本發(fā)明涉及電能質量測試領域，具體是基于無線采樣的電能質量測試分析裝置。
背景技術：
自80年代以來，在國外市場陸續(xù)出現(xiàn)了一些用于電力系統(tǒng)的電能質量監(jiān)測儀和用于用戶端的電能質量分析儀。電能質量分析儀的傳統(tǒng)設計大多采用工業(yè)計算機配備數據采集卡來實現(xiàn)電能質量的數據采集和分析，主要針對穩(wěn)態(tài)指標進行監(jiān)測，系統(tǒng)的實時性難以保證，智能化和網絡化水平也不高。隨著數字信號處理技術的迅速發(fā)展和廣泛應用，采用數字化檢測電能質量已成為當今和未來電能質量檢測技術發(fā)展的一個新熱點。
目前使用的電能質量分析儀所需要的電壓、電流信號均通過測試線直接接入電能質量分析儀本體，這種連接方式可靠，信號衰減小，但被測試對象二次側需要與電能質量分析儀直接連接，不方便固定測試線，測試線固定不牢易造成二次電壓短路或二次電流開路，操作時安全風險比較大。再者每次測試時接、拆線都比較麻煩，同時需要用電源線盤從較遠處拉線給電能質量分析儀供電，遠距離拉線容易被人拔掉或絆斷，造成測試中斷、數據丟失，同時在農村有些臺變很難找到合適的電源給電能質量分析儀供電。遠距離拉線供電和測試回路接線多而復雜，整個測試過程監(jiān)督跨度困難大。
技術實現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了基于無線采樣的電能質量測試分析裝置，該裝置不需要遠距離拉線供電且測試回路接線簡單，具體技術方案如下：
基于無線采樣的電能質量測試分析裝置包括無線采樣單元和數字化電能質量分析單元；所述無線采樣單元連接電力系統(tǒng)二次側的電壓和電流，接收來自數字化電能質量分析單元的同步信號，同時將采集的數據通過無線發(fā)送至數字化電能質量分析單元；所述電能質量分析單元通過無線實現(xiàn)無線采樣單元的同步采集，同時接收來自無線采樣單元的帶時標的數據并進行分析和處理。
進一步，所述無線采樣單元包括電壓/電流互感器模塊、信號調理模塊、A/D采樣模塊、微處理器MCU模塊、WIFI模塊、電源模塊；所述電壓/電流互感器模塊連接于系統(tǒng)二次側電壓的電壓互感器變化成10V低電壓信號，連接于系統(tǒng)二次側電流的電流互感器變?yōu)?0V低電壓信號，這兩路信號均輸出至信號調理模塊；所述信號調理模塊將電壓/電流互感器模塊變換后的信號調理到A/D采樣模塊的A/D芯片允許的輸入范圍-2.5~+2.5V之內，同時對通過電壓（電流）互感器模塊變換后的信號進行濾波處理，將高次諧波濾除后并把信號輸出至A/D采樣模塊；所述A/D采樣模塊對來自信號調理模塊的輸出信號進行采樣；所述微處理器MCU模塊控制A/D采樣模塊采樣、讀取數據，并將采樣數據通過WIFI模塊無線發(fā)送至數字化電能質量分析單元；所述WIFI模塊接收來自數字化電能質量分析單元的同步信號，發(fā)送微處理器MCU模塊采集到的帶時標的電壓、電流數據；所述電源模塊從電壓互感器獲得電源，通過降壓變換為無線采樣單元提供所需的各種電壓等級電源，用于維持各芯片和處理器的工作。
進一步，所述數字化電能質量分析單元包括工作電源模塊、通信接口模塊、數據處理模塊、設置顯示模塊、數據存儲及實時時鐘模塊；所述工作電源模塊提供數字化電能質量分析單元所需的各種電壓等級電源，用于維持各芯片和數據處理模塊的工作；所述通信接口模塊提供無線WIFI、以太網的通信接口，無線WIFI接收無線采樣單元采集到的電壓、電流數據，以太網用于數字化電能質量分析單元與上位機PC之間連接；所述數據處理模塊將接收到的數據進行傅里葉分解計算得出電壓、電流值、各次諧波及總諧波畸變率、三相電壓不平衡、閃變值；所述設置顯示模塊用于進行參數設置、數據和指標顯示；所述數據存儲及實時時鐘模塊用于儲存統(tǒng)計、分析報告及數據、實時顯示時間并同步三相無線采樣單元的數據采樣。
進一步，所述無線采樣單元內含有磁鐵。
進一步，在電壓信號進入A/D采樣模塊之前接入一個接地電阻。
進一步，所述信號調理電路的誤差范圍為幅值0～0.1％，輸出信號大小為-2.5~+2.5V，二階有源低通濾波器截止頻率大于3kHz。
本發(fā)明提供的基于無線采樣的電能質量測試分析裝置解決了現(xiàn)有便攜式電能質量分析儀電壓、電流測試端子與分析儀之間的連線麻煩而引起觸電危險且需要遠距離拉線供電而存在安全隱患的問題。電壓互感器的電壓不僅被無線采樣單元進行采樣，而且為該單元提供主要的工作電源，解決裝置取電難的問題。無線采樣單元內含有磁鐵，可以很方便地固定在電氣屏柜內。電能質量分析單元通過無線實現(xiàn)了無線采樣單元間的同步采集，同時接收來自各無線采樣單元的帶時標的數據并進行分析和處理?？偠灾?，基于無線采樣的電能質量分析裝置不用直接通過測試線連接被測試電壓、電流信號就能實現(xiàn)電能質量測試分析。
附圖說明
圖1是基于無線采樣的電能質量測試分析裝置結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本發(fā)明的附圖，對本發(fā)明的技術方案進行清楚、完整地描述，所描述的實施例子僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例子?；诎l(fā)明中的實施例子，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例子，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
圖1為基于無線采樣的電能質量測試分析裝置結構示意圖，該裝置包括無線采樣單元和數字化電能質量分析單元。其中，無線采樣單元包括電壓（電流）互感器模塊、信號調理模塊、A/D采樣模塊、微處理器MCU模塊、WIFI模塊、電源模塊；數字化電能質量分析單元包括工作電源模塊、通信接口模塊、數據處理模塊、設置顯示模塊、數據存儲及實時時鐘模塊。所述基于無線采樣的電能質量測試分析裝置將電力系統(tǒng)的二次側電壓、電流信號接入電壓（電流）互感器模塊，經過信號調理模塊調理到A/D芯片允許的輸入范圍之內，送至A/D采樣模塊，在微處理器MCU接收來自數字化電能質量分析單元的同步信號，由微處理器MCU控制A/D芯片開始采集電壓、電流信號，微處理器MCU讀取采集到的帶時標的電壓、電流數據并發(fā)送至數字化電能質量分析單元。數字化電能質量分析單元將接收到的數據進行傅里葉分解計算得出電壓、電流值、各次諧波及總諧波畸變率、三相電壓不平衡、閃變值等電能質量指標。
優(yōu)選地，電壓（電流）互感器模塊中電壓變換器采用的是TR1102-2C型檢測用電壓輸出型電壓變換器，規(guī)格分別是Krl=100V／10V，電流變換器采用的是TR0102-2C型檢測用電壓輸出型電流變換器，規(guī)格分別是Kr2=5A／10V。
信號調理模塊設定對被測信號每周波采樣256點，即采樣頻率為12.8ksps。為了精確測出50次諧波，要將2.5kHz以上的成分濾除掉，確定信號調理電路的總體設計目標為：誤差范圍為幅值0～0.1％，輸出信號大小為-2.5~+2.5V，低通濾波截止頻率為大于3kHz。優(yōu)選地，采用了具有低噪聲滿電源幅度的TLC2272運算放大器對輸入信號進行調理，構成一個二階有源低通濾波器，濾除采樣信號中高于3KHz的高頻干擾信號，該方式同時擁有采樣和濾波兩個功能，原理簡單，易于實現(xiàn)，精度也較高，能有效的抑制高頻的干擾，較好地保持信號的純度。為防止有較大的電流流過信號調理模塊而造成電路中的芯片受損，在電壓信號進入A/D采樣模塊之前，接入一個接地電阻。
優(yōu)選地，A/D采樣模塊采用的是16位低功耗和成本的A/D轉換器AD7665，可對2路模擬信號的同步采樣或4路模擬信號的異步采樣。在本裝置中，1相無線采樣單元內有1路電壓和1路電流信號，采用AD7665可以滿足2路模擬信號的同步采樣。
優(yōu)選地，微處理器MCU模塊采用基于Cortex-M3的NXP公司LPC1343，具有高度集成和低功耗的優(yōu)點，USB接口可以很方便地將LPC1343與WIFI模塊進行接口。
優(yōu)選地，WIFI模塊采用低功耗的芯片RT5572設計，支持2T2R基帶和2.4GHz/5GHz雙頻段，最大傳輸速率300Mbps，符合IEEE 802.11a/b/g/n標準。
優(yōu)選地，無線采樣單元中的電源模塊采用寬電壓輸入AH7550芯片產生5.0V電壓和TPS79533芯片產生3.3V電壓。
優(yōu)選地，數字化電能質量分析單元中的工作電源模塊外部輸入電源為交流220V，經過整流、降壓變換，采用AE2596芯片產生5V，采用AS1117M3-3.3芯片產生3.3V及采用AS1117M3-1.8產生1.8V共三種電壓等級。
優(yōu)選地，通信接口模塊采用低功耗的以太網PHY芯片DM9161，兼容10M/100M，TI公司的RF收發(fā)器CC2520，實現(xiàn)以太網物理層，具有選擇性/共存性及優(yōu)異的鏈路預算功能特點，滿足各種應用中專有無線系統(tǒng)的要求，而且提供了廣泛的硬件支持，包括數據包處理、數據緩沖、突發(fā)傳輸、數據加密、數據認證、空閑通道評估、鏈接質量指示以及數據包計時信息等。
優(yōu)選地，數據處理模塊采用ATMEL公司高性能ARM9 處理器AT91SAM9260為核心，帶有以太網MAC、專用LCD接口、USB等豐富接口。
優(yōu)選地，設置顯示模塊采用7寸TFT LCD電容屏，分辨率800x480。
優(yōu)選地，數據存儲及實時時鐘模塊采用K9F2G08芯片用于外部256M的Nand FLASH，采用HY57V64162芯片用于外部64M SDRAM，采用PHILIPS公司生產的PCF8563芯片用于實時時鐘，內含I2C 總線接口功能的具有極低功耗的多功能時鐘/日歷芯片，具有多種報警功能，定時器功能，時鐘輸出功能以及中斷輸出功能，能完成各種復雜的定時服務甚至可為ARM9提供看門狗功能內部時鐘電路和內部振蕩電路、內部低電壓檢測電路，I2C 總線通訊方式不但使外圍電路及其簡潔而且也提高了芯片的可靠性，同時每次讀寫數據后內嵌的字地址寄存器會自動產生增量。