基于DSP的电能质量监测仪的设计与实现

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1、在线电能质量监测装置在电网中的应用近年来，随着电力电子技术的广泛应用与发展，供电系统中增加了大量的非线性负载，如静止变流器，工业交直流变换装置等，会引起电网电流、电压波形发生畸变，造成电网的谐波“污染”。冲击性、波动性负荷，如电弧炉、大型轧钢机、电力机车等，运行中不仅会产生大量的高次谐波，而且使得电压波动、闪变、三相不平衡日趋严重。这些对电网的不利影响不仅会导致供用电设备本身的安全性降低，而且会严重干扰电网的经济运行，造成电网的“公害”。另一方面，越来越多的新工艺、新技术设备对供电质量的要求越来越苛刻，如许多工业流水线、机场、银行、精密制造业、计算

2、机网络和服务监控中心等场所的各种设备等。因此，无论从电网运行的需要考虑，还是从供电用户的需要考虑，加强对电能质量的监测都十分必要。我公司独立自主研制的GDDN-500C电能质量在线监测装置和PQSMS电能质量管理系统，可构成完整的电能质量在线监测管理系统。GDDN-500系列装置用于前置采集，可实时采集电能质量监测指标，可实现就地显示、存储等功能，并可通过485总线将实时监测数据传送至PQSMS电能质量管理系统。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

3、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，根据多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

4、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

5、为TV、TA二次侧三相电压(100V)、三相电流(5A或1A)。b.带有公话MODEM接口，可以在中心站方便地拨号连接接收数据。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。g.多参数综合测量，实时定点报警，可设定参数值、参数报警状态。h.谐波电压、电流，负序电压、电流超限报警出口继电器。　1.2中心站及分析软件中心站通过调制解调器或网络接受处理器的数据，进行统计分析，

6、形成文件、报表及曲线，并可显示数据和图形(如频谱图、波形图、曲线图、向量图等)。它可以管理多台电能质量监测终端，对收集到的数据进行分析与处理，可以对某一时段或某一事件过程时段的电能质量进行分析、形成报表，自动形成日、月和年报表，自动找出谐波含有率超标的时段与线路，计算电压合格率与供电可靠性。中心站为客户机——服务器方式，数据存放在服务器的数据库中，可以方便地调用与查询。2.主要技术指标　2.1测量项目该装置采用(220±15%)VAC或[(220+10%)～(220-15%)]VDC电源，可测量的项目包括：电压、电流、频率，电压合格率，有功功率、无

7、功功率、视在功率、功率因数，电压不平衡度、电流不平衡度，谐波电压、谐波电流(至50次或更高)、谐波相位、谐波功率、总畸变率等。　2.2测量精度电压测量：±0.2%电流测量:±0.2%电压不平衡度测量误差：≤0.2%电流不平衡度测量误差：≤1%频率测量：47～53Hz，精度为±0.01Hz(50Hz)信号转换精度：16bit采样频率：12.8kHz/通道　3.电能质量监测终端软/硬件构成　电能质量监测终端的硬件由TA/TV及信号预处理、DSP处理器、、LCD显示器(VGA单色带背光)、网络适配器、电源等构成。电能质量监测终端的软件由DSP软件构成。　

8、3.1DSP软件　3.1.1DSP原理　监测终端采用TI公司的320C2XX系列的TMS320F240芯片，考虑到该芯片内