(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210493210.3 (22)申请日 2022.05.07 (71)申请人 江苏科技大学 地址 212008 江苏省镇江市梦溪路2号 (72)发明人 戴晓强　楚浩清　朱志宇　王伟然　 智鹏飞　赵进　 (74)专利代理 机构 南京正联知识产权代理有限 公司 32243 专利代理师 李寰 (51)Int.Cl. G01R 31/40(2014.01) G01D 21/02(2006.01) G05B 19/042(2006.01) G06F 17/14(2006.01) (54)发明名称 岸电电源分布式高速同步数据采集装置及 数据处理方法 (57)摘要 本发明涉及电信号和非电信号的数据采集 以及故障诊断的技术领域， 具体地说， 是一种岸 电电源分布式高速同步数据采集装置及数据处 理方法， 采集装置主要包括岸电电源、 电流互感 器、 电压互感器、 信号调理模块、 DSP数据采集处 理芯片、 光电隔离模块、 电源电路模块、 STM32主 控芯片、 GPS同步模块、 外扩Flash、 4G模块、 WIFI 模块、 显示器以及声光报警模块； 采集装置基于 STM32单片机的微处理器系统进行控制和通信， 在GPS同步脉冲和授时矫正下实现对岸电电源的 高速同步采样， 实现高速和低速协同数据采集和 记录， 最后远端系统对其故障信号进行故障诊断 分析， 对故障进行定位分析， 以此来指导维修人 员进行准确的故障清除工作。 权利要求书3页 说明书6页 附图2页 CN 114966455 A 2022.08.30 CN 114966455 A 1.一种岸电电源分布式高速同步数据采集装置， 其特征在于， 包括以下模块： 岸电电 源、 电流互感器、 电压互感器、 信号调理模块、 DSP数据采集处理芯片、 光电隔离模块、 电源电 路模块、 STM主控芯片、 GPS同步模块、 外扩Flash、 4G模块、 WIFI模块、 显示器以及 声光报警模 块； 所述STM分别与DSP数据采集处理芯片、 4G模块、 WIFI模块、 显示器模块、 声光报警模块相 连； 所述电压互感器、 电流互感器安装在岸电电源处； 所述电压互感器、 电流互感器经过调 压、 放大、 滤波之后和DSP数据采集处理芯片相连； 所述DSP数据采集处理芯片再连接到STM 上； 温湿度检测通过温湿度传感器连接到DSP数据采集处理芯片； 还包括其它电量数据检测 模块， 所述其它电量数据检测模块和DSP数据采集处理芯片， 开关量通过光电隔离模块连接 到DSP数据采集处理芯片； 所述GPS同步模块和DSP数据采集处理芯片相连； 所述G模块、 WIFI 模块、 声光报警模块、 外扩Flash、 显示器模块连接到STM主控芯片上； 所述电源模块分别和 温湿度检测模块、 DSP数据采集处理芯片、 STM主控芯片、 4G模块、 GPS模块、 WIFI模块、 显示器 模块相连为 其供电。 2.根据权利要求1所述的岸电电源分布式高速同步数据采集装置， 其特征在于， 所述信 号调理模块包括 放大电路、 滤波电路。 3.根据权利要求2所述的岸电电源分布式高速同步数据采集装置， 其特征在于， 所述电 源电路模块中设置有电压转换器芯片对电压进行转 化。 4.根据权利要求3所述的岸电电源分布式高速同步数据采集装置， 其特征在于， 所述4G 模块还连接有单独的蓄电池进行 备用供电。 5.一种岸电电源分布式高速同步数据处理方法， 其特征在于， 使用如权利要求4所述的 岸电电源分布式 高速同步数据采集装置， 具体包括以下步骤： 步骤一： 电参量和 非电参量经过信号调理模块、 光电耦合模块， 在GPS同步脉冲和授时 矫正下， 通过DSP数据采集模块进行数据的同步采集， 采集的数据通过采样通道传输到DSP 的数据处 理模块； 步骤二： 在DSP数据采集模块中， 对采集的数据通过基于滑窗的傅里叶变换方法进行频 域分析， 通过检查其相位 曲线就能够很容易的判断出所采集的数据是否正常， 这种方法还 可以对相位异常故障进行识别， 通过 数字滤波器对高于 50次的谐波 进行滤除； 步骤三： 数据处理模块处理后的数据， 在DSP数据采集模块经过故障启动判据的判断过 程， 根据电压、 电流的有效值和突变量的值是否越限， 以及频率是否越限， 通过分析电流突 变量来判断是否发生故障； 步骤四： 将其故障发生时， 采集的故障数据传输给STM32以及远程机， 通过远程系 统对 故障数据进行分析和处理， 对故障进行定位分析， 确定故障是发生在岸电端还是船电端以 及故障时间的确定 。 6.根据权利要求5所述的岸电电源分布式高速同步数据处理方法， 其特征在于， 所述步 骤二中， 采用基于滑窗的傅里叶变换算法对电压、 电流的波 形数据进 行频域分析， 具体算法 步骤如下： 首先， 在电流波形数据处理周期T内， 改为对数据处理的周期为t， 第一组数据的处理范 围为序号0 ‑t‑1的原数据， 对这 一组数据进行进行DFT计算； 其次， 对电流波形 数据序号为1‑t的原数据进行DFT计算；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114966455 A 2最后， 将DFT计算的计算公式改成 第一组、 第二组数据的DFT的 计算公式分别为： 由此可以迭代得到快速的滑窗傅里叶算法公式： 通过设计数字滤波的低通滤波器， 将高于50次的谐波去除， 利用差分滤波将衰减的直 流分量消除， 其差分方程 为： y(n)＝x(n) ‑x(n‑1)    (4) 对采样电流 值进行一次差分滤波后可 得： i′(0)＝i(1)‑i(0)； i′(1)＝i(2)‑i(1)； …… i′(N‑1)＝i(N)‑i(N‑1)； 将滤波处 理后的数据进行故障判明方法分析。 7.根据权利要求6所述的岸电电源分布式高速同步数据处理方法， 其特征在于， 故障判 别的依据为： 相电压突变量越限 ‑ΔU≥5％UN 相电流突变量越限 ‑Δi≥10％IN 相电压有效值越限 ‑U≥110％UN， U≤90％UN， 相电流有效值越限 ‑I≥110％IN 频率越限 ‑f≥50.5Hz， f≤49.5 Hz 电压畸变率 一般不超过5％ 电流畸变率 一般不超过15％。 8.根据权利要求5所述的岸电电源分布式高速同步数据处理方法， 其特征在于， 所述步 骤一中采用基于电流上升率的故障判别方法， 对电流上升的速度进行一个越限阈值进 行设 定， 如果超过这个阈值， 则采集装置则启动高速采集模式， 进行对故障数据 的高速同步采 集， 最后把数据传输到STM32主控芯片， 由其控制通信， 向远程机系统进 行故障数据传送， 以 便对故障数据进行分析和处 理， 具体的实现步骤： 首先， 通过对直流电路短路初期由公式 可知短路后电流值会有一个不断 地上升阶段； 其次， 对交流电路短路时的电流进行分析， 可以得到短路电流公式为：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114966455 A 3