电能质量监测仪设计大连理工

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1、电能质量监测仪设计（大连理工大学　硕士学位论文）摘要电能质量监测仪是一种用于监测电网运行状态的的工业仪表。它能实时提供电压、电流、有功功率、无功功率、频率等电能质量的基本参数，而且能对电力系统的谐波、三相电压不平衡度、电压波动和闪变等电能质量指标进行分析，为电力部门对电能质量的监测提供了强有力的支持。本电能质量监测仪主要是以数字信号处理技术为核心，采用更灵活、更准确的数字信号处理算法进行数据运算，并且使用了新的数据处理方法，实现了对电能质量各种指标的精确计算和分析，减少了硬件成本，使电能质量监测更符合数字化技术发展的需要。该监测系统采用了TI公司的16位定点DSP芯片TMS320LF240

2、7A、电压和电流精密互感器、抗混叠滤波电路、六通道同时采样的高速A/D转换器ADS7864、键盘、图形液晶显示器、RS一232串行通讯接口等，硬件成本低，简便易用。关键词:电能质量监测仪;１６位定点ＤＳＰ;数字信号处理电能质量监测仪设计O前言随着我国电力市场的逐步建立，对电能质量提出了越来越高的要求。电力用户也要求高质量的电能来保证其设备、仪器和系统的正常运行。但是，随着现代科学技术的迅猛发展，一方面，由于电力电子设备的应用领域越来越广，特别是各类冲击负荷和非线性负荷容量的不断扩展，使得电网中电压波形发生畸变，电压波动、闪变和三相不平衡等问题时有发生，严重地影响了电能质量;另一方面，由于人

3、们越来越多地使用精密和复杂的电子设备，如计算机、通信设备以及各种过程控制系统来处理和管理工作过程和事务。这就要求高质量和高可靠性的配电系统，以提供与之相适应的电能。而且，随着电力工业的飞速发展以及电网的不断扩大，电力运行对电力调度自动化水平的要求和安全性的要求越来越高，电力调度需要各种功能更为齐全、操作更为简便的各种电力检测仪器仪表。但是，目前为止用于监测电网用户端电能质量的仪器仪表并没有普及使用，而且随着电力工业的发展和电能质量概念的逐步深化，电能质量监测发生了新的变化。以前用单片机组成的电能质量监测仪不仅计算能力不强、运算速度慢，且不太适合做数字信号处理用。基于此，为了能对新形势下电力

4、系统的电能质量进行监测与测量，研制了基于DSP的电能质量监测仪。它的主要应用对象包括变电所、用户变电站、公用变电站和设备配电线路等终端，并可以作为电能质量分布式数据采集系统的测量装置终端，适用于地理比较偏远、环境比较险恶的地方。所谓电能质量，是指将发电厂发出的电能看作一种商品，从而对它的各种技术指标作出规定，以判断其是否合格。在理想的交流供电系统中，三相交流电压是平衡的，电压和电流的波形呈正弦波都处于无畸变状态。然而，在实际情况下，电能在输送过程中会受到各种用电负荷的影响，到达用户的电可能会偏离正弦波形而发生畸变。由于高压直流输电系统、变频器、可控整流器、电弧炉和电动机车等的应用，使得电压

5、及频率的稳定会受到负荷波动的影响，使电网中的谐波污染、三相电压的不对称性以及电压波动和闪变日趋严重。同时，由于上述负荷的存在，使得电力系统中的供电电压即便是正弦波形，其电流波形也将偏离正弦波形而发生畸变。当非正弦波形的电流在供电系统中传输时，将迫使沿途电压下降，其电压波形也将受其影响而产生不同程度的畸变。这种电能质量的下降会给电力系统和用电设备带来严重的危害。电网中谐波含量的增加，将导致电气设备的寿命缩短，电网损失加大，系统发生谐波谐振的可能性增加，严重时会造成危险的过电压、过电流。同时还可能引起继电保护和自动装置误动作、仪表指示和电度计量不准、使通信系统受干扰等一系列问题。由于电能质量关

6、系重大，引起世界各国的广泛重视。美国、欧洲等发达国家己进行了多年的研究，获得了大量的数据，并取得了重要的理论和应用成果。我国对电能质量的研究正处于起步阶段，但也取得了较大的进展。早期的电能质量问题主要局限在频率偏移和电压偏移两个方面。但是，二十世纪八十年代以来，随着新兴负荷的出现对电能质量的要求更高，还需要设法解决诸如失去电压、电压跌落和开关暂态等多方面的电能质量问题。目前，美国电气电子工程师协会工业应用协会(IEEEIAS)和电力工程协会(IEEEPES)、国际电工委会(IEC)、国际大电网会议(CIGRE)等学术组织都开始对这些问题进行了专门的研究。在国内，电能质量问题也己引起电力工作

7、者的广泛重视。由于出发点不同，电能质量存在很多不同的定义:电力公司常将电能质量定义为供电可靠性并用统计数字来表示，而设备制造商则将电能质量定义为能使设备正常运行的供电特征，因此不同的设备制造商往往采用不同的电能质量指标。从用户方面考虑，电能质量定义为:导致用户设备失效或不能正常工作的电压、电流或频率偏移。电能质量是其实质是电压质量，主要描述供电电压偏离其理想状态的程度。其内容主要涉及以下几个方面:(1)频率偏移频率偏移是