因其拥有体积极小的优点，随着不断提升的容量，它慢慢开始在gps设备、便携式音乐播放器和一些闪存盘中使用。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的存储组件，这里不做具体限定，但这些方案均在本实用新型的保护范围内。
39.在本实用新型一个可能的实施例中，所述数据采集组件包括第一信号调整电路2、第二信号调整电路3、以及adc采集芯片4，其中，所述第一信号调整电路2的输出端、所述第二信号调整电路3的输出端与所述adc采集芯片4的输入端电气连接，所述adc采集芯片4的输出端与所述主控制组件的输入端电气连接。
40.具体地，在本实施例中，所述第一信号调整电路2为所述adc采集芯片4的adc模拟采样前端5路电压u1、u2、u3、u4、un的信号调理电路；所述第二信号调整电路3为所述adc采集芯片4的adc模拟采样前端4路电流i1、i2、i3、i4的信号调理电路；其中，信号调理电路，是一种能够把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号的电路。所述adc采集芯片4可以为型号为ad7606的16位adc芯片，其能够对前端九路信号进行采集，即采集三相电压、三相电流时域各瞬时值，计算电压、电流、功率、功率因数等电网的参数。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的数据采集组件，这里不做具体限定，但这些方案均在本实用新型的保护范围内。
41.在本实用新型一个可能的实施例中，所述通讯接口组件包括di/do模块6、usb2.0集线器17、usb2.0接口20、串口驱动模块22，其中，所述di/do模块6的数据端、所述usb2.0集线器17的数据端、所述串口驱动模块22的数据端与所述主控制组件的数据端电气连接，所述usb2.0集线器17通过所述usb2.0接口20与外部usb设备连接。
42.具体地，在本实施例中，所述di/do模块6主要负责外部开入量的信号的接收和设备开出量的输出，其中，di为开入量，do为开出量。所述usb2.0集线器17分出多个usb通信接
口，一个用于与wifi/4g模块通讯，另外一个引出设备用于用户拷贝、存储数据、升级等；所述usb2.0接口20是设备外引出的一个usb2.0口。所述串口驱动模块22是rs232串口和rs485串口总线的驱动部分，其主要是为所述电能质量分析仪提供rs232或rs485的通讯功能。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的通讯接口组件，这里不做具体限定，但这些方案均在本实用新型的保护范围内。
43.在本实施例中，装置的每路开关量输入可以根据实际应用需要设置选择实现以下三种功能：(1)普通开关量用于检测外部无源接点的状态或外部有源接点的状态。通过液晶显示或通信可以观测到开关量输入的实时状态，开关量变位事件记入soe，时间分辨率1ms。(2)脉冲计数用于接收电能表或其他装置发出的脉冲并计数。当di状态由开到合变化时，计数器加1，此时不产生soe。每个脉冲计数器可以设置定值及清零。(3)pps秒脉冲用于pps秒脉冲对时。
44.在本实用新型一个可能的实施例中，所述人机交互模块组件包括lcd液晶屏显示模块23、以及按键模块24，其中，所述lcd液晶屏显示模块23的输入端与所述主控制组件的输出端电气连接，所述按键模块24的输出端与所述主控制组件的输入端电气连接。
45.具体地，在本实施例中，所述lcd液晶屏显示模块23为用户提供配置所述电能质量分析仪、参数显示、菜单显示等功能；所述按键模块24是用户按键操作单元，是用户与所述电能质量分析仪交互的硬件部分。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的人机交互模块组件，这里不做具体限定，但这些方案均在本实用新型的保护范围内。
46.在本实用新型一个可能的实施例中，所述无线通信组件包括以太网通信模块16、以及wifi/4g通讯模块18，其中，所述以太网通信模块16的数据端、所述wifi/4g通讯模块18的数据端与所述主控制组件的数据端电气连接；
47.其中，所述以太网通信模块16配置为与外部的远程控制终端连接，进行以太网通信；
48.其中，所述wifi/4g通讯模块18配置为与外部的远程控制终端无线连接，进行数据交互。
49.具体地，在本实施例中，所述以太网通信模块16用于为所述电能质量分析仪提供以太网通信功能，其中，以太网是一种基带局域网技术，以太网通信是一种使用同轴电缆作为网络媒体，采用载波多路访问和冲突检测机制的通信方式，数据传输速率达到1gbit/s，可满足非持续性网络数据传输的需要。所述wifi/4g通讯模块18用于为所述电能质量分析仪提供以wifi或者4g通讯功能，即负责无线无线数据收发。需要说明的是，在其他实施例中，还可以采用其他类型的无线通信组件，这里不做具体限定，但这些方案均在本实用新型的保护范围内。
50.在本实用新型一个可能的实施例中，还包括第一信号隔离模块5、第二信号隔离模块19、以及第三信号隔离模块21，其中，所述第一信号隔离模块5与所述di/do模块6电气连接，所述第二信号隔离模块19与所述usb2.0接口20电气连接，所述第三信号隔离模块21与所述串口驱动模块22电气连接；
51.其中，所述第一信号隔离模块5、所述第二信号隔离模块19、和所述第三信号隔离模块21分别配置为隔离所述di/do模块6、所述usb2.0集线器20、所述串口驱动模块21的信号。
52.具体地，在本实施例中，所述第一信号隔离模块5、所述第二信号隔离模块19、和所述第三信号隔离模块21用于分别对di\do信号，rs232和rs485，usb2.0信号进行隔离，防止外部干扰影响设备运行。
53.在本实用新型一个可能的实施例中，还包括继电器输出驱动单元7、以及led驱动指示单元8，其中，所述继电器输出驱动单元7的输入端、所述led驱动指示单元8的输入端与所述主控制组件的输出端电气连接，所述继电器输出驱动单元7的输出端用于与继电器电气连接，所述led驱动指示单元8的输出端用于与led指示灯电气连接。
54.具体地，在本实施例中，所述di/do模块6的ro功能是指继电器提供两种控制模式，远程控制和本地控制；选择为本地控制时，继电器响应越限、暂态、瞬态、电压快速变动；设置为远程控制时，响应上位机闭合/断开命令。选择为远程控制时，可设置继电器复归时间，设置范围为0～60秒，若复归时间设置为0，则不复归。定值越限动作可触发继电器动作，当越限返回时，继电器返回。暂升暂降中断/瞬态扰动/电压快速变动触发继电器动作，触发事件结束，则继电器返回。所述di/do模块6的do功能是指配置有2个do，do的功能可以通过do输出模式参数进行配置，do的功能分为两种：出口功能，即ro的所有功能，但此时ro和do的分断能力不同，一般需要外接中间继电器；电能脉冲输出功能，即为二次侧全波电能脉冲。
55.本实用新型第二实施例提供了一种电能质量分析仪系统，包括远程控制终端以及如上任意一项所述的一种电能质量分析仪，其中，所述无线通信组件与所述远程控制终端无线连接，进行数据交互。
56.综上，所述电能质量分析仪具有强大的数字通信兼容能力，具有多种接口，例如：rs232、rs485、lora、433,以太网、wifi；且支持2g以及4g的无线传输，实时性好，传输数据量大，同时还支持lora、433、wifi短距离低成本无线通讯，具有多个可靠，快速数据上传通道；所述电能质量分析仪除了支持常规的modbus协议外，同时还支持http协议、101协议、61850协议、dl645协议，支持固件无线远程更新。从而解决现有技术中的电能质量分析仪大多只支持有线数据通讯，通讯接口较少，且不支持无线通讯和远程无线升级，进而导致在一定程度上限制了用户对电能质量分析仪使用的问题。
57.以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。