配電網(wǎng)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究論文

　　電能質(zhì)量即電力系統(tǒng)中電能的質(zhì)量。理想的電能應(yīng)該是完美對(duì)稱的正弦波。一些因素會(huì)使波形偏離對(duì)稱正弦，由此便產(chǎn)生了電能質(zhì)量問(wèn)題。一方面我們研究存在哪些影響因素會(huì)導(dǎo)致電能質(zhì)量問(wèn)題，一方面我們研究這些因素會(huì)導(dǎo)致哪些方面的問(wèn)題，最后，我們要研究如何消除這些因素，從而最大程度上使電能接近正弦波。以下是今天學(xué)習(xí)啦小編為大家精心準(zhǔn)備的：配電網(wǎng)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!

　　配電網(wǎng)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究全文如下：

　　摘要：基于MSP430F1611單片機(jī)、無(wú)線收發(fā)模塊nRF905和PC機(jī)組成的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

　　論文關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量監(jiān)測(cè),MSP430F1611

　　
在當(dāng)今社會(huì)，電已成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?。電能是一種使用最為廣泛的能源，其應(yīng)用程度標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家的發(fā)展水平。改善電能質(zhì)量對(duì)于電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保障工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的正常運(yùn)行以及降低能耗等均有重要意義。電能質(zhì)量直接關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的總體效益。

　　
本文采用NRF905和MSP430F1611為核心設(shè)計(jì)電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。應(yīng)用快速傅里葉變換(FFT)實(shí)現(xiàn)電壓電流信號(hào)的諧波分析及其它電能質(zhì)量參數(shù)的處理和運(yùn)算分析。

　　一、監(jiān)測(cè)裝置的硬件設(shè)計(jì)

　　
本設(shè)計(jì)的硬件方案框圖見下圖

　　

　　
1、MSP430F16(1)X系列單片機(jī)特點(diǎn)

　　
[1]工作電壓：1.8~3.6V，

　　
[2]超低功耗，活動(dòng)模式：280uA，待機(jī)模式：1.6uA，關(guān)閉模式(RAM保持)：0.1uA

　　
[3]5種省電模式

　　
[4]從等待模式喚醒時(shí)間：6us

　　
[5]16位RISC結(jié)構(gòu)，125ns指令周期

　　
[6]內(nèi)置三通道DMA

　　
[7]12位A/D帶采樣保持內(nèi)部參考源

　　
[8]雙12位D/A同步轉(zhuǎn)換

　　
[9]16位定時(shí)器TimerA

　　
[10]16位定時(shí)器TimerB

　　
[11]片內(nèi)比較器A

　　
[12]串行通信USRT0(UART和SPI)接口

　　
[13]串行通信USRT1(UART和SPI)接口

　　
[14]具有可編程電平檢測(cè)的供電電壓管理器、監(jiān)視器

　　
[15]欠電壓檢測(cè)器

　　
[16]Bootstrap Loader

　　
[17]串行在線編程，無(wú)需外部編程電壓，可[18]編程的保密熔絲代碼保護(hù)

　　
[19]48K+256B flash 10K RAM

　　
2、A/D芯片

　　
MAX155是由美國(guó)MAXIM公司推出的，具有8個(gè)模擬輸入通道，并且每個(gè)通道擁有自己的保持/跟蹤電路，可以實(shí)現(xiàn)跟蹤、采樣同時(shí)進(jìn)行，有利于減小各通道之間通信時(shí)間的差異，具有多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的屬性。各個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間相同，都為3.6μs，在運(yùn)行后結(jié)果自動(dòng)保存在RAM中。在單獨(dú)一個(gè)+5V電源供電時(shí)，其可工作于單端或差分、單極或雙極性等形式的轉(zhuǎn)換電路中。如果需要更寬的范圍，芯片必須由±5V供電。具有2.5V的電源關(guān)斷功能和內(nèi)部參考電壓是MAX155的另一個(gè)特性，如此恰好構(gòu)成一個(gè)完善的系統(tǒng)。

　　
3、電壓、電流變換

　　
電流、電壓變換電路主要實(shí)現(xiàn)的功能是弱電信號(hào)與強(qiáng)電信號(hào)之間的變換和隔離，主要包括的電路有：電流、電壓信號(hào)放大電路、濾波電路、互感器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路等。

　　
而在采集過(guò)程中，之所以要對(duì)信號(hào)進(jìn)行縮小處理，是因?yàn)殡妷?、電流的屬性和范圍與MAX155不相符。所以，要采用兩種互感器，分別為SCT254AK電流互感和SPT204A電壓互感器。下面對(duì)其分別介紹：

　　
SCT254AK電流互感器，根據(jù)其精密程度規(guī)定，額定輸入電流為5A，輸出額定電流為2.5mA。如果需要將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)時(shí)，應(yīng)用電路如圖3-5所示。下面簡(jiǎn)單介紹一下各個(gè)器件的作用。電容C2是用來(lái)防振和濾波?？烧{(diào)電阻r′ 及電容C1是用來(lái)補(bǔ)償相移的。而輸出電壓是通過(guò)調(diào)整電阻R和r的值所得到。兩個(gè)二極管是運(yùn)算放大器的作用，C3有抗干擾的作用。運(yùn)算放大器使用高精度運(yùn)算放大器，因?yàn)樾阅芎?，在工作時(shí)能提高測(cè)量的精確度以及良好的穩(wěn)定性。

　　
SPT204A電壓互感器，根據(jù)其精密程度規(guī)定，輸出、輸入而定電流都是2mA。使用電路如圖3-6所示。下面簡(jiǎn)單介紹一下各個(gè)器件的工作原理。電容C2是用來(lái)防振和濾波，其各個(gè)器件的功能同電流互感器SCT254AK的作用十分相似，唯一有區(qū)別的就是在輸入口，有個(gè)R′，作用是限制電流的，且不管輸入的電壓多大，只要適當(dāng)?shù)倪x擇R′，就可以保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。

　　

　　
圖3-5 SCT254AK典型應(yīng)用電路

　　

　　
圖3-6 SPT204A典型應(yīng)用電路

　　
4、無(wú)線通信模塊

　　
無(wú)線通信選用nRF905集成通信模塊。nRF905是單片無(wú)線收發(fā)集于一體的芯片，它的工作電壓為范圍是1.9到3.6V，可以工作在433 MHz 、868 MHz 、915 MHz這幾個(gè)頻段。它具有很強(qiáng)的抗干擾能力。

　　
5、輸入輸出部分

　　
本設(shè)計(jì)采用了行列式鍵盤，根據(jù)應(yīng)用的需要，采用了程序掃描的工作方式。

　　
顯示屏采用的是液晶(LCD)顯示，根據(jù)設(shè)計(jì)需求采用的是SMG12864ZK液晶，它是128×64點(diǎn)陣組成的漢字圖形型方式的液晶顯示模塊，能夠提供圖形和漢字，內(nèi)部包涵簡(jiǎn)體中文字庫(kù)、64X256的點(diǎn)陣式顯示RAM。它能夠與中央處理器進(jìn)行連接，并提供信息送至微處理器。

　　
MSP430和PC機(jī)串口通信電路串行接口電路采用MAX232芯片。與計(jì)算機(jī)的COM口連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

　　
二、檢測(cè)裝置的軟件設(shè)計(jì)

　　
軟件是一個(gè)系統(tǒng)中的核心部分，它的運(yùn)算分析效率將直接體現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的效率。所以，能否編制出優(yōu)良的、高效的系統(tǒng)將直接影響產(chǎn)品的層次。系統(tǒng)軟件包含兩個(gè)部分，上位機(jī)部分和下位機(jī)部分。本設(shè)計(jì)的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，下位機(jī)主要為無(wú)線傳輸和數(shù)據(jù)采集兩部分設(shè)計(jì)。

　　
1、發(fā)射端軟件設(shè)計(jì)

　　
由MSP430單片機(jī)的需求出發(fā)，軟件設(shè)計(jì)流程如圖4-1，其中，其前部分需要循環(huán)才能實(shí)現(xiàn)，形成一個(gè)主、子的程序關(guān)系。

　　

　　
2、接收端子程序

　　
接收端子程序主要完成接收數(shù)據(jù)并與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，把數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)中。

　　

　　
3、PC機(jī)軟件的設(shè)計(jì)

　　
本系統(tǒng)的PC機(jī)監(jiān)控界面是通過(guò)VB6.0軟件實(shí)現(xiàn)的。主界面包括“開始采集”、“保存數(shù)據(jù)”、“數(shù)據(jù)處理”等幾個(gè)按鍵。最終的采集觀測(cè)結(jié)果，通過(guò)Excel表格文件格式進(jìn)行保存。采集來(lái)的信號(hào)的大體形式可以通過(guò)曲線顯示界面來(lái)顯現(xiàn)，并以曲線的形式表現(xiàn)出來(lái)。程序流程如圖4-13所示。

　　

　　
三、結(jié)束語(yǔ)

　　
對(duì)電能質(zhì)量指標(biāo)參數(shù)數(shù)字化測(cè)量原理進(jìn)行了剖析，并將采集到的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果通過(guò)無(wú)線收發(fā)模塊nRF905的數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)，利用VB6.0中的Mscomm控件讀取PC串口接收的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和實(shí)際測(cè)量，本系統(tǒng)取得了較好的效果。

　　參考文獻(xiàn)

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