新疆大学科学技术学院College of science ＆technology Xinjiang University
学生毕业论文(设计)题目：电力系统多参数在线检测系统设计指导教师: 希望
学生姓名：
专业：电气工程及其自动化
班级：电气10-3班
完成日期：2014年5月24日
声明
郑重声明，此论文（设计）是本人在相关老师指导下完成，没有抄袭、剽窃他人成果，否则，由此造成的一切后果由本人负责。
本人签名：
新疆大学科学技术学院
学生毕业论文（设计）任务书
学生姓名学号 2010242 专业电气工程及其自动化班级电气10-3班
论文（设计）题目电力系统多参数在线检测系统设计
论文（设计）来源教师自拟
要求完成的内容1设计出电力系统电压、电流、频率、功率
因数等参数在线检测方案。
2设计出完整的以51单片机为主控制的整
体系统图。
3写出完整的系统程序。
4 完成毕业论文的书写。
发题日期:2014年1月15日完成日期:2014年5月24日指导教师签名
摘要
随着电力系统的快速发展，电网容量不断增大，结构日趋复杂，电力系统中实时监控、调度的自动化显得尤为重要，而电力参数的数据采集又是实现自动化的重要环节，如何快速准确地采集系统中各元件的电参数（电压、电流、功率、频率等）是实现电力系统自动化的一个重要因素。
基于此，此次设计采用单片机80C51实现电力监控系统的交流采样,即系统采集的是交流电压和电流，不需变送器进行交直流转换。模数转换器ADC0809对三相交流电压和电流分时进行模数转换，把得到的数字量送入单片机进行数据处理，然后通过LCD数码管显示电压和电流，频率，功率，功率因数等的实时值。
文中论述了该系统实现电参数测量的工作原理，着重介绍了该系统的实现过程，在此基础上，详细介绍了整个系统的软件开发过程。
关键词：电力系统；交流采样；电气参数
ABSTRACT
With the rapid development of electric power system, network capacity is increasing, and the growing complexity of the structure, electric power system real-time monitoring and Scheduling Automation is particularly important. The data acquisition of the electric parameters is also an important part of automation. How quickly and accurately acquisition the electrical parameters (voltage, current, power, frequency, etc.) of system components is an important factor to achieve power system automation.
Based on the paper adopts 80C51 SCM to achieve AC sampling of electric parameters. That the acquisition system is AC voltage and current, transmitter without AC-DC conversion. The A/D converter ADC0809 makes three-phase AC voltage and current be transformed to digital quantity from analog quantity at different times. The SCM finishes data processing .Meanwhile, the real-time value of voltage and current, frequency, Power factor are displayed through LCD display.
In the article elaborated this system to realize the electrical parameter survey principle of work, introduced emphatically this system realized the process, based on this, introduced overall system's software compilation process and various subroutines realization in detail.
Key words: Electric Power System; AC sampling; Digital Electrical Parameter
目录
1 绪论 (1)
1.1论文的选题背景 (1)
1.2论文的研究意义 (1)
1.3交流电量采集的现状及发展 (1)
1.4课题的主要内容 (2)
2 系统总体设计原理 (3)
2.1交流采样法 (3)
2.2交流采样原理及相关算法 (3)
2.3系统的工作过程 (4)
3 主控芯片相关内容简介 (5)
3.180C51单片机引脚 (5)
3.280C51单片机的基本组成结构 (6)
3.3中断系统 (8)
3.4复位电路 (10)
3.5ADC0809A/D转换器 (10)
4 系统硬件设计 (12)
4.1复位电路及时钟电路 (12)
4.2电流、电压采样电路 (13)
4.3功率因数采样电路 (14)
4.4频率采样电路 (15)
4.5LCD1602液晶显示 (15)
4.6总体硬件电路 (17)
5系统软件设计 (18)
5.1系统软件总流程图 (18)
5.2部分功能程序的实现 (18)
5.2.1数据采集子程序流程图 (18)
5.2.2 数据处理程序流程图 (19)
6 结论 (26)
致谢 (27)
参考文献 (28)
附录 (29)
系统源程序： (29)
1 绪论
1.1论文的选题背景
现代社会电能是一种使用最为广泛的能源，其应用程度是一个国家发展水平的主要标志之一。随着科学技术和国民经济的发展，对电的需求量日益增加，同时对电网运行的稳定性要求也越来越高，对电网的实时监控就显得非常重要。随着我国电力行业的迅猛发展，电网供电品质越来越受到电力部门以及用户的关注。
在电力监控系统中，为了维护电网运行的稳定和安全，保证用户用电的可靠性，需要电网中各种电参量维持稳定值不变。这就需要实时的采集各种电参量，用来监控以保证电网的稳定。。
1.2论文的研究意义
在微机技术发展初期，电力监控系统普遍采用经过变送器的直流采样方法，即经过变送器整流后的直流量。这种方法软件设计简单，对采样值只需作一次比例变换即可得到被测量的数值，因而采样周期短。由于以上特点，该方法在微机应用初期得到了广泛的应用。但经过变送器的直流采样方法存在一些问题，如测量精度直接受变送器的精度和稳定性的影响，设备复杂，监控系统造价高等。
随着科技的发展，仪器仪表的发展更新越来越进步。作为工业自动化技术工具的自动化仪表与控制装置，在高新技术的推动下，正跨入真正的数字化、智能化、网络化的时代。微机技术的发展，使微机系统主频提高，指令功能变强，模数转化芯片技术的提高，成本的降低，使得交流采样的运用成为可能。
由于交流采样去掉变送器，按一定的规律对被测量的瞬时值进行采样，用一定的算法求得被测量，即用软件的功能代替硬件的功能，从而降低了系统造价。
从以上可见，研制一种电力参数检测装置具有非常重要的意义，它能对如电压、电流、功率因数和频率等重要的电力参数进行实时检测，还要对电力系统中的高次谐波进行实时分析，从而使人们采取进一步的措施，保证电能质量，保证电力系统安全、可靠、经济地运行。
1.3交流电量采集的现状及发展
电能质量的标准和技术是随着电力系统的发展和用户需求的变化而变化和发展的。大量电力电子设备的使用是新技术的运用，同时也是电能质量恶化的制造者和受害者。有目共睹，电力质量问题是严重的。近几十年来全球范围内因电能质量而引起的重大电力事故己达20多起，每年电能质量扰动和电力环境污染引起的国民经济损失高达300亿美元。其实，供电质量问题不仅对大型企业的正常生活影响较大，同时对重大活动，政治活动安全供电影响也较大。我们需要监察分析电力系统动态和稳态两大电能质量问题，为预防和减少电能质量引起的故障，需从统计数据方面提供采取措施的依据。
国外对电能质量研究起步较早，目前有关电能质量控制的研究正掀起高潮，
从所使用的理论到电能质量评价指标体系的建立；从全国性的电能质量普查、监测到用户终端电气环境的定义，各种电能质量问题分析方法的提出，以及“用户电力技术”等电能质量控制技术的研究和装置的开发正深入进行。1996年，IEEE将每两年召开一次的电力谐波国际学术会议(ICHPS)更名为电力谐波与电能质量学术会议(ICHAP)，把电能质量提高到一个新的认识高度。在从事电能质量产品的企业中，美国的FLUKE公司和瑞士的LEM公司的产品在全球都有广泛的应用。
国内致力于电能质量产品研究的企业很多。总体来看，国内广泛采用统计型电压表监测电压质量水平，这些电压监测仪能监测电压合格率，需要人工抄表，缺乏统计分析功能，而谐波和电压波动、闪变的测量则用便携式测量仪器，分别对变电所的各级母线电压、主变压器侧的谐波电流、电容器组的谐波电流进行测量、对大、中型非线性负荷用户和电厂以及低压配电网电流进行测量，然后根据测量数据进行汇总、统计分析，对电网的电能质量水平进行评估。这种电能质量监测手段和管理模式存在实时性差、测量指标少、工作量大、测量误差大、效率低等明显的局限性。
当前，电力参数检测仪器正朝着以下方向发展：
(l)、体积小型化、功能多样化、功耗减小，维持电流降低化、采用新器件更高可靠性、显示方式普遍更新。
(2)、实现网络化智能、在线监测。随着传感器技术、计算机技术、信息技术等发展，系统监测技术广泛采用这些先进的科研成果，使在线监测逐步走向实用化阶段：监测装置可作为接入访问平台进入网络，可以实现设备资源和数据资源共享及远程操作。
(3)、虚拟化。虚拟仪器是建立在标准化、系列化、模块化、积木化的硬件和软件平台上的完全开发的系统，结合电力系统的应用，开发应用虚拟仪器技术建立的高速、高效、大容量、多功能、智能化的实时监铷系统。
1.4课题的主要内容
本课题研究的主要内容是MCS-51单片机在交流电量参数测量中的应用，在该课题中采用MCS-51单片机实现电力参数的交流采样。通过LED显示器显示频率、功率、功率因数、三相电压和电流的实时值。
在系统的软件设计中，采用模块化设计方法使得程序结构清晰，便于今后进一步扩展系统的功能。系统软件有以下模块构成：主程序、时钟中断服务程序、键盘查询服务程序、数据采集处理子程序、显示程序等。
另外，我们还应考虑到电网存在谐波，还会有各种瞬时干扰，而采用硬件滤波存在硬件电路复杂等诸多弊端，因此在此系统中求取电力参数实行数字滤波方法祛除干扰，此外，系统中还应采用指令冗余等抗干扰措施，以使系统具有良好的抗干扰性能。
2 系统总体设计原理
2.1交流采样法
根据采样信号的不同，可以分为直流采样和交流采样两大类。所谓直流采样是把交流电压、电流信号转化为 0～5V 的直流电压，这种方法的主要优点是算法简单，便于滤波，但是由于其投资较大，维护复杂，无法对信号进行实时采集，因而在电力系统中的应用受到了限制。交流采样是把交流量转化为± 5V （或 0～5V ）的交流电压进行采集，交流采样实时性好、相位失真小、便于维护，随着计算机和集成电路技术的发展，交流采样原有的困难如算法复杂、提高精度难、对 A/D 的速度要求高等已逐步得到克服。交流采样法具有响应速度快、投资省、工作可靠和维护简单等优点，但交流采样所得到的是信号的瞬时值，是随时间而变化的交变量，人们无法直接识别其大小和传送方向(指功率)，这就需要通过一定的算法把信号的有关特征电量计算出来。
交流采样方法主要有同步采样、准同步采样和异步采样。同步采样的具体作法是将信号的一个整周期(或多个周期)进行均匀离散,在每一离散点处取其瞬时值。如被测信号频率有偏移,常利用锁相环电路零检测环节以保证采样同步。同步采样对采样速率 N 及采样周期的选择既要满足采样定理的要求，又要满足实时处理的要求。同步采样中由于 N 次均匀采样间隔 h 之和很难与一个周期 T 或 m 周期mT 严格相等，它们之间的差异 d=hN-mT ，称作同步误差。在实际测量中，很小的同步误差也会产生较大的测量误差。为了减小同步误差对采样的限制，准同步采样的方法便应运而生。准同步采样是在多个周期内均匀采样，然后根据特定的数值求积公式进行递推运算，它是以较多的数据及较长的运算时间作为代价来减小同步误差对测量的影响，而且在采样期间要求信号波形必须稳定。
2.2 交流采样原理及相关算法
工频参数的计算要用到电压、电流的有效值，而测量系统的 CPU 从A/D 转换器读取的数据是电压、电流的瞬时值，因此应根据电压、电流的瞬时值，计算出电压、电流的有效值、功率等参数。
将电压有效值公式（2-1）
U =
式（2-1） 离散化，以一个周期内有限采样电压数字量来代替一个周期内连续变化的
电压函数值，则
U ≈式（2-2） 式（2-2）中：m ΔT 为相邻两次采样的时间间隔；m U 为第m-1个时间间隔的电压采样瞬时值；N 为1个周期的采样点数。
若相邻两采样的时间间隔相等，即m ΔT 为常数 ΔT ，考虑到
(/)1N T T =?+，
则有
U =
式（2-3） 式（2-3）就是根据一个周期各采样瞬时值及每周期采样点数计算电压信号有效值的公式。同理，电流有效值计算公式如下：
I =
式（2-4） 计算单相有功功率的公式
1()()T
P i t u t dt T =? 式（2-5）
离散化后为
111N
m m
m P N i u -=-∑ 式（2-6） 式（2-6）中：m i 、m u 为同一时刻的电流、电压采样值。功率因数可由下式求
cos P
UI
?= 式（2-7）
但在实际的测量中，上式的算法很难实现，所以本文拟采用一种与接线无
关的三相功率因数检测方法。
对于频率的测量，是将交流信号经OP07电压比较器变成方波后送到80C51的P3.2脚（外中断0），由80C51计数器0在方波的一个周期内计数，然后乘以系统内部时钟就得到方波周期ΔT ，所以频率就为1/ΔT 。
2.3 系统的工作过程
系统交流采样某一工频电力参数的过程如下：
（1）通过电压互感器 TV 和电流互感器 TA 获得输配电线路上的电压、电流交流信号；
（2）对电压、电流交流信号进行选择、采样/保持； （3）进行 A/D 转换；
（4）单片机对 A/D 转换信号进行数据处理，即采样数据处理，标度变换以及输出等操作；
（5）LCD 显示器来实现系统功能
3 主控芯片相关内容简介3.1 80C51单片机引脚
图3.1 80C51单片机引脚
单片机的40个引脚大致可分为4类：电源、时钟、控制和I/O引脚。
⒈电源:
（1）VCC - 芯片电源，接+5V；
（2）VSS - 接地端；
⒉时钟:
XTAL1、XTAL2 - 晶体振荡电路反相输入端和输出端。
⒊控制线:控制线共有4根
（1）ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲
（2）ALE功能：用来锁存P0口送出的低8位地址
（3）PROG功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。
（4）PSEN:外ROM读选通信号。
（5）RST/VPD:复位/备用电源。
①RST（Reset）功能：复位信号输入端。
②VPD功能：在掉电情况下，接备用电源。
（6）EA/VPP:内外ROM选择/片内EPROM编程电源。
①EA功能：内外ROM选择端。
②VPP 功能：片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程
电源VPP。
⒋ I/O线
80C51共有4个8位并行I/O端口：P0、P1、P2、P3口，共32个引脚。
P3口还具有第二功能，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。
3.2 80C51单片机的基本组成结构
1.80C51单片机的基本组成
CPU系统:1个8位微处理器CPU，内部时钟电路，总线控制逻辑。
内部存储器:4KB的片内程序存储器（ROM/EPROM/Flash），128B数据存储器（RAM）和128B特殊功能寄存器SFR（80C51只用到其中21B）
I/O接口及中断定时功能:4个8位可编程的I/O（，输入/输出）并行接口；5个中断源的中断控制系统，可编程为2个优先级；2个16位定时/计数器，既可以定时，又可以对外部事件进行计数；1个全双工的串行I/O接口，用于数据的串行通信
80C51的内部结构
中央处理器:CPU是80C51内部的1个字长为8位的中央处理单元，它由运算器、控制器两部分组成。实际上构成了单片机的核心。
运算器:以算术逻辑单元ALU（Arithmetic Logic Unit）为核心，还包括累加器A、程序状态字寄存器PSW（Program Status Word）、B寄存器、两个8位暂存器 TMP1和TMP2等部件。
控制器 :包括程序计数器PC、指令寄存器、指令译码器、振荡器、定时电路及控制电路等部件；
存储器:片内ROM是程序存储器；片内RAM，可用于存放输入、输出数据和中间计算结果，或作为数据堆栈区。
I/O口:有4个8位并行I/O口P0～P3，均可并行输入输出8位数据。有1个串行I/O口，用于数据的串行输入输出。
定时器/计数器:产生定时脉冲，实现单片机的定时控制；用于计数方式，记录外部事件的脉冲个数。
2．80C51单片机的存储器结构
80C51系列单片机有两个存储器：程序存储器（ROM）和数据存储器（RAM），且各自独立编址。
从用户使用角度，80C51单片机的存储器可以分为三个存储空间：片内、片外统一连续编址的0000H～0FFFFH共64KB的程序存储器空间。地址从0000H～0FFFFH的片外数据存储器空间。地址从00H～0FFH的256B的片内数据存储器空间，其中只有前128B能供用户作存储器使用。
程序存储器 ROM:程序存储器包括片内和片外程序存储器两个部分；程序存储器主要用来存放编好的用户程序和表格常数；它以16位的程序计数器PC作为地址指针，能寻址64KB。部分关键的程序存储单元。存储单元0000H～0002H：80C51上电复位后引导程序的存放单元。80C51上电复位后CPU总是从0000H单元开始执行。
数据存储器RAM:数据存储器主要用于存放运算的中间结果、数据等，它可以分为片内数据存储器和片外数据存储器两大部分。片外数据存储器可以扩展到64KB，对应地址范围为0000H ～0FFFFH 。片内数据存储器共有256B，在功能上分为两部分，低128B（地址为00H ～7FH）是真正的数据存储区高128B（地址为80H ～0FFH）用于特殊功能寄存器。
特殊功能寄存器(SFR):SFR是80C51内部具有特殊用途的寄存器；80C51内部共有21个特殊功能寄存器，每个SFR占用1个RAM单元，它们分布在80H～
0FFH的地址范围内；程序计数器PC不属于SFR，它是独立的在21个SFR中，有11个SFR既可以位寻址，也可以进行字节寻址。
PSW格式:CY，进位/借位标志。有进位/借位时 CY=1，否则CY=0；AC，辅助进位/借位标志。低4位向高4位有进/借位时AC=1，否则AC=0；F0，用户标志位，由用户自己定义；RS1、RS0，当前工作寄存器组选择位;OV，溢出标志位。有溢出时OV=1，否则OV=0；P，奇偶标志位。ACC中结果有奇数1时P=1，否则P=0。
指针类寄存器:堆栈指针SP:8位，用来指示堆栈的位置，它总是指向栈顶。数据指针DPTR :16位，它是80C51内部唯一供用户使用的16位寄存器。DPTR 使用灵活，即可用作16位寄存器，对外部数据存储空间的64K范围进行访问，也可拆成两个8位的寄存器DPH和DPL使用。
接口类寄存器;并行I/O口P0、P1、P2、P3 均为8位，通过对这4个寄存器的读写，可实现数据从相应口的输入输出。串行口数据缓冲器SBUF；串行口控制寄存器SCON；电源控制寄存器PCON。
中断类寄存器:中断允许寄存器IE，中断优先级寄存器IP
定时/计数类寄存器：定时/计数器T0，由两个8位计数初值寄存器TH0、TL0组成，在构成16位计数器时，TH0存放高8位，TL0存低8位；定时/计数器T1。由两个8位计数初值寄存器TH1、TL1组成，在构成16位计数器时，TH1存放高8位，TL1存低8位。定时/计数器的工作方式寄存器TMOD；定时/计数器的控制寄存器TCON。
3.80C51单片机的并行I/O接口
80C51内部有4个8位并行I/O接口，分别称为P0、P1、P2和P3口。并行I/O接口的特点:都具有“数据锁存器+输入缓冲器+输出驱动电路”的典型结构；I/O 接口的复用功能，P0、P2口的总线复用80C51单片机在作并行总线扩展时，P0口可作为数据/地址总线使用，分时作地址、数据的传送：先传送低8位地址，然后传送8位数据信号； P2口用来传送高8位地址信号。P3口的功能复用。
并行I/O口的应用特性:P0～P3口作通用输入/输出口使用时的硬件连接。P0～P3口都能用于输入或输出操作。而且对每个接口都可将一部分管脚定义为输入，另一部分管脚定义为输出。由于P0～P3口的内部结构不同，所以在作通用输入/输出口使用时，其外部的硬件电路也不相同：
（1）P0口既可用作通用I/O口，也可作为地址/数据总线使用。当单片机系统需要扩展片外存储器或者需要扩展具有地址/数据线的芯片时，P0口只能用作地址/数据线，而不能再作通用I/O口使用。P0口作为地址/数据总线使用时，无需外接上拉电阻。P0口用作通用I/O接口使用时，必须外接上拉电阻。
（2）P1口只能作为通用I/O口使用，没有第二功能。P1口在作为通用输出口使用时，不需要再外接上拉电阻。
（3）当P2口作为通用I/O口使用时，不需要外接上拉电阻。当系统有外部扩展存储器或I/O接口时，P2口作为地址高8位信号线，此时P2口只能作地址线用，而不能作通用I/O口。
（4）P3口除可作为通用I/O口使用外，还具有第二功能。当某些口线作第二功能使用时，不能再把它当作通用输入/输出口使用。其它未用的口线仍可作通用输入/输出口线使用。 P3口作通用I/O口使用时，不需要外接上拉电阻。
准双向口的输入操作，由于P0～P3口是准双向口结构，所以在进行输入操
作时，必须先向相应口的锁存器写“1”，以保证输入数据的正确。
读引脚与读锁存器:读引脚就是读芯片引脚上的数据端口处于输入状态时单 片机进行读引脚操作。MOV 类传送指令进行的读操作就是读引脚。锁存器,许多涉及到I/O 端口的操作，实际上只是对口锁存器中所存储的内容进行“读出—修改—写入”操作。 4.时钟与时序
时钟电路为单片机的工作提供基准步调，这样，当单片机执行指令时，就能按照“从程序存储器中取出指令代码→译码→完成指令功能”的顺序有条不紊地进行。80C51单片机内部有一个振荡器，其XTALI 端和XTAL2端外接石英晶体和微调电容，其中电容C1、C2对振荡频率有稳定作用；振荡器的频率选择范围为1.2～12MHz 。单片机也可以使用外部时钟。
3.3中断系统
当CPU 正在处理某事件时外界发生了更为紧急的请求，要求CPU 暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件。处理完成后，再回到原来被中断的地方继续原来的工作，这样的过程称为中断。实现这一功能的部件称为中断系统，请示CPU 中断的请求源称为中断源。中断系统是使处理机对外界异步事件具有处理能力而设置的。功能越强的中断系统，其对外界异步事件的处理能力越强。89C51单片机有5个中断源，当中断源同时向CPU 请求中断时，就存在CPU 优先响应哪个中断源的问题。它可分为两个中断优先级，即高级优先级和低级优先级；可实现两级中断嵌套。用户可以用关中断指令（或复位）来屏蔽所有的中断请求，也可以用开中断指令使CPU 接受中断申请。即每一个中断源的优先级都可以由程序来设定。
1.中断源
在89C51单片机中，有5个中断源：两个外部0INT （P3.2）和1I N T （P3.3）输入的中断源、两个定时器T0和T1的溢出中断和一个串行发送/接收中断。
(1)外部中断源：0INT 和1INT
80C51外部中断0和外部中断1的中断请求信号分别有P3.2和P3.3引脚输入。并允许外部中断源以低电平负边沿两种中断取法方式来输入中断请求信号。请求信号的有效电平可由定时器控制寄存器TCON 的IT0和IT1设置，如图3.2所示
图3.2 定时器控制寄存器TCON 各位的定义
80C51会在每个机器周期的S5P2时对INT0和INT1线上中断请求信号进行
一次检测，检测方式和中断触发方式的选取有关。若80C51设定为电平触发方式（即IT0=0或IT1=0），则CPU检测到INT0/INT1上低电平时就可认定其上中断请求有效；若设定为边沿触发方式（即IT0=1或IT1=1时），则CPU会在相继的两个周期内两次检测INT0/INT1线上电平才能确定其上的中断请求是否有效。
由于外部中断信号每个机器周期被采样一次，有引脚INT1和INT1输入的信
号应至少保持一个机器周期，即12个振荡周期。如果外部为边沿触发方式，则引脚出输入的信号的搞电平低电平至少各保持一个周期，才能确保CPU检测到电平的调变；而如果采用电平触发方式，外部中断源应一直保持中断请求有效，直到得到响应为止。
2.中断控制
CPU对中断源的开放和屏蔽，以及每个中断源是否被允许中断，都受中断允许寄存器IE控制。每个中断源优先级的设定，则由中断优先级寄存器IP控制。寄存器状态可通过程序由软件设定。
(1)中断的开放和屏蔽
80C51没有专门的开中断和关中断指令，中断的开放和关闭是通过中断允许寄存器IE进行两级控制的。
所谓两级控制是指有一个中断允许总控制位EA，配合各中断源的中断允许控制位共同实现对中断请求的控制。这些中断允许控制位集成在中断允许寄存器IE中，如表3.1所示为中断允许寄存器各位的定义。
表3.1 中断允许寄存器IE
现对IE各位的说明如下：
EA(IE.7) 为CPU中断总允许位，EA=0，CPU关中断，禁止一切中断。EA=1,CPU 开放中断，而每个中断源是否开放还是屏蔽分别由各自的允许位确定。
×（IE.6）保留位。
ET2（IE.5）为定时器2中断允许位，仅用于52子系列单片机中，ET2=1允许定时器2中断，否则禁止中断。
ES（IE.4）为串行口中断允许位。ES=1，允许串行口的接收和发送中断；ES=0禁止串行口中断。
ET1（IE.3）为定时器1（T1溢出中断）中断允许位。ET1=1，允许T1中断，否则禁止中断。
INT）的中断允许位。EX1=1允许外部中断1中EX1(IE.2) 为外部中断1（1
断；否则禁止中断。
ET0(IE.1) 为定时器0（T0溢出中断）的中断允许位。ET0=1允许T0中断，否则禁止中断。
EX0(IE.0) 为外部中断0（INT0）的中断允许位。EX0=1允许外部中断0中断，否则禁止中断。
3.4 复位电路
任何单片机在工作之前都要有个复位的过程，对单片机来说，复位则是在程序执行前进行的一种准备工作。显然，准备工作不需要太长的时间，因此复位时间不超过5ms。
复位方式:80C51单片机有一个复位信号引脚RST/VPD，只要在该引脚上保持2个机器周期以上的高电平，单片机就会被复位。复位后，单片机从程序存储器0000H单元开始执行程序。当单片机运行出错或进入死循环后，为摆脱困境，也可以利用复位操作重新启动。单片机复位后不改变片内RAM中的内容。
复位方法:上电复位，打开电源后利用RC充电自动完成。上电复位兼手动复位，既可以上电复位，又可以利用按键闭合使单片机复位引脚保持2个机器周期以上的高电平完成手动复位功能。
3.5 ADC0809 A/D转换器
ADC0809是美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。
图3.3ADC0809 A/D转换器
1主要特性编辑
1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。
2）具有转换起停控制端。
3）转换时间为100μs(时钟为640KHz时)，130μs（时钟为500KHz时）。
4）单个+5V电源供电。
5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。
6）工作温度范围为-40～+85摄氏度。
7）低功耗，约15mW。
2内部结构编辑
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，内部结构如图所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近
寄存器、逻辑控制和定时电路组成。
外部特性（引脚功能）
ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图所示。
下面说明各引脚功能：
IN0～IN7：8路模拟量输入端。
2-1～2-8：8位数字量输出端。
ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。
ALE：地址锁存允许信号，输入端，高电平有效。
START： A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
EOC： A/D转换结束信号，输出端，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
OE：数据输出允许信号，输入端，高电平有效。当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
CLK：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640KHz。
REF（+）、REF（-）：基准电压。
VCC：电源，单一+5V。
GND：地。
3工作过程
首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。
转换数据的传送 A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。为此可采用下述三种方式。
（1）定时传送方式
对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。
（2）查询方式
A/D转换芯片有表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。
（3）中断方式
把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断请求信号，以中断方式进行数据传送。
不管使用上述哪种方式，只要一旦确定转换完成，即可通过指令进行数据传送。首先送出口地址并以信号有效时，OE信号即有效，把转换数据送上数据总线，供单片机接受。
4 系统硬件设计
此系统是以80C51为主控制器，系统把取样采集电路得来的两路信号分别通过放大、整流, 再通过A/D 转换芯片，实时把模拟量转化为数字量，再经单片机分析处理，进行数值积分，可得到变压器副边电压值、电流值、电源的频率以及该系统的功率因实时数，并送到外部显示单元显示。系统整体的方框图如图4.1所示：
图4.1 系统整体的方框图
硬件设计具体包括单片机最小系统部分（键盘、显示）、信号采集部分、数
模转换部分。下面将各部分详细介绍如下：
4.1复位电路及时钟电路
复位电路和时钟电路是维持单片机最小系统运行的基本模块。复位电路通常分为两种：上电复位（图4.2）和手动复位（图4.3）。
图4.2上电复位 图4.3手动复位
高频率的时钟有利于程序更快的运行，也有可以实现更高的信号采样率，从而实现更多的功能。但是对系统要求较高，而且功耗大，运行环境苛刻。考虑到单片机本身用在控制，并非高速信号采样处理，所以选取合适的频率即可。合适频率的晶振对于选频信号强度准确度都有好处，本次设计选取12.000MHZ 无源晶振接入XTAL1和XTAL2引脚。并联2个22pF 陶瓷电容帮助起振。80C51单片机最小系统如图4.4所示。
图4.4单片机最小系统
4.2电流、电压采样电路
根据电流在电路中的特点，电流采样电路可采用串联在电路回路中的电阻分压来实现。电流互感器变比为1000/1的电流互感器，可以把实际为100A 的电流转变为0.1A 的电流，变换成合适的值通过运算放大器OP27处理后经ADC0809模数转换器将模拟信号转换成数字信号接入单片机80C51的P0口。如图4.5所示
图4.5电流采样电路
根据电压在电路中的特点，电压采样电路利用可采用并联在电源两端来实现。变比为220/5的电压互感器，可把实际为220V 的电压转变为5V 的电压，电压互感器变换成合适的值通过运算放大器OP27处理后经ADC0809模数转换器将模拟信号转换成数字信号接入单片机80C51的P0口。如图4.6所示
图4.6 电压采样电路
4.3功率因数采样电路
功率因数是电网上对应的相电压与相电流的相位差沪的余弦值, 功率因数的测量可利用定时器得到反映电网频率和相位差的时间来实现, 其理论公式为:
频率：
1f T
=
相位差：
360t
T
?=??
功率因数cos ?
对于对称三相电路，线电压BC U 滞后相电压A U 90?，因此可以通过检测对应于A U 和A I 时间差，其表达式为
90t t t ??=-
，根据此式可确定负载的性质,当0t >时，负载成感性；当0t <，负载呈容性，周期:
180901
24T t t f
??=
== 故相位差可进一步表示为
90180180360(12/)902t t t t t ??????
-=
??=-??
式中t ?和180t ?由测量电路测得，即可实现功率因数测定。
测量电力系统功率因数的硬件电路组成如图4.7所示，1A 、2A 、3A 是三个过零电压比较器，信号BC U 和A I 经二极管限幅后，分别进入比较器1A 和2A 。
对于180t ?和t ?的测量，一般需要两个定时计数器T1和它的P3口两个引脚P3.6及P3.3作为信号的输入口。由于利用片内RAM 而无需进行外部扩展，所以不用WR 信号。置P3.6工作于第一功能I/O 状态。P3.3工作在第二功能INT1状态，定时/计数器T1工作计数速率为1MHz,T1工作在方式1，最大计时宽度为
161265535s s μμ?=,对于50Hz ，交流周期为20ms ，完全满足计时条件。通过电压互感器和电流互感器得到低压交流信号，然后通过整形电路将交流信号转换为
TTL 方波脉冲。相位差的计算原理是利用输入两路信号过零点的时间差，以及信号的频率来计算2路信号的相位差。
两路信号的相位差:
/360360t N Fk
T T
φ??=??=
?? 其中，ΔN 为两路信号的上升沿分别触发计数器的差值，FK 为单片机时钟频率，T 为输入信号的周期。测得相位差后，功率因数即为COS ?，如图4.7所示
图4.7功率因数采样电路
4.4频率采样电路
频率测量可利用单片机的捕获功能，外部输入的信号经过整形放大滤波分频等处理后，可将输出的方波信号送入单片机，图4.8所示是其频率测量电路。事实上，当一定频率的信号从IN 端输入电路中时，经二极管限幅，再经RC 滤波，然后送入到由LM358运放构成的比较器中，即可输出方波信号。该方波信号最后可输入到单片机中T1计数器引脚,利用T1计数器读取单位时间输入脉冲信号的个数，即对应的频率。如图4.8所示
图4.8 频率采样电路
4.5 LCD1602液晶显示
1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以他不能显示图形。如图4.9所示
图4.9 LCD1602液晶显示器
（1）管脚功能：
1602采用标准的16脚接口，其中：
电力系统谐波检测与治理的研究 摘要：目前电力系统谐波危害已经引起了各个部门的关注，为了整个供电系统 的供电质量，必须对谐波进行有效的检测和治理。 关键字：电力谐波检测治理 前言随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大，电网中电力电子元件的 使用也越来越多，致使大量的谐波电流注入电网，造成正弦波畸变，电能质量下降，不但对 电力系统的一些重要设备产生重大影响，对广大用户也产生了严重危害。目前，谐波与电磁 干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害，因而了解谐波产生的机理，研究和清除供 配电系统中的高次谐波，对改于供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的 意义。 一、电力系统谐波危害 ①谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，严重的甚至可能引发火灾。 ②谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等故障，变压器局部严 重过热，电容器、电缆等设备过热，绝缘部分老化、变质，设备寿命缩减，直至最终损坏。 ③谐波会引起电网谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统构成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会使之烧毁。 ④谐波会导致继电保护和自动装置误动作，造成不必要的供电中断和损失。 ⑤谐波会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给供电部门或电力用户带来直接 的经济损失。 ⑥谐波会对设备附近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量;重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。 ⑦谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或死机。 ⑧谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪声干扰 和图像紊乱。 二、谐波检测方法 1.模拟电路 消除谐波的方法很多，即有主动型，又有被动型；既有无源的，也有有源的，还有混合 型的，目前较为先进的是采用有源电力滤波器。但由于其检测环节多采用模拟电路，因而造 价较高，且由于模拟带通滤波器对频率和温度的变化非常敏感，故使其基波幅值误差很难控 制在10%以内，严重影响了有源滤波器的控制性能。近年来，人工神经网络的研究取得了较 大进展，由于神经元有自适应和自学习能力，且结构简单，输入输出关系明了，因此可用神 经元替代自适应滤波器，再用一对与基波频率相同，相位相差90度的正弦向量作为神经元 的输入。由神经元先得到基波电流，然后检测出应补偿的电流，从而完成谐波电流的检测。 但人工神经网络的硬件目前还是一个比较薄弱的环节，限制了其应用范围。 2.傅立叶变换 利用傅立叶变换可在数字域进行谐波检测，电力系统的谐波分析，目前大都是通过该方 法实现的，离散傅立叶变换所需要处理的是经过采样和A/D转换得到的数字信号，设待测信 号为x(t)，采样间隔为 t秒，采样频率 =1/ t满足采样定理，即大于信号最高频率分量的2倍，则采样信号为x(n t)，并且采样信号总是有限长度的，即n=0，1……N-1。这相当于对无限长 的信号做了截断，因而造成了傅立叶变换的泄露现象，产生误差。此外，对于离散傅立叶变 换来说，如果不是整数周期采样，那么即使信号只含有单一频率，离散傅立叶变换也不可能 求出信号的准确参数，因而出现栅栏效应。通过加窗可以减小泄露现象的影响。 3.小波变换 小波变换已广泛应用于信号分析、语音识别与合成、自动控制、图象处理与分析等领域。电力谐波是由各种频率成分合成的、随机的、出现和消失都非常突然的信号，在应用离散傅 立叶变换进行处理受到局限的情况下，可充分发挥小波变换的优势。即对谐波采样离散后，
文献综述 电气工程及其自动化 基于MATLAB/simulink的船舶电力系统建模与故障仿真前言 船舶电力系统是一个独立的、小型的完整电力系统，主要由电源设备、配电系统和负载组成。船舶电站是船上重要的辅助动力装置，供给辅助机械及全船所需电力。它是船舶电力系统的重要组成部分，是产生连续供应全船电能的设备。船舶电站是由原动机、发电机和附属设备（组合成发电机组）及配电板组成的。船舶电站运行的可靠性、经济性及其自动化程度对保证船舶的安全运营具有极其重要的意义。 船舶电力系统，作为一个独立的综合供电网络，既与陆上的大型供电网络有本质区别，又与由独立推进电站向推进电动机供电的情况不同。首先，船舶电力系统的电源和负载具有可比性，一般来说，船舶推进功率通常占供电网络总功率的60%-70%甚至更大，这对负载和电源的管理、系统组成、配置以及运行控制和调度提出了更高的要求。其次，在船舶电力系统中，以电力变换器与交流推进电动机的技术组合为核心的交流化技术得到了广泛的应用，而由此带来的电力谐波污染间题、变换器与电源以及传动系统之间的相互作用等问题，目前还缺乏有效的评估手段[1]。 船舶电力系统的建模方法有物理建模，数学建模，模块化建模。常用的建模软件有matlab、lingo、Mathematica和SAS等。MATLAB已经成为国际上最流行的科学计算与工程计算的软件工具，有人称它为“第四代”计算机语言，MATLAB 软件主要是由主包、Simulink和工具箱三大部分组成。船舶电力系统的故障类型有短路，断路等故障。 船舶电力系统建模方法 文献[2]采用了数学建模方法,根据柴油发电机组的动态特性,研究了船舶电力系统模型的结构和原理,建立了船舶电力系统模型,该系统可以仿真船舶电力系统的许多运行工况。给出了发电机组正常起动过程和滑油泵、侧推器先后起动时滑油泵电缆发生三相接地故障的仿真过程,对电力系统的参数整定和安全策略的选取有一定的参考价值。 文献[3]采用模块化建模方法，对船舶电力系统短路电流进行计算，船舶电力系统配电方式和保护装置选择，并对施耐德MerlinGerin品牌CompactNS系列塑壳式断路器的选型作了论述。
基于DSP的电力系统谐波检测装置的设计 摘要 随着现代电力电子设备和非线性负载的大量使用，谐波污染日趋严重，谐波己成为电力部门及其用户日益关注的问题，因此对谐波进行检测与分析具有重要的意义。本文首先介绍了国内外电力系统谐波测量装置的现状，分析了数字信号处理芯片在电力系统中的应用情况，对谐波分析的相关理论与技术进行了研究，设计了以DSP为核心的硬件与软件系统。 硬件设计方面，根据电力系统中数据采集和处理的实际特点，设计了信号的多通道采样保持和时钟转换电路，实现了多路信号的同步采样和快速转换。充分发挥了微控制器的控制功能和DSP芯片的数字信号处理优势。 软件算法方面，系统采用传统的快速付立叶变换(FFT)，对采集的电压和电流信号进行频谱分析。论文中还详细分析了信号的采样问题，以及信号的数字滤波问题。初步设计了对采集数据进行计算和处理的相关软件算法，实现了对谐波的测量功能。 本装置可以快速、准确地进行谐波的测量和分析。 关键词：DSP；谐波；同步采样；快速傅里叶变换
Abstract With the wide applications of modern power electronics equipment and nonlinear load,harmonic deterioration has increased rapidly, which has attracted great attentions by powerdepartment and users.By analyzing the situations of the electric harmonic monitoring equipments home and abroad,aiming at the demand of power department and practical application.The application of Digital Signal Processor in the electric power systems is introduced in this paper,it aims at the harmonic theories and technologies analysis and exploits a hardware floor and a software system with DSP core. The hardware design aspect, according to the electrical power system in the data acquisition and the processing actual characteristic, has designed the signal multichannel sampling maintains with the switching circuit, has realized the multi-channel signal synchronized sampling and the split-second-selection.Has displayed the micro controller's control function and the DSP chip digital signal processing superiority fully. The software algorithm aspect, the system uses the tradition to pay fast sets up the leaf to transform (FFT), carries on the spectral analysis to the gathering voltage and the electric current signal. In paper also multianalysis signal sampling question, as well as signal digital filtering question.The preliminary design has carried on the computation and the processing related software algorithm to the gathering data, has realized to the overtone survey function. This equipment may be fast, accurate carries on the overtone the survey and the analysis. Key Words：Digital Signal Processor；Harmonic；Synchronous sampling； Fast Fourier Transfer
发电厂主要检测参数 发电厂主要热工仪表及控制装置系指关系机组热力系 统安全、经济运行状态的监控仪表、调节、控制和保护装置。各发电厂应根据本厂各机组及热力系统热工仪表及控制装 置的实际配备情况,参照下列划分项目对全厂主要热工仪表及控制装置进行统汁造册。 A1 主要检测参数 A1.1 锅炉方面 汽包水位，汽包饱和蒸汽压力，汽包壁温，主蒸汽压力、温度、流量，再热蒸汽温度、压力、主给水压力、温度、流量、直流炉中间点蒸汽温度，直流炉汽水分离器水位，排烟温度，烟气氧量，炉膛压力，磨煤机出口混合物温度，煤粉仓煤粉温度、燃油炉进油压力、流量，过热器管璧温度，再热器管壁温度。 A.1.2 汽机、发电机方面 主蒸汽压力、温度、流量，再热蒸汽温度、压力，各级抽汽压力，监视段蒸汽压力，轴封蒸汽压力，汽机转速，轴承温度，轴承回油温度，推力瓦温度，排汽真空，排汽温度，调速油压力，润滑油压力，供热流量，凝结水流量，轴承振动，发电机定子、转子冷却水流量，轴向位移指示，差胀，汽缸膨胀，汽缸与法兰螺栓温度，发电机定子线圈及铁芯温度、发电机氢气压力。
A⒈3 辅助系统方面 除氧器蒸汽压力，除氧器水箱水位，给水泵润滑油压力，高压给水泵轴承温度，热网送汽、水母管水温度、流量、压力以及公用系统的重要测量参数。 A2 主要自动调节系统 协调控制，汽包水位控制，主汽温度控制，再热器温度控制，主汽压力控制，送风控制，吸风控制，汽轮机转速、负荷控制，直流锅炉中间点温度控制，汽机轴封压力控制，汽机旁路控制，汽机凝汽器水位控制，高、低压加热器水位控制，除氧器压力及水位控制，一次风压控制，磨煤机负荷、温度控制（直吹系统）。 A.3 主要热工保护系统 A.3.1 锅炉方面 总燃料跳闸（MFT）保护（包括：炉瞠火焰保护，燃料全停保护，送风机全停保护，引风机全停保护，空气予热器全停保护，给水泵全停保护，通风量低于25%或30%保护，一次风机全停保护等），炉膛压力保护，饱和蒸汽压力保护，过热蒸汽压力保护，再热器压力保护，再热器汽温高保护，手动紧急停炉保护，汽包水位保护，燃油雾化介质压力低保护，直流炉断水、分离器水位保护，机跳炉保护等。 A.3.2 汽机、发电机方面 汽机轴向位移保护，汽机超速保护，润滑油压保护，凝
本科生毕业论文(设计)题目电力系统谐波检测算法分析 学生姓名 学号 学院电子与信息工程学院 专业电子信息工程 指导教师 二Ｏ一九年五月二十日
目录 1 绪论 (3) 1.1 谐波检测的目的及意义 (3) 1.2 国内外研究现状及发展趋势 (3) 1.3 课题研究内容 (4) 2 电力系统谐波简介 (4) 2.1 谐波的基本概念 (4) 2.1.1 什么是谐波 (4) 2.1.2 谐波的表示方法 (5) 2.1.3 谐波的特征量 (6) 2.2 谐波产生的原因 (6) 2.3 谐波的危害 (7) 2.4 电力系统谐波检测方法 (7) 3 基于瞬时无功功率的电力谐波检测技术 (8) 3.1 传统功率理论 (8) 3.2 三相瞬时无功功率 (9) 3.3 p-q谐波检测法 (11) 3.4 ip-iq谐波检测法 (12) 3.5 d-q谐波检测法 (13) 4 改进型ip-iq谐波检测法 (14) 4.1 调节LPF截止频率 (14) 4.2 增加PI调节器 (15) 5 仿真与分析 (16) 5.1 MATLAB简介 (16) 5.2 仿真模型的建立 (17) 5.2.1 p-q谐波检测法仿真模型 (17) 5.2.2 ip-iq谐波检测法仿真模型 (20) 5.2.3 d-p谐波检测法仿真模型 (23) 5.2.4 改进型ip-iq谐波检测法仿真模型 (24) 5.3 仿真实验 (25) 5.4 波形分析 (29)
5.5 本章小结 (29) 6 总结 (30) 参考文献 (30) 致谢 (33)
电力系统谐波检测算法分析 摘要：本篇论文，旨在针对电力系统谐波所涉及的算法检测过程，进行相对深入的细致研究。其中，本文着重于针对以三相瞬时无功功率理论为基础，而积极构建出的谐波电流检测算法，进行科学合理的综合探究，并深入阐述基于该理论的p-q、i p?i q、d-q这三种算法的原理，并在MATLAB平台上构建相应仿真系统，验证三种算法的可行性，对比三种算法的优劣，其中i p?i q算法检测谐波时更加精准迅速，适用范围更广，通过借助PI调节器以及更改LPF的参数，改进其中的i p?i q算法，进一步增加其谐波检测的精准度，实验结果表明，改进后的i p?i q 算法在检测精度上，较改进之前而言有较大提高。 关键词：谐波检测；瞬时无功功率； p-q；i p?i q； d-q；
毕业设计论文 题目：基于有源滤波器和FFT的电力系统谐波检测方法研究
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
一种电子装置的测试系统，包括一主控制端及一可水平且上下移动的测试台，其中该主控制端是与该测试台相连接，令该测试台可依主控制端的指令，对电子装置进行各种测试，而测幅式台上可安装各种测试器具，当将待测试的电子装置与该主控制端相连接，进行测试时，该主控制端可操控测试台上的该测试器具，令其接近待测电子装置，并于待测电子装置上模拟各项实际使用的动作，此时，该待测电子装置将依该测试器具的模拟动作进行处理，同时并将处理信号，传送至该主控制端，如此，该主控制端即可依据各测试器具所模拟的动作，及待测电子装置的处理信号，判断待测电子装置是否可正常工作，并输出测试结果。 技术要求 1.一种电子装置的测试系统，其特征在于，包括： 一主控制端，是与待测电子装置相连接；
一测试台，是与该主控制端相连接，其上设有一可水平左右移动并 可上下移动的安装台，该安装台上可安装各种测试器具，令其可依主控制端的指令，操控该安装台移动，使测试器具被移动至接近待测电子装置，可进行测试的位置上，进行模拟各项实际使用动作的测试，以便该待测电子装置依测试器具的信号进行处理，同时并将处理的信号，传送至该主控制端，使该主控制端可将待测电子装置处理的信号，与其事先设定的数值相比较，而判断该待测电子装置是否可正常工作，并输出测试结果。 2.如权利要求1所述的电子装置的测试系统，其特征在于，其中该 主控制端可为一电脑主机，该电脑主机是与一交流电源、一屏幕、一键盘及一鼠标相连接，以便该交流电源能供应电力，使电脑主机执行处理资料或程序，并将处理中或完成处理的数据传送至屏幕，进行画面显示，同时该键盘、鼠标可将被输入的指令或数值，传送到该电脑主机，令该电脑主机进行处理该等指令或数值。 3.如权利要求2所述的电子装置的测试系统，其特征在于，其中该 测试台上设有一可水平左右移动并可上下移动的安装台，该安装台上安装有一测试器具，该测试台并与该电脑主机相连接，令其可依该电脑主机传送的指令，将测试器具位移至接近待测电子装置，可进行测试的位置上，该测试台与一交流电源相连接，令该交流电源提供该测试台、测试器具作动时所需的电力。 4.如权利要求3所述的电子装置的测试系统，其特征在于，其中该 待测电子装置是与一交流电源相连接，令该交流电源供应该待测电子装置作动时所需的电力。 5.如权利要求4所述的电子装置的测试系统，其特征在于，其中该 测试器具可为一手写笔。 6.如权利要求4所述的电子装置的测试系统，其特征在于，其中该 测试器具可为一发音器。
《虚拟仪器技术》课程设计任务书(三) 题目：谐波测量分析系统设计 一、课程设计任务 随着科学技术的发展，各种电子产品在电力系统中得到大量应用，特别是各种非线性负载包括可控整流传动装置及高压直流输电系统的投入，以及各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，理想电力系统的近似程度变差，直接表现是电网中的电压和电流波形产生周期性畸变。电网中除了与供电电源同频率的正弦量(称为基波分量)以外，还出现了一系列大于基波频率整倍数的正弦波分量(高次谐波分量)。这一系列正弦分量统称为电力谐波。当电网中存在的谐波成分超过一定指标，轻者增加能耗，缩短设备运行寿命，重则造成停电事故，直接影响安全生产。所以，对电网中谐波含量准确的测量，确切掌握电网中谐波的实际状况，对于防止谐波危害、维护电网的安全运行是十分必要的。 LabVIEW具有强大的信号分析与数学运算功能，在它的数学分析库中包含了数以百计的VI 程序，能够进行各种时域与频域信号分析。 本课题通过虚拟仪器LabVIEW图形化软件开发平台，设计一种谐波测量分析系统。本课题中系统的功能实现采用虚拟仪器技术的思想，选择开放式的LabVIEW虚拟仪器软件开发平台，将LabVIEW软件引入到谐波测量分析系统中，能模拟测量低压配电系统的基波电流，基波频率，总畸变率THD、thd，2－31次各次谐波电流含有率等参数。具体指标与要求如下： (一) 要求设计一个通道的正弦信号发生器以模拟实际电流，具体要求为： 1、频率围：0.001Hz～100KHz； 2、幅值：0～200A，可选； 3、直流偏置：0～100V，可选； 4、可调整幅值、相位、频率；调整后无须重新启动（提示：用循环结构）； 5、在产生的信号中可以加入高斯噪声。 (二) 谐波测量分析系统能模拟测量低压配电系统的基波电流，基波频率，总畸变率THD、thd，2－31次各次谐波电流含有率、直流含量等参数。 (三) 谐波测量分析系统可以对产生的正弦信号进行频谱分析，得到相关的频谱图。 （四）所有测量分析的参数都要在系统前面板中进行显示，所产生的正弦信号及其频谱图要求分别进行波形显示。
10kV电力系统配电网络的智能化研究戴伟栋 发表时间：2019-06-25T11:38:29.757Z 来源：《基层建设》2019年第7期作者：戴伟栋[导读] 摘要：在二十一世纪信息技术迅猛发展的时代，智能已经被应用到人们生活的各个方面，如智能手机、智能冰箱、自动门等不计其数的智能机器，甚至发展为人类服务的机器人。 上海励能电力工程设计有限公司上海 200240摘要：在二十一世纪信息技术迅猛发展的时代，智能已经被应用到人们生活的各个方面，如智能手机、智能冰箱、自动门等不计其数的智能机器，甚至发展为人类服务的机器人。这些智能机器改变了人们的生活和衣着，提高了人们的生活质量，为人类作出了巨大的贡献。作为二十一世纪人类不可或缺的重要系统，电力系统正随着高科技的迅猛发展向智能化方向发展。 关键词：10kV；电力系统；网络智能化 110kv电力系统配电网络智能化对设备开关的要求 10kv电力系统配电网络智能化的实现与设备开关的配合息息相关，其对设备开关的要求具体如下。 1.1设备开关必须小型、无油、绝缘且功耗低 事实证明，大型、耗油型、低功耗设备开关与时代发展水平相差甚远，作为智能配电网，设备开关必须足够先进。因此，10kv配电网的智能必须配备小、无油、绝缘、低功率的设备开关，以真正提高配电网的智能从基本硬件设施。 1.2设备开关要兼具电动和手动功能 10kv配电网的设备开关应具有电功能和手动功能。电力功能是反映配电网的智能，在运行过程中实现无人操作和电力系统的智能启动和关闭。同时，手动开关是为了确保在电气开关发生故障或其他紧急情况时，配电网能够正常控制。 1.3设备开关的状态信号必须同时包含刀闸信号、开发分合闸的位置等 设备开关状态信号是向人们显示10kv电力系统配电网信息的重要信号。为了保证配电网的正常运行，这些状态信号必须同时包括刀门信号和开关开关的位置信号。使员工能及时得知分销网络的运作情况，并在发生意外时采取有效措施。 2智能化配电网存在的现实问题 2.1快速保护 与现代变压器相比，传统变压器在智能电网技术环境下功能较大，数据由变压器直接传输到保护开关。在这个传输过程中，有许多链接需要添加。将单元合并为新单元会增加传输时间。这将延长智能终端保护的运行时间。 2.2安全性 在过去的几年里，中国的分销网络采用了点对点的方式来实现网络通信。由于这种传输方式的高安全性，且在信息传输过程中，信息传递操作能力相对稳定。因此，当信息在当地交换时，安全级别很高，不容易受到攻击，因此不会造成系统破坏。与传统的配电网相比，智能配电网可以更紧密地连接各个部门。 2.3安全可靠性 传统变压器在传统设备上使用时，需要在基本设备上加以改进。他们需要在传统设备中进行创新，安装新的部件，最好安装有活性的电子元件。这是一种电动装置。使用时需要长期供电。这将降低变压器的运行能力，降低变压器的稳定性和可靠性。同时，在高压网络中使用电子变压器。一般来说，使用的效果并不明显，会受到电磁场的影响，从而降低了操作能力。如果你想充分使用它，你应该进行特殊的处理，以确保设备的效率。光学变压器的性能是可以行使的。一般受外界温度的限制，直接影响设备的稳定性。 3智能化配电系统模式运用 3.110kV电力系统配电网络的智能化 配电网智能化是一种具有通信功能的智能设备。它由数字通信和计算机网络系统组成，以促进变电站相关设备管理和运行的智能化。它由开关、发动机和动力设备组成，可以独立于系统限制之外工作。提高了电力设备的实用性和安全性。该智能电力系统能够实现数据故障分析、数字通信、远程运行和程序控制，以及事件记录、实时采集、恒值保护管理和各种设备信息保护管理，从而更有效地利用智能电力设施。10kv电力系统设备复杂，分布广泛，操作多且繁琐。因此，它容易发生故障，会干扰电磁波，影响整个系统的运作。而智能配电网可以对电力系统进行自动管理，并能有效地控制复杂的电力系统，保证电力系统的正常运行。 3.2智能化配电网络对于设备开关存在的要求 智能化配电网络和设备开关的运行是不可分割的，通过前端机对设备开关进行远程操作可以实现对网络系统的故障调解以及隔离。同时，它在收集信息和数据时，也是需要设备开关来密切配合的，通过它的接口收集到所需信息。为了实现这些目标，对于设备开关提出了许多要求：设备开关必须有手动和电动两种功能；设备开关要绝缘、轻便，同时具有无油化、耗能小等功能；设备开关要安装状态信号灯作出提示，包括弹簧储能信号、开关闸信号、电池感应信号等；同时，设备开关要采用尽可能小的直流，比如48V或24V，电压互感器和电流互感器是不可缺失的，电流容量最好在50~100A之间，以免过大或太小；控制接口要有分闸和合闸的控制接点。 3.310kV配电网络智能化的应用模式 智能配电网系统是由美国能源控制公司发明的。该系统以变电站综合监控平台为基础，主要对电力系统进行实时监控。它还配备了与主机相连、具有超强通信能力和抗干扰力的前置截面机，实现了与变压器主机完美合作的目标。当然，在前端机器下面有一个现场总线网络。实现了与变电站的无缝连接，优化了配电网管理系统。同时，智能配电系统提高了配电设施的灵活性，与其他智能机器具有良好的兼容性，也满足了配电网络的开放性。解决了不同用户的需求，在城市电力系统的应用中发挥了重要作用。 3.4物联网技术应用 物联网技术是提高10kv电力系统配电网络智能化性能的一种重要技术，它通过RFID手段、传感技术和智能定位科技对事物进行检测并通过互联网完成信息的传输的一种技术，在工作过程中还能不断地进行信息的完善和补充。在10kv电力系统配电网络中，物联网技术提高了先进的网络技术环境，使得配电网络得以实现智能化。目前，由于智能电气的普及，智能化逐渐进入了人们的生活中，人们对用电智能化的需求要在逐渐增大，而物联网技术通过对10kv电力系统配电网络的实时监测，大大满足了人们的这种需求。 3.5自动控制计量技术应用
风力发电机运行中电力和风力参数的监测 风力发电机组需要持续监测的电力参数包括电网三相电压、发电机输出的三相电流、电网频率、发电机功率因数等。这些参数无论风力发电机组是处于并网状态还是脱网状态都被监测，用于判断风力发电机组的起动条件、工作状态及故障情况，还用于统计风力发电机组的有功功率、无功功率和总发电量。此外，还根据电力参数，主要是发电机有功功率和功率因数来确定补偿电容的投入与切出。 1．电压测量 电压测量主要检测以下故障： (1)电网冲击 相电压超过450V 0.2s。 (2)过电压 相电压超过433V 50s。 (3)低电压 相电压低于329V 50s。 (4)电网电压跌落 相电压低于260V 0.1s。 (5)相序故障。 对电压故障要求反应较快。在主电路中设有过电压保护，其动作设定值可参考冲击电压整定保护值。发生电压故障时风力发电机组必须退出电网，一般采取正常停机，而后根据情况进行处理。 电压测量值经平均值算法处理后可用于计算机组的功率和发电量的计算。 2．电流测量 关于电流的故障有： (1)电流跌落 0.1s内一相电流跌落80%。 (2)三相不对称 三相中有一相电流与其他两相相差过大，相电流相差25%，或在平均电流低于50A时，相电流相差50%。 (3)晶闸管故障 软起动期间，某相电流大于额定电流或者触发脉冲发出后电流连续0.1s为0。 对电流故障同样要求反应迅速。通常控制系统带有两个电流保护即电流短路保护和过电流保护。电流短路保护采用断路器，动作电流按照发电机内部相间短路电流整定，动作时间。0～0.5s。过电流保护由软件控制，动作电流按照额定电流的2倍整定，动作时间1～3s。电流测量值经平均值算法处理后与电压、功率因数合成为有功功率、无功功率及其他电力参数。 电流是风力发电机组并网时需要持续监视的参量，如果切人电流小于允许极限，则晶闸管导通角不再增大，当电流开始下降后，导通角逐渐打开直至完全开启。并网期间，通过电流测量可检测发电机或晶闸管的短路及三相电流不平衡信号。如果三相电流不平衡超出允许范围，控制系统将发出故障停机指令，风力发电机组退出电网。 3．频率 电网频率被持续测量。测量值经平均值算法处理与电网上、下限频率进行比较，超出时风力发电机组退出电网。 电网频率直接影响发电机的同步转速，进而影响发电机的瞬时出力。 4．功率因数
随着我国工业化进程的迅猛发展，电网装机容量不断加大，电网中电力电子元件的使用也越来越多，致使大量的谐波电流注入电网，造成正弦波畸变，电能质量下降，不但对电力系统的一些重要设备产生重大影响，对广大用户也产生了严重危害。目前，谐波与电磁干扰、功率因数降低被列为电力系统的三大公害，因而了解谐波产生的机理，研究和清除供配电系统中的高次谐波，对改于供电质量、确保电力系统安全、经济运行都有着十分重要的意义。 一、电力系统谐波危害 ①谐波会使公用电网中的电力设备产生附加的损耗，降低了发电、输电及用电设备的效率。大量三次谐波流过中线会使线路过热，严重的甚至可能引发火灾。 ②谐波会影响电气设备的正常工作，使电机产生机械振动和噪声等故障，变压器局部严重过热，电容器、电缆等设备过热，绝缘部分老化、变质，设备寿命缩减，直至最终损坏。 ③谐波会引起电网谐振，可能将谐波电流放大几倍甚至数十倍，会对系统构成重大威胁，特别是对电容器和与之串联的电抗器，电网谐振常会使之烧毁。 ④谐波会导致继电保护和自动装置误动作，造成不必要的供电中断和损失。 ⑤谐波会使电气测量仪表计量不准确，产生计量误差，给供电部门或电力用户带来直接的经济损失。 ⑥谐波会对设备附近的通信系统产生干扰，轻则产生噪声，降低通信质量；重则导致信息丢失，使通信系统无法正常工作。 ⑦谐波会干扰计算机系统等电子设备的正常工作，造成数据丢失或死机。 ⑧谐波会影响无线电发射系统、雷达系统、核磁共振等设备的工作性能，造成噪声干扰和图像紊乱。 二、谐波检测方法 1.模拟电路 消除谐波的方法很多，即有主动型，又有被动型；既有无源的，也有有源的，还有混合型的，目前较为先进的是采用有源电力滤波器。但由于其检测环节多采用模拟电路，因而造价较高，且由于模拟带通滤波器对频率和温度的变化非常敏
船舶电力系统中的谐波检测方法综述 船舶电力系统是一个独立的、小型的完整电力系统，由于整流型，冲击性等非线性负荷的存在，所以对比陆地大电网，船舶电力系统有着更加严重的电能质量问题，而其中最主要的问题就是谐波，谐波会使船舶电网供电质量指标严重下降，同时使得电网各个部件运行情况恶化。所以如何更快速更准确的测量出系统中的谐波与简谐波，成为了全世界的焦点。文章主要介绍了目前流行的谐波检测方法，并详细论述了各种检测方法上的优势与不足，以便在检测过程中选择更加恰当的方法。 标签：船舶电力系统；谐波；检测方法 1 概述 船舶電力系统是一个独立的系统，随着电力技术的飞速发展以及科技的进步，船舶电力系统已经从早期的单一照明供电，逐渐发展成现代的船舶电力。然而，正是由于大量半导变流器的普遍投入使用，以及电力技术的应用，这使得船舶电力系统中的谐波污染日益严重[1]。 谐波会造成电动机的电机和变压器的附加损耗，并且产生噪声、过热现象、谐波过电压以及机械振动，甚至会损坏变压器与电机。同时谐波会引起，电流变化率电压变化率过高或产生过热效应，控制系统误差，会给换流装置带来影响、并且引起晶闸管故障[2]。高次谐波也会对线路以及通讯设备带来干扰，从而产生电力测量仪表中的误差。 而谐波问题涉及面很广，其中包括畸变波形、谐波抑制的分析方法、谐波潮流计算、电网谐波潮流计算、谐波测量、谐波源分析以及谐波限制标准等[2]。谐波检测是谐波问题的一个重要分支，也是研究谐波问题的基础与出发点。 2 基于傅里叶变换的谐波检测算法 虽然加窗插值法能够减小一定的误差，但为了检测出信号中所有的间谐波和谐波分量，窗宽在大多数情况下可能会高达几十个信号周期，并且容易受噪声干扰，这对实时检测是不利的。 3 基于小波变换的谐波检测方法 小波变换是将信号与一个时域和频域均具有局部化性质的平移伸缩小波基函数进行卷积，将信号分解成位于不同频带时段上的各个成分。小波变换是在工程应用中最重要的是最优小波选择，目前主要是通过小波分析处理信号的结果与结论的误差来判定小波的好坏，并由此选择小波基。 特殊地，取a0=2，b0=1，可以得到二进小波（Dyadic Wavelet），相应的变
有源电力滤波器中的谐波检测电路设计 摘要：针对现在有源电力滤波器中谐波检测的缺陷，设计出一种基于DSP、AD756和MAX260等硬件相结合的谐波检测电路。分析了ip-iq谐波电流检测算法，并且在硬件上实现。介绍了硬件结构原理，给出硬件设计框图和谐波检测各部分的程序流程，并研制出谐波检测电路。实验结果验证了谐波检测的快速性和准确性，系统运行稳定可靠，有较好的应用前景。关键词：谐波检测；TMS320F2812；AD7656；PLL；MAX260；C8051F330 对于有源电力滤波器(APF)而言，实时准确地检测出谐波电流是非常关键的，它的快速性、准 确性、灵活性以及可靠性直接决定APF的补偿性能。设计的谐波检测电路检测出的多路模拟信号会有一定的延迟性，这会大大影响APF计算谐波的精确性和准确性。本文中谐波检测装置所用的AD7656具有6路同步采样特性，克服了测量结果之间延迟的缺点，使得测量精度高。以上优点弥补了目前APF中谐波电流检测技术的缺陷，而且抗混叠滤波器、隔离放大器、过零检测电路、锁相倍频电路的设计增强了检测的精确性。1 装置整体运行原理及相关算法1．1 装置运行原理图1为并联型有源电力滤波器的原理结构框图。图中，交流电网对非线性负载电，非线性负载为谐波源，产生谐波并且消耗无功功率。有源电力滤波器由4部分组成：谐波电流检测电路、电流跟踪控制电路、主开关器件驱动电路和主电路。谐波电流检测电路采用基于瞬时无功功率理论的ip-iq算法，根据有源电力滤波器的补偿目的检测出负载电流中的谐波分量，同时还要检测直流侧母线电容电压。然后将这些信号输入电流跟踪控制电路，通过控制算法生成一系列PWM信号，以此作为补偿电流的指令信号。这些信号经过电平转换后输入主开关器件驱动电路，驱动主电路中的主开关器件。此时，APF 产生并向电网注入补偿电流，该电流与非线性负载电流相位相反，幅值为负载
电力系统都有哪些设备 由各极电压的电力线路将发电厂，变电所和电力用户联系起来形成一个发电，输电，变电，配电和用电的整体，这个整体就称为电力系统，系统中的电网，用电设备，发电机，变压器等称为电力系统设备． 系统中的一次设备是指发、输、配电的主系统上所使用的设备.如发电机、变压器、断路器、隔离开关、母线、电力电缆和输电线路等. 系统中的二次设备是指对一次设备的工作进行控制、保护、监察和测量的设备.如测量仪表、继电器、操作开关、按钮、自动控制设备、计算机、信号设备、控制电缆以及提供这些设备能源的一些供电装置等
FAS系统 FAS(Fire Alarm System)是火灾报警系统。火灾报警系统，一般由火灾探测器、区域报警器和集中报警器组成；也可以根据工程的要求同各种灭火设施和通讯装置联动，以形成中心控制系统。 1 系统介绍 2 基本组成和运行模式 3 系统主要功能 系统介绍 FAS(Fire Alarm System)是火灾报警系统 概述
火灾报警系统(FAS)具有自己的网络结构和布线系统,以实现在任何情况下,该系统都可以独立的操作、运行和管理。随着计算机技术和网络技术的发展,火灾报警系统已具有同楼宇管理系统(BMS)联网的能力,并提供楼宇自控系统、综合保安管理系统、广播系统以及有线/无线通讯系统等在发生火灾时提供相应的联动功能。火灾自动报警信息系统，又称“城市消防远程监控系统”，是对联网用户的火灾报警信息、建筑消防设施运行状态信息、消防安全管理信息进行接收、处理和管理，向城市消防通信指挥中心或其他接处警中心发送经确
认的火灾报警信息，为公安消防部门提供查询，并为联网用户提供信息服务的系统。 基本组成和运行模式 FAS系统主要由火灾报警监控终端、报警监控通信网、报警监控中心三部分组成。 组成框图 通过现代通信网络技术，以计算机网络和无线通信为基础，充分运用现代计算机、通信、控制与信息综合决策的先进技术和感烟、感温、感光等火灾报警设备，通过网络化管理实现对建筑消防设施运行的远程、实时监控。系统主要功能
－54－ 科技论坛 浅析电网电力参数的采样与测量 战媛 （哈尔滨第二电业局，黑龙江哈尔滨150000） 在频率偏离50Hz 时，非周期采样导致FFT 算法出现栅栏效应和频谱泄漏现象，致使测得的电流、电压幅值、频率和相角偏离实际值，测量精度难以满足实际需求。采用整周期采样，一方面能方便快速Fourier 分析，对周期性信号进行分析不会产生频谱泄漏现象；另一方面，和定时采样相比，整周期采样的数据量小，便于存储和处理。本文对实现整周期同步采样的两种方法：锁相环倍频技术和虚拟仪器软跟踪技术进行了讨论。1整周期采样目前，对测试信号进行时-频域变换的主要算法是快速傅里叶变换，其理论基础是傅里叶级数。一个周期信号，当满足Dirichlet 条件时，可以表示为一个傅里叶级数： (1)式中ω0———基频圆频率。从傅里叶级数式中可知，任意一个周期函数，只要满足一定条件都可以分解为基频的谐波与整数倍基频的高次谐波之和；即周期函数的频谱实际上是由一系列与基频成整数倍关系的离散频谱构成。根据对离散Fourier 算法（DFT ）的分析可知，对周期信号进行多段谱平均时，如果每段样本长度恰好等于信号周期长度的整数倍，则DFT 所得离散频谱与信号真实频谱完全相吻合；反之，由于样本截断长度的随机性，经过DFT 的周期延拓处理，将使信号产生较大的畸变，在所得离散频谱中产生许多不可知的虚假频率成分，当信号频域较宽且基频较低时，用多段平均的方法消除随机截断差效果并不明显。因此，对信号先进行整周期截断，再作谱平均，可从理论上消除随机截断误差。整周期采样就是指对周期信号采样时根据信号的基频选择相关的采样参数(采样频率、触发方式、截断长度)，以便对时域信号进行无随机截断误差的FFT 和多段谱平均处理的采样方法。整周期采样的主要目的是为了满足在计算机上进行快速傅里叶变换时对数据点数的要求，因此整周期采样就保证采样所得离散数据每一段(进行FFT 处理的数据长度单位，必须等于2n ，n 为整数，一般取1024或2048)正好包含周期信号的一个完整周期或其整数倍。在现场工况下，随测试对象不同信号的周期也在变化，即使是同一对象，其信号的周期也是波动的。在这种情况下，整周期采样的实现有赖于两点：一是采样频率，采样频率必须是信号基频的整数倍；二是触发方式，采样触发点关系到信号样本的一致性，亦即分析结果的可比性；三是截断长度，采样所得信号样本应包含信号的一个完整周期或其整数倍。2锁相环倍频法利用锁相环倍频技术实现的整周期同步采样电路，通过测量电路（锁相环倍频）处理电网电压和电流取样信号，并利用整周期同步采样电路和A/D 转换器实现对被测信号的离散化和数字化采样。通过对采集到的时域信号作频谱分析处理获得电网电流和电压的总畸变率和各次谐波分量的值。锁相环主要由鉴相器（PD ）、环路滤波器（LF ）和压控振荡器（VCO ）等三部分组成。锁相倍频，就是通过环路将压控振荡器(VCO)的输出频率锁定在输入信号的某次谐波频率上，倍频电路由锁相环和的N 进计数器构成，计数器插入在VCO 输出和鉴相器(PD)之间。 这样，当锁相环锁定时，计数器输出信号频率(f O /N)和锁相环输入信号频率（f i ）相等，从而在计数器时钟输入端（即VCO 输出端）得到N 倍频输出信号f O =Nf i ，其原理框图如图l 所示。图1锁相环倍频电路原理框图整周期同步采样电路，首先对电网取样信号U i (t)进行带通滤波，取出电网基波信号(基波频率f i )，然后对它作整形处理，获得与基波信号频率一致的方波信号，将它进行锁相倍频，获得输出频率f O =Nf i 的方波信号，随后将此信号经过一个单稳电路获得整周期同步采样脉冲信号。3LabVIEW 频率软跟踪随着现代工业、交通的发展，影响电能质量的因素越来越复杂各种非线性电力负荷的增加严重影响了用电设备的正常使用，以及电力参数的准确计量和电能量参数测量仪器的准确校验。传统的电能量参数检测系统以硬件为核心，体积大功能单一，己无法满足日渐复杂的电力参数测试。近年来，计算机技木的迅猛发展为虚拟仪器（Virtual Instrument ，VI ）的发展与应用奠定了基础，使仪器仪表发生了根本性的变革，传统的以硬件为主体的检测装置迅速向虚拟仪器方向发展。虚拟仪器充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示功能。它以信号处理为系统软件核心，用计算机显示器取代传统检测设备的面板，组建方便，网络功能强，开创了“软件即仪器”的先 河，迅速获得推广应用。为此，研制、开发基 于虚拟仪器技术的电力参数测量仪成为趋势。 该类仪器数据处理能力强，图形化显示直观， 保存与打印结果方便，系统功能更新便捷。 图2为仪器的构成框图。被测交流电压、 电流信号经仪器电压取样单元、电流取样单元 后，变成-5~＋5V 交流测量信号，经测量模 块（包括滤波、采样保持、信号调理、整形电 路、鉴相电路等）处理后通过通信接口1送入 计算机系统，由计算机系统进行相应的分析处 理，显示电压、电流、频率、功率、相位、闪 变、谐波等电力参数的测量结果。通过通信接 口2，仪器可以实现与其它智能系统的信息交 换或打印输出信息。图2虚拟仪器频率软跟踪构成框图电网中的频率不是恒定不变的。为了保持在一个周期内采样点数恒定，就需要采用跟踪采样技术。前面论述了采用锁相环的硬件频率跟踪电路，其硬件成本较高，仪器灵活性低，为了解决这个问题，下面来讨论采用虚拟仪器实现频率跟踪。电力系统的频率变化主要受变化周期10s-3min 的脉动分量负荷及变化非常缓慢的持续分量的影响，因此，采用频率软跟踪的方法具有可行性。虚拟仪器系统首先使用数据采集卡对被测信号采样3次，每次采样几个工频周期，分别计算频率，最后取频率的平均值，以此来确定实际采样率。在测频部分，为了滤除可能会使一个电压周期含有多于两个的过零点的谐波、扰动、噪声等高频分量，在频率计算前加入一个低通滤波器。频率计算主要分为过零检测和频率计算两个部分，过零检测是从数字滤波器输出的基波数据中找出第一个大于或等于零的点，并将其置1，其余数据全部置0。频率测量由LabVIEW 中的布尔逻辑函数和移位寄存器、for 循环结构来实现，然后用峰值检测VI 找出过零点对应的索引值，并通过索引值之差以及实际采样时间间隔，计算出周期和频率的大小。周期的最大绝对误差取决于采样间隔。频率软跟踪技术在测量电流、电压和平均功率等电力参数时可以简化运算，有效地抑制由于频谱泄漏效应引起的误差，提高测量系统的精度。摘要：对电网电压和电流的基波幅值的测量分析，通常是采用快速Fourier 变换(FFT)实现的。随着冶金、化工和电气化铁路等换流设备及其它 非线性负载不断引入电力系统，大量谐波注入电网，造成电网系统中谐波含量急剧上升和电压波形严重 “畸变”，电网的频率往往是波动的，使得采样很难做到对被测信号进行整周期截断。为此，文章讨论了两种整周期采样实现方法：锁相环倍频法和虚拟仪器频率软跟踪法。 关键词：整周期采样；锁相环；LabVIEW áá?()cos()áááf t a A n t w j ??=++?