电能质量监测装置中数据采集模块的设计与实现

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一种电能质量监测系统的设计及实现

ｓｓｍａｖｔｅｆａｅ，ｅｉｂｌｄｓｌｐｒｔｎｅｃｙｔｈｓｄａａｓｓｆｔｒｌｉｔａｍｐｅｏｅａｉ、ｅａｎｇｏｙａｉｎｉｙｏｔＫｅｙｗｏｄ：ｏｒｕｌ；ｎｔｒ＆ｔｓｄｔｃｌｃｏ；ＰＳｃｒｍｔｃｔｎｔｃｏｇ；ａａｌｏｔｐｉｄｉｅｈｏｏｒｓｐｗｅｑａｉｍｏｉｉｙｔｏｎｇｅｔａｏｌｔｎＧＲｏｎｍｉｉｅｈｌｙＪｖｐａｒｅｅｒｅｅｉｏｃｎｌ；ａｅｉａｏｎｏ２ｔｍｎｒｓｆｔｎｔｙｇ
维普资讯
一
种电能质量监测系统的设计及实现
江苏电嚣（０７ｏ）２０．Ｎ６
一
种电能质量监测系统的设计及实现
朱正芳
（州工程职业技术学院，江苏常州２３６）常１１４
摘要：结合ＧＲ通信技术、ＪＥ技术和数据库技术，开发了基于ＢＳＰＳ２Ｅ／结构的电能质量远程监测系
系统由５部分组成：ＧＲ数据采集模块、通信ＰＳ
网的电能质量状况，及时发现电能质量问题，并采
取技术措施来改善电能质量。电子技术、计算机技术和通信技术的发展，使
服务器、数据库服务器、ｗｂ务器、客户端。ｅ服
１１系统构成．
统。分别从硬件和软件两方面介绍了系统的总体结构和具体的实现。采用了连接池机制来实现Ｗｂ￣ｅＨ务器与数据库服务器的高效连接，运用ｘｌｔｐｍｈｔ技术来实现实时数据显示。系统具有安全可靠、操作简单方便

电能质量控制装置

电能质量控制装置随着科技的发展和社会的进步，电能已经成为我们日常生活中不可或缺的能源。

然而，由于各种原因，电能的质量往往会受到影响，这不仅会影响到我们的日常生活，还会对各种电气设备造成损害。

因此，我们需要一种能够控制电能质量的装置——电能质量控制装置。

电能质量控制装置是一种能够通过调整电力系统的电压、电流等参数，以保证电能质量的装置。

它通常由电源模块、控制模块、检测模块等组成。

其中，电源模块负责提供电能；控制模块根据检测模块检测到的电能质量情况，通过调整电源模块的输出参数，以保证电能质量；检测模块则负责检测电能的质量。

电能质量控制装置具有多种功能，其中最重要的功能是调整电源模块的输出参数以保证电能质量。

当检测模块检测到电能质量出现问题时，控制模块会立即调整电源模块的输出参数，以保证电能的稳定性和可靠性。

此外，电能质量控制装置还可以通过实时监测电能的各项参数，如电压、电流、频率等，以及通过记录和显示这些参数的变化情况，帮助我们更好地了解电能的质量情况。

电能质量控制装置的应用非常广泛，它可以用于各种需要高质量电能的领域，如工业、科研、医疗等。

在工业领域，电能质量控制装置可以保证生产设备的稳定运行，提高生产效率；在科研领域，电能质量控制装置可以提供高质量的电能，保证实验结果的准确性；在医疗领域，电能质量控制装置可以保证医疗设备的正常运行，避免因电能质量问题而对病人造成伤害。

总之，电能质量控制装置是保证我们日常生活和各种电气设备正常运行的重要设备。

通过使用电能质量控制装置，我们可以有效地控制电能的质量，保证电能的稳定性和可靠性，同时也可以避免因电能质量问题而对我们的生活和设备造成损害。

电能质量控制装置随着科技的发展和社会的进步，电能已经成为我们日常生活中不可或缺的能源。

然而，由于各种原因，电能的质量往往会受到影响，这不仅会影响到我们的日常生活，还会对各种电气设备造成损害。

因此，我们需要一种能够控制电能质量的装置——电能质量控制装置。

智能电能计量系统的设计和实现

智能电能计量系统的设计和实现第一章：绪论智能电能计量系统是指通过现代化的电力传感器，自动化的智能控制模块，以及高性能的计算机软硬件系统，对电网中的电能进行自动化计量、采集、处理、汇总和存储的一种电能计量技术。

智能电能计量系统在提高电能计量精度、缩短数据采集时间、提高计量效率、防止人为干扰、减少计量误差、提高电能质量等方面，都有着非常显著的优势，是电力行业不可缺少的计量手段。

本文主要介绍智能电能计量系统的设计和实现，包括系统架构设计、硬件和软件部分设计、测试实验等。

第二章：智能电能计量系统的架构设计智能电能计量系统的架构设计需要考虑以下几个方面：1. 采集电能数据：系统通过各种电力传感器对电网中的电能进行采集，电力传感器可以实现对电压、电流、有功功率、无功功率、频率、功率因数和电能等多种电能参数的实时采集。

2. 控制系统：控制系统由多种智能控制模块组成，可以实现对传感器的启动、停止和数据采集频率的控制，控制系统还可以检测电力传感器的故障，并且对故障传感器进行通知和替换。

3. 传输数据：传输数据可以通过各种通信协议进行数据传输，如Internet、RS-485、GPRS等。

实时数据可通过网络传输到计算机，以便进行后续数据分析等处理操作。

4. 接口处理：智能电能计量系统可以通过各种接口，如串行接口、USB接口、网口等与计算机连接，以便进一步完成数据处理和存储的操作。

第三章：硬件和软件部分设计智能电能计量系统的硬件部分主要包括传感器、控制模块、数据传输模块等。

软件部分主要包括采集软件、控制软件、计算机端软件等。

1. 传感器硬件设计：传感器主要包括电流变送器、电压变送器、功率因数变送器等，需要根据实际安装需要进行选择和配置。

2. 控制模块硬件设计：控制模块主要包括单片机、存储器、显示屏、键盘等组成。

控制模块需要对采集、控制、计算、存储的电能数据进行管理和控制。

3. 数据传输模块设计：数据传输模块可以通过各种通信协议进行数据传输，如Internet、RS-485、GPRS等。

在线电能质量监测装置

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。

电能质量数据采集策略的研究与实现

（．ｏｔｎｏｕｅＥｇｅｒｇＩｓｔｔ，ｏｈＣｉａＥｅｔｃＰｗｒｎｖｒｔ，Ｂｉｎ０２６Ｃｉａ１ＣｎａｄＣｍｐｔｎｉｅｎｎｔｕＮａｈｌｒｏｅｉｓｙｅｉｇ１２０，ｈ；ｍｌｒｎｉｉｅｎｃｉＵｅｉｊｎ
一
而为电力公司对电能质量的治理提供科学的决策依
据，根据数据分析的结果，前采取积极措施，免并提避
量智能信息系统的运行提供实时可靠的基础数据来源。
关键词：ＱＩ；ｍ；据采集；电能质量ＰＤＦ数
中图分类号：Ｐ１Ｔ３９
文献标识 Biblioteka ：Ａｄｉ１．９９ｊｉｎ１０－４５２１．８０３ｏ：０３６／．ｓ．０６２７．０００．２ｓ
ＡｂｔａｔＴｅｄｔａｑｉｔｎｍａｌｒｅｅｏｅｔｎｏＱＩＰｗｒｕｉａｔｃａｇｏａ）ｌ．Ｉｉｐ— ｓｃ：ｈａｃｕｓｉｉｙｅｒｔｔｌｃｉｆＤＦ（ｏｅａｔＤｔＩｅｈｎｅＦｒｔｆｅｎｔｓａｒａｉｏｎｆｓｏｈｃｌｏＰＱｌｙａｎｒｍｉｓｈｐｒａｆｃｅｔｎｌｂｅｄｔａｑｉｔｎｓａｇｖｎｔｒｕｈａａｚｇｔｏｒｅｏＱＩｌｄｔａｑｉ — ｅ，ｎｅｆｉｎａｄｒｉｌａａｃｕｉｏｒｅｉｇｅｏｇｎｌｉｅｓｕｃｆＤＦｆｅａｅｄｔｒｕｒｉｅａｓｉｔｔｙｓｉｈｙｎｈＰｉｓｎｈａｅｅ
ＲｓａｃｎｍｐｅｎａｉｎｏｔｃｕｓｉｎＳｒｔｙｉｏｅａｉｙｔｍｅｅｒｈａｄＩｌｍｅｔｔｆａＡｑｉｔｔａｅＰｗｒＱｕｌｙＳｓｅｏＤａｉｏｇｎｔ

现代电能质量监测装置的数据采集系统设计

关键词：电能质量；数字信号处理器；霍尔传感器；同步采样
中圈分类号：Ｐ７Ｔ２１文献标识码：Ａ文章编号：０９— ９１２０｝５一１１— ４１０７６（０６０（５００
ＤｅｉｎｏｔｑｉｉｉｎＳｓｅｏｏｅｎＰｏｒｓｇｆＤａａＡｃｕｓｔｙｔｍｆｒＭｄｒｗｅｏ
串行ＡＩ转换芯片组成前向采集电路，／）以数字信号处理器（Ｓ）ＤＰ组成数据处理电路，以复杂可编程逻辑控制器（ＰＤ和ＣＬ）
锁相环组成硬件同步采样电路并以快速傅立叶变换为主要处理算法。实验表明：系统具有响应速度快、精度高、时性好实
的优点。
０引言
ＳＹ一５０ＥＭ为ＤＰ开发板，担数据处理任４２ＶＳ承
务；数据采集板，承担数据采集及逻辑控制任务。随着大量非线性、冲击性负荷被广泛应用于电电网三相电压和电流信号经过传感器、运算放大力系统以及日常生活中，电能质量问题受到越来越器变换到ＡＤ芯片可接受范围内，后送给ＡＤ／然／多的关注。一些新的指标和分析方法的确立和使芯片进行模数转换。转换后的数字量再通过多通用，要求现代电能质量监测装置具有大数据量计算道缓冲串口（ｃＳ）给ＤＰ并进行相应的处ＭＢＰ送Ｓ
（．ｏｅｅｏｔａｉｎＮｎｉｇＵｉｅｓｙｏｃｎｅ＆Ｔｃｎｌｙａｊｇ２０９Ｃｉａ）２Ｃｌｇｆｏｔ。ａｊｎｖｒｉｆｉｃｌＡｕｍｏｎｔＳｅｅｈｏｏ，Ｎｎｉ１０４，ｈｎｇｎ

基于单片机和FPGA的电能质量监测装置的设计

ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈＦＰＧＡａｎｄｄｕａｌＡ／ＤｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅＴｈｅｉｎｐｕｔｓｉｇｎａｌｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅＡＤＳ７８６５Ｓ
关键词：Ｃ８０５１Ｆ０２０，ＦＰＧＡ，路Ａ／Ｄ数据采集模块，ＬＣＤ显示屏
Ａｂｓｔｒａｃｌ
Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｓａｎｄｍａｋｅｓａｓｉｍｐｌｅｐｏｗｅｒｑｕａｌｉｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄｅｖｉｃｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｉｎｇＭＣＵＣ８０５１Ｆ０２０ａｓｔｈｅｃｏｒｅ，
《工业控制计算机｝２０１３年第２６卷第１１期
１５３
基于单片机和ＦＰＧＡ的电能质量监测装置的设计
ＤｅｓｉｇｎｏｆＰｏｗｅｒＱｕａｌｉｔｙＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＤｅｖｉｃｅＢａｓｅｄｏｎＭＣＵａｎｄＦＰＧＡ
，
ｒｅａｄｔｈｅｄａｔａｉｎｔｈｅｔｗｏ —ｗａｙｐｏｒｔＲＡＭａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅ，ｄｅａｌｗｉｔｈｉｔ，ａｔｌａｓｔｓｈｏｗｔｈｅｓｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅＬＣＤｓｃｒｅｅｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃ８０５１Ｆ０２０，ＦＰＧＡ，ｄｕａｌＡ／Ｄｄａｔａａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ，ＬＣＤｓｃｒｅｅｎ

电能质量数据采集和谐波分析方法的实现_吴展遥

电能质量数据采集和谐波分析方法的实现吴展遥(江苏联合职业技术学院无锡机电分院　江苏无锡　214028)摘　要:针对电能质量分析问题,设计了基于DSP和CPLD的电能质量检测装置,完成对电网信号数据的实时采集和处理,介绍了系统的总体结构以及数据处理的方法。

为消除泄漏误差,采用锁相环电路实现对电网信号的同步采样。

为提高计算的准确性,采用基于加窗插值的FFT算法分析电力系统谐波,并对算法的实现进行了详细的描述。

关键词:同步采样;FFT;加窗插值算法;数据采集中图分类号:TM93 文献标识码:B 文章编号:10042373X(2006)232145203Implement of Data Sampling and H armonic Analysis for the Pow er SystemsWU Zhanyao(Wuxi Mechano2electronic Branch,Jiangsu Union Technical Institute,Wuxi,214028,China)Abstract:In this paper,a system based on DSP and CPLD is developed in order to analyze the power quality.The overall design of this system and the means of data processing are introduced.Due to the error of nonsynchronous sampling,the meth2 od of synchronous sampling based on PLL is applied.In order to improve accuracy of calculation,FF T algorithm based on win2 dow f unction and interpolation is used to analyze harmonic of the power systems.Finally,the realization of the algorithm is de2 scribed in detail.K eywords:synchronous sampling;FFT;window f unction algorithm;data acquisition收稿日期:2006207228 随着非线性设备的广泛应用以及现代工业自动化水平的不断提高,电能质量问题日益突出。

基于TMS320F28335电能质量监测装置的设计与实现

北京交通大学
2012 年 2 月
学位论文版权使用授权书
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学位论文作者签名：签字日期：年月日
导师签名：签字日期：年月日
中图分类号： UDC：
学校代码：10004 密级：公开
北京交通大学
硕士学位论文
基于 TMS320F28335 电能质量监测装置的设计与实现 The design and implement of power quality monitor device based on TMS320F28335
iii
ABSTRACT
ABSTRACT
ABSTRACT: More and more nonlinear loads and badly-impactive loads make the power
quality problems of power system getting worse, while more and more users use microprocessor -based and computer-based automation equipment, these equipment is sensitively to power quality and strictly requirements of power quality, what’s more, China power gradually marketize, all these factor make the power quality problems as the focus of both power suppliers and users. Power quality monitoring technology is the quantitative measure and appraisal method of power quality, which is the technology needly researched. This paper analyses the causes of power quality problem, the significance of power quality monitoring and the development trend of power quality device;based on fullly study and research, we choose the DSP + ARM structure as hardware architecture of power quality monitoring device; and in-depth research each power quality monitoring national standards and the significance of measurement; this paper mainly completes signal disposal, analog-to-digital conversion, data processing and CAN communication module design and in-depth study each index of power quality algorithm and realize then in the device. This paper designs the data collection and processing circuit, which select sampling chip ADS8364 and signal processing chip TMS320F28335 as the core chip; research data precision sampling, DSP software development and implementation of algorithm. Among them, use regulate circuit converts the measured signals to the signal which AD transform circuit can accept, which include converter and compensate circuit, low-pass filter circuit and AD transform interface circuit; According to the need of sampling frequency measurement and control, designs the zero detection circuit and phase lock circuit, which realizes the system frequency tracking and the whole cycle sampling, and reduced the spectrum leakage in the harmonic calculation; Using DSP eCAP module cachs the rising edge of zero detection circuit output, realize frequency measurement; asynchronous sampling avoiding logic can repace the phase lock output by PWM as sample triggered signals in unstable condition, which ensure normal sampling in the extreme environment; designed the ADC peripheral circuit, and writed AD transform the bottom driver program, realize accurately sampling under the control of DSP; accomplished digital realization of each index algorithm and the software programming; Using DSP built-in CAN module implements CAN communication between DSP and ARM; integrate and optimize the programs of all modules, realize boot loader. The monitor system above has been debugged in hardware and tested in software. The system can realize anticipate function accrording to experimental results, and it can operate stablely.

基于STM32芯片的电能质量在线检测装置的设计与实现

基于STM32芯片的电能质量在线检测装置的设计与实现李秋双;原明亭【摘要】In order to ensure the security of electric power systems, it is necessary to monitor and analyse power quality firstly to improve power quality. According to the basic national standards of the power quality, this article introduces a three-phase power quality online monitoring devices taking STM32 chip as the core. The hardware design system and programming flowcharts based on the algorithm of wavelet transform is given in this paper. The high precision measurement to the power quality was realized. In comparison with other devices, its design is easier but the measurement accuracy is higher. The innovation of this paper is the STM32 chip used in the power quality detection devices, reduce costs and reduce power consumption and the measurement accuracy to improve. The experimental results show that this design has great practical value.%为保证电能质量,需要对电能质量的各项指标进行全面的检测和分析,为改善电能质量提供决策依据.在参考电能质量国家标准的基础上,设计了一种以STM32芯片为核心的三相电能质量在线检测装置,给出了其硬件系统设计和基于小波变换算法的程序设计流程图,实现了对电能质量高精度的测量,比较于其他装置的设计方式更加简便但测量精度更高.在此将STM32芯片应用于电能质量检测装置中,降低了成本减小了功耗且测量精度提高.实验结果证明了该设计具有很好的的实用价值.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)020【总页数】4页(P180-182,185)【关键词】电能质量检测;同步采样;STM32F103RCT6;AD73360;小波变换【作者】李秋双;原明亭【作者单位】青岛大学自动化工程学院,山东青岛 266071;青岛大学自动化工程学院,山东青岛 266071【正文语种】中文【中图分类】TN911-34近些年来，随着电力电子技术的发展，电力电子器件及设备的应用更加广泛，使得非线性、冲击性或不对称负荷等扰动负荷接入电力系统造成了电能质量的日益恶化。

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ห้องสมุดไป่ตู้
(2)
UC = 100 2 sin (ωt + 2π /3)
(3)
图 4 信号频率捕捉电路原理图
—7—
低压电器 ( 2009№18) 现代建筑电气篇
·电能质量 ·
( a) B , C相电压缺失输出脉冲
( b) A 相电压缺失输出脉冲
( c) 三相电压存在输出脉冲图 5 仿真波形
仿真结果表明 ,当电网中电压信号部分缺失时 ,仍能保证采样频率与电网频率同步 ,避免了采用缺相判断等措施 ,从而很好地实现了对电网信号频率的实时跟踪 ,为锁相倍频电路提供同步信号。 2. 2. 2 锁相倍频电路
了充分说明当电网某相电压信号或某两相电压信
号缺失时 ,系统仍能正常采样 ,取电压互感器二次
侧电压如式 ( 1) ～ ( 3)所示 ,通过 ORCAD / PSp ice
软件进行仿真 ,仿真波形如图 5所示。
UA = 100 2 sinωt
(1)
UB = 100 2 sin (ωt - 2π /3)
关键词 : 电能质量 ; 同步采样 ; 数据采集 ; 监测装置中图分类号 : TM76∶TP274 文献标识码 : B 文章编号 : 100125531 ( 2009 ) 182 0005205
邹正华 ( 1982—) , 男 ,硕士研究生 ,从事电能质量监测方面的研究。
D esign and Im plem en ta tion of Da ta Acqu isition M odule in Power Qua lity D etecting System
交流采样技术是按一定要求对被测信号的瞬时值进行采样 ,然后对采样值进行分析处理 ,并获取被测量的信息。交流采样对 A /D 转换速度和 CPU处理速度要求较高 ,算法复杂 ,但交流采样包含信息量大 ,实时性好 ,相位失真小 ,成为目前数据采集系统中主要的采样方式。目前工程上使用的同步采样技术有硬件同步采样和软件同步采样。 1. 1 硬件同步采样
一台电能质量监测装置要具备以上特点 ,其前端数据采集模块的设计在很大程度上决定了该装置的性能指标。为此 ,本文设计了电能质量监测装置的前端数据采集模块 ,实现了对电网三相电压信号和三相电流信号的高精度采样。
1 同步采样方法的分析与选择
目前 ,大多都是通过同步采样方法建立理论
刘永强 (1962—) ,男 ,教授 ,博士生导师 ,从事电能质量监测及电力电子变流技术等研究工作。王强 (1982—) ,男 ,硕士研究生 ,研究方向为电力系统稳定分析与控制。
(1) 中断响应时间及其分散性在每次中断时均引起同步误差。重置定时值时若不消除这一误差 ,则会在一周期的采样中累积形成周期误差。
(2) 采样周期 Ts 根据之前所测电网周期确定。采样过程中 ,当电网频率波动时 ,采样的电信号的周期实际值与测量值之间存在误差 ,从而产生周期误差。
(3) 定时器的计数周期 τ不可能无限小 , 即 T /N 不一定为整数 , 而采样周期 Ts 必须用 τ量化 ,即以 τ的整数倍表示 , 从而实际的采样周期 Ts 与其理想计数值 T /N 之间出现截断误差 [ 1 ] 。综合考虑 ,本文在设计过程中采用硬件同步采样技术来实现采样信号频率与电网信号频率的同步。
2 数据采集模块总体结构
数据采集模块主要由信号调理电路、硬件同步电路以及 A /D 转换电路 3 部分组成。硬件结构图如图 2所示。电网三相电压信号与三相电流信号经电压互感器和电流互感器转换后 ,送入信号调理电路 ,使输入信号变换至 A /D 芯片可接受的范围内 ,然后送入 A /D芯片实现模 /数转换。
不能直接送入 A /D 芯片 ,必须经过信号调理电路变换到 A /D 芯片可接受的范围内 ,使其符合 A /D 输入信号要求。由于电网信号存在高频干扰 ,为
了防止采样过程中出现“混叠 ”现象 ,数据采集系统中的传感器输出信号在进入 A /D 前必须经由低通滤波器进行“抗混 ”滤波 [ 2 ] ,即利用低通滤波器滤除信号中的毛刺与高频分量。具体电路原理图如图 3所示。
系统将无法正常采样。因此 ,为确保系统稳定运
行 ,当三相电压信号某相或某两相信号缺失时 ,系
统仍能正常采样。
设计了信号频率捕捉电路如图 4所示。其中
SS16是一种低功耗、快恢复的肖特基二极管 ,具
有反向恢复时间极短的特点 ,在电路中起保护作
用。LM339为超低功耗四电压比较器 ,失调电压
小 ,电源电压范围宽 ,输出端电位可灵活选择。为
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低压电器 ( 2009№18) 现代建筑电气篇
·电能质量 ·
和算法后来采样、分析周期电气信号。由于实际工程中的采样很难达到理想的同步 ,存在同步误差 ,使数据分析的准确性和测量的精确度受到影响。因此 ,选择合适的采样方法、减小同步误差是提高测量精度的关键。
电网交流电气信号参数的采样方法主要有直流采样方法和交流采样方法。直流采样法是采集经变送器的直流量 ,软件设计简单 ,计算方便。但直流采样法测量精度直接受整流电路的精度和稳定性影响 ,同时直流采样一般只能反映被测量的单一信息 (如有效值 ) ,无法实现实时信号的采集 ,从而造成测量装置产生误差。为了满足高精度、高稳定性测量的要求 ,现在普遍采用交流采样技术。
图 2 数据采集模块总体结构图
图 1 硬件同步采样原理图
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信号调理电路主要由低通滤波、电流电压转换、隔离电路以及放大电路构成 ,硬件同步电路为 A /D 芯片提供同步采样脉冲。
·电能质量 ·
低压电器 ( 2009№18) 现代建筑电气篇
2. 1 信号调理电路电网电压信号和电流信号经过互感器转换后
硬件同步采样通过专门设计的硬件电路来实现对被测信号采样脉冲的同步。由于电网的频率并非固定在某一个值 ,而是存在一定的偏差 ,因此需使采样频率实时跟踪电网信号频率变化来减少采样误差。本文设计利用锁相环技术实现同步等间隔采样。其结构框图如图 1所示 ,输入信号是经过电压互感器采样的交流信号。考虑到配电网侧电压可能发生畸变 ,输入电压信号经过低通滤波电路 ,以抑制电压中的高频谐波分量 ,然后送入频率捕捉电路 ,即形成与输入信号同频率的方波。方波信号经锁相倍频电路实现倍频后送入 A /D 芯片中 ,实现每周期定点数 N 的采样。由于锁相环电路具有实时跟踪电网频率变化的能力 ,当电网信号频率 f发生变化时 ,电路能实时跟踪并锁定信号 ,始终保持采样频率 F = N ·f关系 ,即采样频率为被测信号频率的 N 倍 (N 为整数 ) 。
电能质量问题在当前开放性经济体系中的影响日益严重 ,如何保证优良的电能质量成为一项重要的研究课题。电能质量监测装置可以实时跟
踪电网参数的变化 ,为改善电网电能质量提供参考。另外 ,一些新的指标和分析方法的确立和使用 ,使现代电能质量监测装置具有大数据量计算能力、快速响应能力以及精度高、同步性好等特点。
Key words: power qua lity; synchronous sam pling; da ta acqu isition; detecting dev ice
0 引言
近年来 ,随着电力电子技术的飞速发展 ,各种电力电子装置在电力系统、工业控制及日常生活中的应用也日益广泛 ,大量的非线性负荷、非对称设备以及冲击性负荷的投运 ,使公用电网中产生了大量的谐波干扰以及电压畸变、谐波注入、电压波动和三相不平衡等问题 ,电能质量不断恶化。
图 3 信号调理电路原理图
该设计中信号放大部分采用 AD I公司推出的增益可编程高性能仪用放大器 AD8221 实现 , 它能提供工业上最高的共模抑制比 [ 3 ] 。AD8221 具有低失调电压、低失调电压温漂、低增益漂移以及高精度等特点 ,可广泛应用于精确数据采集。同时 ,通过外接单一电阻实现增益编程设置 ,从而很好地实现信号放大与调节 ,使输入电气量转换成 A /D 芯片能采集的交流电压。 2. 2 硬件同步电路
1. 2 软件同步采样软件同步采样是通过在定时中断服务程序中
对定时器重置定时值来实现的。首先 ,通过测量电网信号周期 T, 然后根据周期 T 以及每周期内采样点数 N 来确定定时器时间 τ(τ = T /N ) 。当定时时间 τ到时 , 产生中断请求实现同步采样。软件同步采样不需要专门的硬件电路 ,成本低 ,只需在程序中设置中断程序即可实现。但软件同步采样存在以下 3方面的问题 :
硬件同步电路由信号频率捕捉电路与锁相倍频电路组成 ,其中信号频率捕捉电路为锁相倍频电路提供与电网频率同步的方波信号 ,并保证其正确性。 2. 2. 1 信号频率捕捉电路
电网三相电压信号的频率一般相差不大 ,所以抽取某一相电压信号经过过零比较器就能产生
采样脉冲。但是如果所抽取该相电压信号缺失 ,
·电能质量 ·
低压电器 ( 2009№18) 现代建筑电气篇
电能质量监测装置中数据采集模块的设计与实现
邹正华 , 刘永强 , 王强 (华南理工大学电力学院 , 广东广州 510640 )
摘要 : 根据高精度电能质量监测装置的实际应用需要 ,对比分析了交流采样中软件同步采样与硬件同步采样对前端信号精度的影响。采用硬件同步采样技术 ,设计了电能质量监测装置数据采集模块。给出了基于 AD I公司的 AD7656的数据采集模块的设计电路 ,以满足实际应用中电能质量监测装置对前端信号精度的要求。该模块已应用于实际监测装置中 ,并获得了良好的效果。
锁相环电路主要由相位比较器 PC、低通滤波器 LPF、压控振荡器 VCO 3部分组成。目前 ,锁相环集成芯片类型很多。本文中数据采集模块采用 CD4046芯片 ,它是一款通用 CMOS锁相环集成电