C题 简易电能质量监测装置

题目: 简易电能质量监测装置论文编号：参赛学校：参赛学生：指导教师：目录引言 (1)1方案论证与设计 (1)2原理分析与硬件电路图 (2)2.1升压部分电路图 (2)2.2整形部分电路图 (3)3软件设计与流程 (4)3.1理论分析与计算： (4)3.2程序流程图： (5)3.3主要程序分析： (6)3.3.1频率测量函数： (6)3.3.2相位差测量函数： (6)3.3.3ADC采集函数： (7)3.3.4计算函数：.............................. 错误!未定义书签。

4系统测试与误差分析 (10)4.1测试环境 (10)4.2测试仪器 (10)4.3测试方法.................................. 错误!未定义书签。

4.4测试结果和分析............................ 错误!未定义书签。

4.5误差产生原因分析 (11)5总结 (12)参考文献 (12)简易电能质量监测装置摘要：本简易电能质量监测装置由单片机主控制模块，电源模块、信号变换与处理模块和数据转换模块等构成，由c8051f020为主控单片机，它能准确的完成对一路交流工频电（有失真的正弦波）的频率、电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数和谐波占有率的进行测量。

系统调试时，用函数信号发生器输出正弦电压信号作为交流信号的电压信号输入，此电压信号经过自制的移相电路移相后代表同一路信号的电流信号输入。

关键字：电能质量单片机工频交流电移相电路引言随着相位测量技术广泛应用于国防、科研、生产等各个领域，对相位测量的要求也逐步向高精度、高智能化方向发展，在低频范围内，相位测量在电力、机械等部门有着尤其重要的意义，对于电能质量监测，用传统的模拟指针式仪表显然不能够满足所需的精度要求，随着电子技术以及微机技术的发展，数字式仪表因其高精度的测量分辨率以及高度的智能化、直观化的特点得到越来越广泛的应用。

简易电能质量检测装置设计方案一、系统设计方案及原理图1.1 总体设计思想通过分析赛题得，本检测装置主要有主控制器模块、显示模块、按键模块和信号变换与处理模块等组成，系统整体框图如下图1所示。

图1 系统整体框图单片机只能处理数字量，其I/0口的TTL电平有一定的限制：一般高电平在2.4V-5V之间，低电平在0V-0.4V之间，并且模数转换器一般只能采样正的信号值，故输入的交流电压与电流信号要分别经电压变换与处理模块和电流变换与处理模块处理后，才能送数模转换器进行采样与量化处理。

其工作过程为：主控制器模块将数模转换器输入的数据处理后，通过显示模块进行显示，按键模块可通过主控制器模块，来间接控制显示模块显示容的切换。

1.2 主要单元模块电路图及分析1.2.1 电源部分电路图2 电源部分电路图为便于本试题的设计与制作，设定待测的100～500V交流输入电压、10～50A交流输入电流均经由相应的变换器转换为对应的1～5V交流电压。

设计中，通过采样保持电路实现了对电压和电流两路信号的分别保持，保证了电压信号和电流信号采样的同时性，从而确保了功率测量的准确性。

1.2.2 单片机主控制电路图3 主控制器部分原理图电源电路提供稳定的+3.3V工作电压，时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号，复位电路使单片机实现初始化状态复位。

C8051F340中的串行接口能方便的与其它串行传送信息的外围设备实现双机，多机通信。

它的部有一个10位SARADC和一个差分输入多路选择器，可提供10位AD转换电路。

系统用C8051F340作为MCU，通过LF353运放，进行整波，并用18V稳压源进行稳压。

利用RC震荡电路实现一个信号输入同时产生电压与电流信号输入的效果，来得到其波形的相位差。

同时通过调节连端的电阻来校正输入数据的准确程度。

因为模数转换器ADC不能采集二维数轴负半轴的信号，所以要在电压和电流两个数模转换通道前各加一个波形移位电路，其原理图如上图3所示，使输入波形不失真的全部移到二维数轴的正半轴以上。

在线电能质量监测装置一、引言电能质量监测在现代社会中变得日益重要。

随着工业化和数字化进程的加快，人们对电力质量的要求也越来越高。

为了满足这一需求，不断涌现出各种电能质量监测装置。

本文将重点介绍一种在线电能质量监测装置的原理、组成及作用。

二、原理在线电能质量监测装置的原理基于对电能进行实时监测和分析。

通过收集电压、电流等参数的波形数据，并进行相应的处理和分析，可以准确地评估电能质量，并实时监测电网的运行状态。

这些监测数据为电力系统的正常运行提供了重要参考。

三、组成在线电能质量监测装置通常由以下几个部分组成：1.数据采集模块：负责采集电网中的电压、电流等参数，将采集到的数据传输给监测系统；2.监测系统：对数据进行处理、分析和展示，提供实时监测和报警功能，确保电网的正常运行；3.通信模块：用于数据传输，通常采用有线或无线通信方式，将监测到的数据传输至监控中心或其他设备；4.电源模块：为监测装置提供稳定可靠的电源，保证其正常运行。

四、作用在线电能质量监测装置在电力系统中有着重要的作用：1.实时监测：可以实时监测电能质量，及时发现电网中存在的问题并解决；2.故障诊断：通过监测数据分析，可以对电网故障进行快速诊断，提高故障处理效率；3.预防措施：根据监测数据给出预警信息，可以制定相应的预防措施，减少事故发生的可能性；4.优化运行：通过监测电网运行状态，可以对电网进行优化调度，提高电网运行效率。

五、结论在线电能质量监测装置作为电力系统中的重要组成部分，对确保电能质量和提高电网运行效率起着至关重要的作用。

随着技术的不断发展，相信在线电能质量监测装置在未来会有更广泛的应用和更深远的影响。

以上为在线电能质量监测装置的相关介绍，希望对读者有所帮助。

简易电能质量监测装置目录一、系统设计方案及原理图 (3)1.1 设计要求 (3)1.2设计思想 (3)二、系统硬件设计 (5)2.1信号波一周期采样点数的确定 (5)2.2 电路设计图 (5)2.2.1 移相电路 (5)2.2.2 整形电路 (5)2.2.3 采样电路 (6)2.2.4 总电路图 (7)2.3电路分析 (7)3 软件设计 (8)3.1 主程序流程图 (8)3.2各子程序流程图 (8)4 系统测试 (14)4.1测试仪器及测量方法 (14)4.2测试结果及分析 (14)5结束语 (15)参考文献 (15)附录 (16)程序附录1： (16)摘要：本简易电能质量检测装置由单片机控制模块，电源模块，信号变换与处理模块等构成。

c8051F020为主控单片机，它能准确的完成同时对一路工频交流电的频率、电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因素等进行测量。

通过软件对输入电压信号进行实时采样。

系统调试时，用函数发生器输出正弦电压信号作为交流信号的电压信号输入，此电压信号经自制的移向电路相后代表同一路信号的电路信号输入。

关键词：电能质量单片机工频交流电一、系统设计方案及原理图1.1 设计要求1、测量交流输入电压有效值频率：50Hz；测量范围：100～500V；准确度：±0.5％。

2、测量交流输入电流有效值频率：50Hz；测量范围：10～50A；准确度：±0.5％。

3、测量有功功率P（单位为W）、无功功率Q（单位为var）、视在功率S（单位为V A）及功率因数PF（功率因数为有功功率与视在功率之比）。

有功功率、无功功率、视在功率准确度：±2％；功率因数显示格式：0.00~0.99。

4、在交流电压、交流电流、有功功率、无功功率、视在功率的测试过程中，能够记录它们的最大值和最小值。

1.2设计思想通过分析题目，本检测装置主要有主控制器模块、显示模块、按键模块和信号变换与处理模块等组成。

【摘要】本简易电能质量监测装置由单片机主控制模块，电源模块、信号变换与处理模块和数据转换模块等构成，由stc89c52为主控单片机，它能准确的完成对一路交流工频电（有失真的正弦波）的频率、电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数和谐波占有率的进行测量。

系统调试时，用函数信号发生器输出正弦电压信号作为交流信号的电压信号输入，此电压信号经过自制的移相电路移相后代表同一路信号的电流信号输入。

【关键字】电能质量单片机工频交流电移相电路一、设计任务与要求1、设计任务设计并制作一个能同时对一路工频交流电的频率、电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、谐波等进行测量的数字式电能质量监测装置。

为便于本试题的设计与制作，设定待测的100～500V交流输入电压、10～50A交流输入电流均经由相应的变换器转换为对应的1～5V交流电压。

这里由信号发生器产生1~5V的电压作为输入的交流电压，此电压信号经过自制的移相电路移相后代表同一路信号的电流信号输入。

图1 整体原理图2、技术指标（1）测量交流输入电压有效值。

频率：50Hz；测量范围：1~5V；准确度：±1％。

（2）测量交流输入电流有效值。

频率：50Hz；测量范围：10~50A；准确度：±1％。

（3）测量并显示有功功率P、无功功率Q、视在功率S。

（4）在测试交流电压、交流电流有效值过程中，能显示它们的最大值和最小值。

（5）测量交流输入电压频率，精度为±0.5%。

二、方案比较与论证1、外部电路处理方案1：利用升压电路将输入信号抬升为只有正电压的信号，送入单片机；方案2：利用整流电路，对正弦信号进行全波整流后送入单片机；升压电路可保持正弦信号的完整性，信号通过升压电路后仍为正弦波，全波整流电路会使正弦信号失去其完整性，就电路设计难度而言，两者都较为简单，故设计电路中结果最好保持其完整的正弦特性。

综上，选用方案1；2、测量相位差方案1：利用FPGA测量相位方案2：利用单片机测量相位在单片机里可以利用下降沿触发定时器计数来实现相位测量，实现较简便。

电能质量监测装置在现代社会，电力已经成为人们生活和工作中不可或缺的一部分。

然而，随着电力需求的增加，电能质量的问题也日益突出。

电能质量监测装置作为一种重要的设备，在监测和维护电网运行中起着至关重要的作用。

电能质量问题的重要性随着工业化和城市化的快速发展，电力系统负载不断增加，各种电器设备的使用也越来越多。

然而，电能质量问题却时常出现，如电压波动、频率漂移、谐波扭曲等。

这些问题不仅影响设备的正常运行，还可能导致设备的损坏，对生产和生活带来严重影响。

电能质量监测装置的作用电能质量监测装置是一种用于监测电网中各种参数的设备，包括电压、电流、频率、功率因数等。

通过实时监测这些参数，可以及时发现电网中的问题，并采取相应的措施予以解决。

此外，电能质量监测装置还可以记录历史数据，为电网故障的分析和处理提供参考。

电能质量监测装置的组成电能质量监测装置通常由数据采集部分、数据处理部分和数据存储部分组成。

数据采集部分负责实时采集电网中各种参数的数据，并通过传感器将数据传输至数据处理部分。

数据处理部分对采集到的数据进行处理和分析，提取有用的信息，并将结果存储在数据存储部分。

电能质量监测装置的应用电能质量监测装置广泛应用于电网运行监测、设备状态评估、电能质量分析等领域。

通过监测电网中的各种参数，可以帮助电力公司及时发现和解决电能质量问题，提高电网的安全稳定性和可靠性。

同时，电能质量监测装置还可以帮助用户合理安排用电，减少电能浪费，提高电网的能效。

结语电能质量监测装置在电力系统中起着至关重要的作用，是维护电网运行稳定和提高电能质量的重要手段。

随着电力系统的不断发展，电能质量监测装置将会更加智能化和自动化，为电力系统的安全稳定提供更加强有力的保障。

4.1 前言随着我国国民经济的蓬勃发展，电力负荷急剧加大，特别是电力电子转流设备、电气化铁路、电弧炉等等冲击性和非线性负荷容量的不断增长，使得电力系统的电能质量日益恶化。

使得电网发生波形畸变、电压波动与闪变和三相不平衡等电能质量问题情况日趋严重。

从而引起变压器过热、网损增加、计量仪表误差、通讯干扰，不但使得供用电设备本身安全性降低，而且严重威胁着电力系统的安全和经济运行。

为了保护电力系统的运行安全，目前各国都十分重视电能质量的管理，并制定了相关标准。

我国也已先后颁布了涉及电能质量六个方面的国家标准，有关部门也制定了相应的«电能质量管理办法»。

●《电能质量公用电网谐波》 GB/T14549—93；●《电能质量电压波动和闪变》 GB/12326—2000；●《电能质量三相电压允许不平衡度》 GB/T15543—95；●《电能质量供电电压允许批偏差》 GB/T12325—90；●《电能质量电力系统频率允许偏差》 GB/T15945—95；《变电站谐波在线监测装置》是一台高性能的多功能电能质量测试分析仪器，它采用DSP+ARM+CPLD 内核，5.7”大屏幕液晶(320×240点阵)显示屏，使结构更紧凑，功能更强大。

适用于220KV、110KV和35KV变电站、电厂及用电大户。

4.2 电能质量在线监测系统的组成电能质量在线监测系统主要有现场监测层，通讯传输层和数据管理层组成，系统拓扑结构见图1。

组网方式有网线、光纤、无线三种模式。

4.2.1现场监测层现场安装各类电能及电能质量监测设备，要求具有通讯功能。

本方案采用的是科盟电子自主研发的KM-2000监测装置，其主要功能：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO，RS485通讯接口、Modbus协议。

基于DSP的电能质量在线监测设备在电网中的应用电能质量在线监测设备是电网电能质量监督检测网络最基本也是最主要的设备，目前市场上销售和使用的国内外生产的电能质量部分指标(如谐波、不平衡度等)的监测设备，大都不能完全适应我国电网电能质量监督管理的实际需求。

河北省南部电网在1996年开始陆续安装谐波在线监测装置，初期的装置在数据存储、数据传输和后台统计分析的功能方面都存在较多的问题。

为适应电能质量监督日益发展的需要，根据几年的运行经验和体会，保定国电中科电气有限公司开发研制了GDDN‐500系列数字式电能质量在线监测终端。

新型GDDN‐500系列数字电能质量在线监测装置具有按国标要求采集电能质量各项参数、在线长时间工作的可靠性高、现场操作方便实用、可与中心站通讯等功能；同时，还可长时间记录、存储数据且读取数据方便。

该装置采用与国外最新产品同等的DSP数字信号处理器和高速多路AD同采技术，在数据处理与显示存储上采用双DSP结构设计，功能强、便于操作与软件升级。

　1 功能与构成 电网电能质量监测系统由电能质量监测终端、中心站及分析软件组成。

　1.1 电能质量监测终端　输入三相电压100V、三相电流5A或1A进行数据信号处理，采用FFT计算出各次谐波电压、电流的幅值及相角。

计算不平衡电压、电流，计算三相电压、电流、电压合格率、频率、有功功率、无功功率及功率因数等技术数据并显示。

负责数据的处理、存储以及与中心站之间的通讯连接和数据传输，形成变电站报表。

电能质量监测终端的主要功能如下。

　a.输入信号为TV、TA二次侧三相电压(100V)、三相电流(5A或1A)。

b.带RS485、RJ45接口，可以在中心站方便接收数据。

c.大屏幕(320×240)背光LCD图形显示。

d.中文图形(频谱图、波形图、曲线图、向量图)操作界面。

e.终端可存储超过一年的数据，存储数据为3min或5min一组数据包。

f.带有局域网连接接口，可用笔记本电脑在现场抄录数据。