【正文】 用 電表、資料記錄及波形顯示等五種獨立的功能模塊，以及可與自動測試系統(tǒng)整合的測試與分析能力。此產(chǎn)品以模塊化的設(shè)計理念，提供數(shù)字信號處理型 DSP 測試模塊。 總之，國外的研究是比較先進的。 二 國內(nèi)的發(fā)展概況 隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，我國的電力工業(yè)取得了迅猛的發(fā)展，但是我國自行研制開發(fā)的高質(zhì)量電力系統(tǒng)自動化測量裝置還很少，尤其是自動化水平高、可靠性好、精度高以及功能強大的實用產(chǎn)品相對較少，而在諧波分析方面也是如此。目前，電力部門用的諧波測量和分析裝置大多數(shù)是進口的國外產(chǎn)品，價格昂貴。因此這是擺在我們電力工作者面前難得的 機遇和挑戰(zhàn)，開發(fā)實用、可靠性高并且能滿足精度要求的低成本產(chǎn)品，提高國內(nèi)測量裝置的自動化水平，就成為一件具有重要意義的事情。近些年，我國也開發(fā)了一些電力測控裝置和電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，但在功能上，實用化方面均未達到理想效果。 隨著電力系統(tǒng)運行管理的系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化和智能化，單一功能的電能質(zhì)量監(jiān)測儀已經(jīng)不適合現(xiàn)代化電能管理的需要。隨著集成電路技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式實時系統(tǒng)技術(shù)的日益成熟和完善，電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)正在朝著在線監(jiān)測、實時分析、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展。 在過去的幾十年里，單片機的 廣泛使用實現(xiàn)了簡單的智能控制功能。但是隨著計算機科學(xué)與技術(shù)、信號處理理論與方法的迅速發(fā)展，需要處理的數(shù)據(jù)量越來越大，對電測儀表的實時性和精度的要求也越來越高。而電能質(zhì)量監(jiān)測裝置不同于一般的電力基本參數(shù)測量儀器，要進行電能質(zhì)量指標的計算、分析和監(jiān)視，并且要運用復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法。因此走向雙 CPU 架構(gòu)也是必然趨勢。本課題將 研究引入雙 CPU 的總體框架，CPLD 負責(zé)控制，通信，人機接口，數(shù)據(jù)采集顯示；將運算核心單元由傳統(tǒng)單片機升級為 DSP，提高整體處理運算速度。 5 二、研究、推廣應(yīng)用內(nèi)容和預(yù)期成果 （說明項目的具體研 究、推廣內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵和重點解決的技術(shù)問題，預(yù)計達到的技術(shù)經(jīng)濟指標，預(yù)期成果和提供的形式及其依托工程，應(yīng)用該成果的單位落實情況和可能應(yīng)用的其它工程或單位及效益。） [項目內(nèi)容 ] 為滿足在線監(jiān)測的實時性要求，硬件上將選用 TI 公司的 TMS320VC5402 作為本系統(tǒng)的 CPU，完成本裝置的硬件系統(tǒng)設(shè)計，主要包括以 DSP 芯片為核心的中央處理器板、 A/D 采樣板， PC 機、 LCD 以及移動存儲器等外圍設(shè)備接口，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的計算、傳輸、顯示以及通信等功能。 在軟件上，計劃研究開發(fā)高效率的算法，從而可以在兩次采樣間隔 的時間里完成各個電能質(zhì)量參數(shù)的計算和數(shù)據(jù)存儲，達到計算和采樣的同步。軟件設(shè)計還考慮了升級的可擴展性，可通過對 DSP 程序的更新來達到算法的升級。 。 為滿足數(shù)據(jù)分析實時性的要求，在諧波算法優(yōu)化上，從減少數(shù)據(jù)處理的運算量出發(fā)，完成基于復(fù)序列 FFT 的算法，以將 FFT 運算量減少到原來的一半，使計算分析時間大為縮短。并在硬件上設(shè)計同步鎖相環(huán)電路，進行整周期采樣，以滿足計算精度的要求。 在通信接口設(shè)計上，完成利用 DART 進行串行通信。減少了通信對 DSP 資源的占用，并且滿足多串行通信接口設(shè)計的要求。 (1)研 究引入雙 CPU 的總體框架， CPLD 負責(zé)控制，通信，人機接口，數(shù)據(jù)采集顯示，將運算核心單元由傳統(tǒng)單片機升級為 DSP，提高整體處理運算速度； (2)研究克服非同步采樣的改進加窗插值的 FFT算法，以提高精度； (3)研究可一次完成兩路 FFT 的復(fù)序列 FFT的實現(xiàn)，以提高速度； (4)研究傳統(tǒng)算法程序的 C語言到純粹 DSP匯編語言的移植以提高速度； (5)研究合理擴展外部各類存儲器，包括 FLASH， SSRAM， EEPROM 以拓寬功能，擴大存儲處理的數(shù)據(jù)量； (6)研究閃變包絡(luò)信號的硬件解調(diào)頻譜搬移及軟件的小波分析提取； (7)研究暫態(tài)諧波的小波分析定位幾分類識別； (8)研究間諧波與暫態(tài)諧波的數(shù)據(jù)壓縮與存儲； (9)研究測量數(shù)據(jù)的傳送，通訊； (10)整機的可靠性與抗干擾性的研究。 [技術(shù)關(guān)鍵 ] 本課題的關(guān)鍵技術(shù)和難點 : （ 1） 系統(tǒng) 中的 干擾 問題 （ 2） 非同步采樣的頻譜泄露和柵欄效應(yīng) （ 3） 互感器磁飽和非線性造成系統(tǒng)誤差 6 （ 4） 傳統(tǒng) FFT 分析 不能進行 非整次諧波分析 （ 5） 傳統(tǒng) FFT 分析對于突變信號和非平穩(wěn)信號諧波分析的無能為力 （ 6） 電能質(zhì)量擾動的數(shù)據(jù)壓縮問題 （ 7） ADC 造成的系統(tǒng)誤差 （ 8） 系統(tǒng)的軟件誤差 （ 9） 互感器 隨電流大小非線性造成誤差 （ 10） 閃變測量功能 的實現(xiàn) [技術(shù)經(jīng)濟指標 ] 技術(shù)指標 ? 頻率測量 測量范圍： 48～ 52Hz，中心頻率 50Hz，測量條件：信號基波分量不小于 80％ ； 測量誤差 : ≤ ? 輸入電壓量程 10480Vrms ? 輸入電流量程 5Arms, 200Arms（選配） ? 基波電壓（電流）幅值 ：基波電壓允許誤差：≤ ％ .；基波電流允許誤差：≤ 1％ . ? 基波電壓（電流）之間相位差的測量誤差≤ 176。 ? 諧波電壓含有率測量誤差≤ ％ ? 諧波電流含有率測量誤差 ≤ ％ ? 工作溫度 20 45℃ ? 儲藏溫度 20 60℃ ? 工作濕度 90%,無凝露 ? 儲藏濕度 90% 可測試參數(shù) 系統(tǒng)頻率、電網(wǎng)諧波、三相電壓不平衡度、電壓波動與閃變、電壓偏差、電壓基波有效值和真有效值、電流基波有效值和真有效值、基波有功功率、有功功率、基波視在功率、視在功率、真功率因數(shù)等全部電能質(zhì)量五大國標規(guī)定的參數(shù)。 經(jīng)濟指標 在當代電力系統(tǒng)，深入了解和認識電能質(zhì)量，高度重視電能質(zhì)量下降對供用電系統(tǒng)運行的危害與影響，甚至對社會經(jīng)濟的作用和影響，實現(xiàn)全面電能質(zhì)量管理具有極 其重要的社會意義和經(jīng)濟意義。 閩南地區(qū)擁有大量企業(yè)、也屬于環(huán)保型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向的結(jié)構(gòu)調(diào)整地區(qū)，對電能質(zhì) 7 量的要求日益提高，因此迫切需要在局部電網(wǎng)中建立電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)?？紤]閩南地區(qū)生產(chǎn)企業(yè)相對集中，在一個園區(qū)建立一個電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)具有現(xiàn)實的可行性 :在每個電力用戶和配電端安裝一個現(xiàn)場電能質(zhì)量監(jiān)測裝置，利用無線或有線通信方式進行測量數(shù)據(jù)的自動收集或人工收集，由一個數(shù)據(jù)處理計算中心來實現(xiàn)電能質(zhì)量的管理。這方案不僅具有現(xiàn)實的可行性，同時該系統(tǒng)還能夠帶來良好的經(jīng)濟效益 :其一，電力部門可以據(jù)此對電力用戶的用電設(shè)備對電網(wǎng)污染情 況進行評價；其二，電力用戶可以對供電方電網(wǎng)電能質(zhì)量進行監(jiān)督；其三，監(jiān)測數(shù)據(jù)可以用來作為判斷電能質(zhì)量問題產(chǎn)生原因和改善電能質(zhì)量的依據(jù)。應(yīng)電力部門的需求，我們聯(lián)合開發(fā)了“電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)”，該系統(tǒng)包括現(xiàn)場監(jiān)測裝置、數(shù)據(jù)自動收集網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)管理分析中心三部分。本論文主要介紹現(xiàn)場監(jiān)測裝置的研究，該裝置的特點 :本裝置作為電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測終端，主要應(yīng)用在中、低壓用戶端，滿足實時性的要求；功能強大，包括電壓偏差、三相不平衡度、諧波、斷電記錄、電壓電流有效值、功率等穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量指標的測量；具備強大的通信能力；在 功能上具備配置的靈活性，具有可擴展性，以適應(yīng)電力系統(tǒng)的不同應(yīng)用場合；體積小，重量輕，成本低，適合于大量安裝到現(xiàn)場。 該裝置的推廣和應(yīng)用有著巨大的社會效應(yīng)和經(jīng)濟效益。采用該裝置后，可以方便地了解電網(wǎng)電能的構(gòu)成情況，為諧波抑制、電壓波動提供了分析素材。為保證主電網(wǎng)的安全，利用該裝置可以從上網(wǎng)供電電源和