本實(shí)用新型涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置。

背景技術(shù)：

隨著大量電力電子工業(yè)負(fù)載的應(yīng)用，使得電網(wǎng)負(fù)荷逐漸呈現(xiàn)隨時間動態(tài)波動，甚至沖擊性的特點(diǎn)，如煉鋼廠的電弧爐、軋鋼機(jī)、港口的塔吊、城市輕軌及電動汽車充電站等，都為典型的沖擊性負(fù)載。其特征為電流隨負(fù)載的啟動與停止，呈現(xiàn)周期性的劇烈波動，其幅值大小可在秒級時間內(nèi)出現(xiàn)大幅變動，同時造成電壓也出現(xiàn)波動。由于傳統(tǒng)的電測量儀表，都是針對穩(wěn)態(tài)負(fù)載設(shè)計，其采用矩形窗方式，來計算電壓、電流有效值，以及有功功率等重要參數(shù)。

但這些儀表應(yīng)用于沖擊性負(fù)載時，由于負(fù)載電流在短時間內(nèi)出現(xiàn)快速的變化，因此變化期間的波形，富含豐富的頻譜信息，若采用矩形窗來截斷，進(jìn)行電壓、電流及功率計算，將會引入非同步噪聲，造成結(jié)果出現(xiàn)異常波動。從而無法正確檢測沖擊性負(fù)載的電力參數(shù)，影響電網(wǎng)正常運(yùn)行。

目前專門針對沖擊性負(fù)載電參數(shù)測量的方法有單周期矩形窗快速測量方法，其通過一片高速AD芯片，采用單周期電能快速算法，確保波動負(fù)荷下電能計量準(zhǔn)確度,這種方法還是采用矩形窗截斷，只是用很短的矩形窗，同時提高采樣速率來解決沖擊負(fù)載電流波動造成的誤差影響。這種方法可以用于全波電壓、電流及功率計算，但無法準(zhǔn)確分析短時間波動電流的頻譜信息，從而導(dǎo)致了無法準(zhǔn)確計算基波或諧波頻段上的電壓、電流及有功功率數(shù)值的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置，解決了目前專門針對沖擊性負(fù)載電參數(shù)測量的方法有單周期矩形窗快速測量方法，采用單周期電能快速算法，導(dǎo)致的無法準(zhǔn)確計算基波或諧波頻段上的電壓、電流及有功功率數(shù)值的技術(shù)問題。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置，包括：

電壓取樣電路、零磁通電流互感器、數(shù)字信號處理芯片、主CPU單元和顯示單元，所述電壓取樣電路、所述零磁通電流互感器和所述數(shù)字信號處理芯片電性連接；

所述數(shù)字信號處理芯片和所述主CPU單元通過SPI總線連接；

所述數(shù)字信號處理芯片中預(yù)置有ESPRIT算法，用于接收所述電壓取樣電路、所述零磁通電流互感器電流\電壓信號，進(jìn)行所述ESPRIT算法的沖擊負(fù)荷計量；

所述主CPU單元和所述顯示單元電性連接，所述主CPU單元，用于將所述數(shù)字信號處理芯片中的所述沖擊負(fù)荷計量結(jié)果發(fā)送至所述顯示單元顯示。

優(yōu)選地，基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置還包括：

電壓通道AD采樣芯片，通過所述SPI總線連接在所述電壓取樣電路和所述數(shù)字信號處理芯片之間。

優(yōu)選地，基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置還包括：

電流通道AD采樣芯片，通過所述SPI總線連接在所述零磁通電流互感器和所述數(shù)字信號處理芯片之間。

優(yōu)選地，基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置還包括：

485通信單元，與所述主CPU單元電性連接。

優(yōu)選地，基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置還包括：

FLASH存儲器，通過SPI總線與所述主CPU單元電性連接。

優(yōu)選地，基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置還包括：

時鐘單元，與所述主CPU單元電性連接。

優(yōu)選地，基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置還包括：

EEPROM存儲芯片，通過I2C總線與所述主CPU單元電性連接。

優(yōu)選地，基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置還包括：

供電單元，與所述主CPU單元電性連接。

優(yōu)選地，顯示單元具體包括：

液晶顯示屏和機(jī)械功能按鍵，所述機(jī)械功能按鍵用于進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及輪顯操作。

優(yōu)選地，所述數(shù)字信號處理芯片為DSP芯片。

從以上技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置，包括：電壓取樣電路、零磁通電流互感器、數(shù)字信號處理芯片、主CPU單元和顯示單元，電壓取樣電路、零磁通電流互感器和數(shù)字信號處理芯片電性連接；數(shù)字信號處理芯片和主CPU單元通過SPI總線連接；數(shù)字信號處理芯片中預(yù)置有ESPRIT算法，用于接收電壓取樣電路、零磁通電流互感器電流\電壓信號，進(jìn)行ESPRIT算法的沖擊負(fù)荷計量；主CPU單元和顯示單元電性連接，主CPU單元，用于將數(shù)字信號處理芯片中的沖擊負(fù)荷計量結(jié)果發(fā)送至顯示單元顯示。本實(shí)施例中，通過電壓取樣電路、零磁通電流互感器、數(shù)字信號處理芯片、主CPU單元和顯示單元的連接關(guān)系，以及預(yù)置有ESPRIT算法的數(shù)字信號處理芯片將沖擊負(fù)荷計量結(jié)果發(fā)送至主CPU單元，并由主CPU單元發(fā)送至顯示單元顯示，解決了目前專門針對沖擊性負(fù)載電參數(shù)測量的方法有單周期矩形窗快速測量方法，采用單周期電能快速算法，導(dǎo)致的無法準(zhǔn)確計算基波或諧波頻段上的電壓、電流及有功功率數(shù)值的技術(shù)問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為顯示單元結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置，解決了目前專門針對沖擊性負(fù)載電參數(shù)測量的方法有單周期矩形窗快速測量方法，采用單周期電能快速算法，導(dǎo)致的無法準(zhǔn)確計算基波或諧波頻段上的電壓、電流及有功功率數(shù)值的技術(shù)問題。

為使得本實(shí)用新型的實(shí)用新型目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而非全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

請參閱圖1和圖2，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置一個實(shí)施例包括：

電壓取樣電路5、零磁通電流互感器6、數(shù)字信號處理芯片2、主CPU單元1和顯示單元8，電壓取樣電路5、零磁通電流互感器6和數(shù)字信號處理芯片2電性連接；

數(shù)字信號處理芯片2和主CPU單元1通過SPI總線連接；

數(shù)字信號處理芯片2中預(yù)置有ESPRIT算法，用于接收電壓取樣電路5、零磁通電流互感器6電流\電壓信號，進(jìn)行ESPRIT算法的沖擊負(fù)荷計量；

主CPU單元1和顯示單元8電性連接，主CPU單元1，用于將數(shù)字信號處理芯片2中的沖擊負(fù)荷計量結(jié)果發(fā)送至顯示單元8顯示。

進(jìn)一步地，基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置還包括：

電壓通道AD采樣芯片3，通過SPI總線連接在電壓取樣電路5和數(shù)字信號處理芯片2之間。

進(jìn)一步地，基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置還包括：

電流通道AD采樣芯片4，通過SPI總線連接在零磁通電流互感器6和數(shù)字信號處理芯片2之間。

進(jìn)一步地，基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置還包括：

485通信單元7，與主CPU單元1電性連接。

進(jìn)一步地，基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置還包括：

FLASH存儲器9，通過SPI總線與主CPU單元1電性連接。

進(jìn)一步地，基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置還包括：

時鐘單元11，與主CPU單元1電性連接。

進(jìn)一步地，基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置還包括：

EEPROM存儲芯片10，通過I2C總線與主CPU單元1電性連接。

進(jìn)一步地，基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置還包括：

供電單元12，與主CPU單元1電性連接。

進(jìn)一步地，顯示單元8具體包括：

液晶顯示屏8-1和機(jī)械功能按鍵8-2，機(jī)械功能按鍵8-2用于進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及輪顯操作。

進(jìn)一步地，數(shù)字信號處理芯片2為DSP芯片。

下面以一具體應(yīng)用場景進(jìn)行描述，應(yīng)用例包括：

主CPU單元1包含一塊200MHZ ARM處理器。主CPU單元1通過SPI總線連接DSP高速32位數(shù)字信號處理芯片2，所述數(shù)字信號處理芯片2連接有電壓通道AD采樣芯片3。所述電壓通道AD采樣芯片3連接有電壓取樣電路5。所述數(shù)字信號處理芯片2還直接連接有電流通道AD采樣芯片4，該電流通道AD采樣芯片4連接有零磁通電流互感器6。

所述主CPU單元1還通過I2C總線連接有顯示單元8。如圖2所示，所述顯示單元8包括分別與所述主CPU單元1連接的點(diǎn)陣液晶屏8-1和兩個機(jī)械功能按鍵8-2。

所述主CPU單元1還通過串行總線連接兩路RS485接口7。所述主CPU單元1還通過I2C總線連接有用于重要參數(shù)保存的兩片EEPROM芯片10，以及通過SPI總線連接有儲存非實(shí)時參數(shù)的外部FLASH單元9。

本實(shí)施例主要通過電壓取樣電路5進(jìn)行電壓取樣，所述電壓取樣電路5包含高精度電壓分壓電阻，用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為AD采樣芯片支持的穩(wěn)定小電壓信號，電壓通道AD采樣芯片3將小信號電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，通過SPI總線傳輸?shù)綌?shù)字信號處理芯片2中。零磁通電流互感器6可實(shí)現(xiàn)寬范圍內(nèi)高線性度的電流取樣，并通過配套的高精密電阻轉(zhuǎn)換為弱電壓信號，接入電流通道AD采樣芯片4轉(zhuǎn)換為電流的數(shù)字交采值，通過SPI總線傳輸?shù)綌?shù)字信號處理芯片2中。

ESPRIT算法主要運(yùn)行在數(shù)字信號處理芯片2中。數(shù)字信號處理芯片2運(yùn)行的主程序，通過中斷函數(shù)調(diào)取AD采樣芯片4中的電壓與電流數(shù)字交采值，完成N個采樣值收集后，計算得到?jīng)_擊負(fù)載下的基波電壓、電流，基波有功功率及全波有功功率等，從而完成電量的累計工作，并進(jìn)行電能脈沖的發(fā)送。

主CPU單元1通過SPI總線接收DSP處理器中電量計算結(jié)果，并進(jìn)行電能量數(shù)據(jù)處理、存儲、顯示以及規(guī)約通信操作。主CPU單元1通過顯示單元8將電能計量結(jié)果進(jìn)行顯示，并通過監(jiān)視顯示單元8中的機(jī)械功能按鍵8-2進(jìn)行參數(shù)設(shè)置及輪顯等工作。主CPU單元1通過兩路RS485接口7完成電量數(shù)據(jù)的上傳工作。主CPU單元1負(fù)責(zé)在掉電時接管整個表計工作，通過監(jiān)視顯示單元8中的功能鍵8-2完成停電喚醒，停電抄表等一系列工作。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種基于ESPRITE的沖擊負(fù)荷計量裝置，包括：電壓取樣電路5、零磁通電流互感器6、數(shù)字信號處理芯片2、主CPU單元1和顯示單元8，電壓取樣電路5、零磁通電流互感器6和數(shù)字信號處理芯片2電性連接；數(shù)字信號處理芯片2和主CPU單元1通過SPI總線連接；數(shù)字信號處理芯片2中預(yù)置有ESPRIT算法，用于接收電壓取樣電路5、零磁通電流互感器6電流\電壓信號，進(jìn)行ESPRIT算法的沖擊負(fù)荷計量；主CPU單元1和顯示單元8電性連接，主CPU單元1，用于將數(shù)字信號處理芯片2中的沖擊負(fù)荷計量結(jié)果發(fā)送至顯示單元8顯示。本實(shí)施例中，通過電壓取樣電路5、零磁通電流互感器6、數(shù)字信號處理芯片2、主CPU單元1和顯示單元8的連接關(guān)系，以及預(yù)置有ESPRIT算法的數(shù)字信號處理芯片2將沖擊負(fù)荷計量結(jié)果發(fā)送至主CPU單元1，并由主CPU單元1發(fā)送至顯示單元8顯示，解決了目前專門針對沖擊性負(fù)載電參數(shù)測量的方法有單周期矩形窗快速測量方法，采用單周期電能快速算法，導(dǎo)致的無法準(zhǔn)確計算基波或諧波頻段上的電壓、電流及有功功率數(shù)值的技術(shù)問題。

以上所述，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。