基于ZigBee技术的电能质量监测与分析_常青.pdf

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1、基于ＺｉｇＢｅｅ技术的电能质量监测与分析常青１２１叶云龙史进（１．河北建筑工程学院，河北张家口０７５０００；２．河北北方学院，河北张家口０７５０００）摘要：针对普通电能质量监测仪器存在的问题，提出了ＺｉｇＢｅｅ无线通信技术用于电能质量监测的设计方案．介绍了检测节点、路由节点的工作原理和整体硬件架构，上位机采用Ｌａｂ－ＶＩＥＷ软件进行分析．通过对用户侧电压的监测实验表明，该系统运行良好，可以为电网的优化运行提供依据．关键词：电能质量；ＺｉｇＢｅｅ；监测中图分类号：ＴＵ８５文献标识码：Ａ０引言电能是由电力部门向用户提供的一种市场化的特殊商品，与其他商品一样，人们对其质量的要求越来越高．随着

2、科技的发展，电力电子技术在工业生产中的应用，电网中非线性、时变性负荷容量的日益增长，使得电能质量问题日渐突出．不良的电能质量必将影响精密生产工艺流程和高精度工业设备的正常生产，对生产生活造成损失．因此，对电能质量的要求和管理日趋严格，其已成为由发电、供电、用电三方共同关注的一个焦点问题，成为电力工作者所面临的重要任务．而传统的变电站对电能质量进行监测时多采用有线的方式来采集信号，工程量大、成本高，不利于后期维护．因此，本文提出了基于ＺｉｇＢｅｅ无线通信技术的电能质量监测分析系统．１系统整体方案设计该系统分为三个主要组成部分，一是信号采集调理部分，可实现电信号的实时监测；二是ＺｉｇＢｅｅ

3、无线模块接收／发送部分，可实现电信号的实时传输；三是上位机ＬａｂＶＩＥＷ监测软件，可实现电能质量的监测和分析．系统总体框图如图１所示．信号采集调理部分：采用有线的方式，通过电压电流互感器采集电网实时电压和电流信号，并将其值变换到一定范围之内，再通过信号调理电路将其电平变换为ＺｉｇＢｅｅ模块的可用信号，实现电压、电流数据的实时采集．ＺｉｇＢｅｅ无线模块接收／发送部分：ＺｉｇＢｅｅ模块负责电信号的接收和无线发图１系统总体框图送，将信号传送到终端设备．上位机ＬａｂＶＩＥＷ监测软件：接收无线模块传输来的电压电流信号，编写电压偏差、有效值、有功功率、无功功率、视在功率、三相不平衡度等电能质量指标

4、的监测和分析程序，通过良好的人机界面显示出来，并将分析结果与国标进行比较，评价该监测点电能质量的优劣．收稿日期：２０１４－１１－２０基金项目：河北省科技厅项目（１３２１２１０５）；河北省建设厅项目（２０１４－１２０）作者简介：常青（１９８２－），女，讲师，主要从事电气控制方向的研究．第２期常青叶云龙史进基于ＺｉｇＢｅｅ技术的电能质量监测与分析４７２系统硬件设计系统采用电压／电流互感器对电网电压／电流进行实时采集，将采集到的信号通过信号调理电路进行电平移动和量程转换后，得到Ａ／Ｄ转换器适用的输入电压范围．选用无线模块ＣＣ２５３０芯片，及时把现场采集的电能相关参数通过ＺｉｇＢｅｅ协议以无线

5、通信的形式发送到接收模块，再传送到上位机．（１）电压互感器电压模拟信号在接到无线模块之前，需要把强电信号转换成符合无线模块输入量程要求的弱电信号，为保证系统安全可靠，强弱电信号在电气上是隔离的，因此需采用电压互感器．电压互感器就是降压变压器，在测量交变电流的大电压时，为能够安全测量，在相线和地线之间并联一个变压器，这个变压器的输出端接后续电路，输出电压小于输入电压，输出电压符合后续电路的电压输入要求．互感器需要精度高、线性度好，保证信号采集和转换的准确性，为测试分析处理奠定基础．本系统采用的是基于霍尔原理的闭环补偿电压互感器，产品性能符合国标，精度高、线性度好、质量优．电流互感器工作原

6、理类似．（２）信号调理电路交流电压互感器以０～５Ｖ的交流电压作为输出信号．因Ａ／Ｄ模块的外部基准输入信号范围为０～３Ｖ，因此需要有合适的调理电路，以实现Ａ／Ｄ输入的要求．交流电压调理电路包括以下三部分：射极跟随器，提高电路的输入阻抗；电压偏移电路，实现电平移动；箝位限幅电路，以保证输出电压信号满足Ａ／Ｄ输入信号范围．（３）ＣＣ２５３０检测节点和路由节点ＣＣ２５３０芯片大致包含三类模块．ＣＰＵ和内存相关的模块；外设、时钟和电源管理相关的模块、无线电相关的模块．其拥有适应２．４ＧＨｚＩＥＥＥ８０２．１５．４协议的ＲＦ收发器，拥有标准的增强型８０５１ＣＰＵ，１２８ＫＢ的可编程闪存，８ＫＢＲＡ

7、Ｍ，８路输入和可配置分辨率的１２位ＡＤＣ，并具有低功耗的优点．检测节点安装在需要监测的电力设备附近，由于节点如采用电池供电电源能量有限，而本系统是对电信号进行监测的，可以同时利用电信号进行供电，采用在电力设备电源进线端基于电磁感应原理套接取能线圈的方式，将导线电磁能量转换到二次侧，再经整流滤波等环节实现隔离式供电．路由节点不需要接外围电路，供电方式可采用电池供电，实现无线信号发射和接受的功能．３系统软件设计（１）总体设计首先保证电压传感器正常工