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电能质量在线监测终端的硬件实现研究

彭明智  
【摘要】: 随着国民经济的快速发展,电力系统中投入了大量具有非线性和冲击性负荷,导致电能污染日趋严重,严重影响着电力系统的安全经济运行。电能质量问题的日益突出,已经成为电力部门和用户共同关注的问题。因此,对电能质量进行在线监测,从而为改善电能质量、提出有关的治理方案以及确定治理装置的技术参数提供了科学依据,具有十分重要的意义。本文以电能质量在线监测终端为研究对象,研究的主要内容有: (1)根据电能质量国家标准,综合考虑成本和性能等因素,提出了监测终端的总体设计方案。构建了基于DSP和MCU的双CPU硬件平台系统,充分发挥DSP的高速数字信号处理能力和MCU完善的管理能力。双CPU之间分工明确、相互协作,通过双口RAM进行高速可靠的数据通信。DSP主要完成数据的采集,并快速计算电能质量参数;而MCU主要完成实时时钟管理、数据存储、人机交互以及与上位机通信等功能。 (2)在终端的硬件实现研究中,完成了信号采集、DSP数据处理、MCU管理、外扩存储器、人机交互、通信接口、电源等模块的原理图和PCB设计。选用16位的A/D,实现了对数据高精度采样,并采用锁相环同步控制技术,动态跟踪采样频率,抑制频谱泄露。DSP数据处理中,采用基于复序列FFT算法,大大减少了计算量,节省了内存空间。数据存储中,采用铁电存储芯片,实现掉电保护,保证数据至少可靠保存10年以上。设计了红外、RS485和GPRS等多种通信接口,并提出了终端的GPRS组网方案。 (3)在终端的软件设计中,给出了总体程序设计及数据采集,数据处理部分的流程图,研究了TCP/IP协议及实现方法,给出了GPRS模块的联网编程和组网通信流程。 (4)从抗浪涌和防静电设计,PCB布线、看门狗监控等方面,采取了一系列有效的硬件和软件抗干扰措施,保证了其在电磁干扰比较严重的监测现场能稳定、可靠的工作。 (5)根据监测终端的总体设计要求,对其进行了分模块和总体联合调试,采用FLUKE6130A型功率电能质量标准源对其进行了基波精度和谐波电压测量误差的检测,精度达到公用电网谐波的A级标准,并分析了误差的主要来源。 本监测终端现已投入电力变电站的实际运行,具有稳定可靠、精度高、实时性好等优点,达到了预期的设计目标,很好的满足了电能质量在线监测的实际需求。


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