【正文】 6 退耦電路 ................................................................................................... 17 信號采集模塊 ..................................................................................................... 18 數據采集系統(tǒng)簡介 ................................................................................... 19 信號采集電路總體設計 ........................................................................... 19 過零檢測電路設計 ................................................................................... 20 模擬信號采集電路 ................................................................................... 21 諧波檢測電路 ........................................................................................... 22 液晶顯示模塊 ..................................................................................................... 24 LCD1602 簡介 .......................................................................................... 24 LCD1602 引腳定義 .................................................................................. 25 1602 指令集 .............................................................................................. 26 第 4 章 交流電壓、電流有效值測試 ............................................................................. 28 測試方法： ......................................................................................................... 28 誤差產生原因分析 ............................................................................................. 28 第 5 章 結論與總結 ......................................................................................................... 30 參考文獻 ............................................................................................................................. 31 致 謝 ............................................................................................................................. 32 附錄 A 外文資料翻譯 ...................................................................................................... 33 ：英文 .................................................................................................................... 33 ：譯文 .................................................................................................................... 44 附錄 B MSP430F149 引腳分布 ...................................................................................... 51 附錄 C 硬件電路圖 .......................................................................................................... 54 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 1 第 1 章 緒論 引言 隨著全球工業(yè)化進程的不斷加快，在現代人類社會生活中電力已經成為不可缺少的重要能源之一。尤其在近年來，電網中諸如煉鋼電弧爐、半導體變流裝置和電氣化鐵路等大型負荷及大量現代日常電氣設備不斷增加，電網中的電壓、電流波形受到諸如沖擊性、非線性及不平衡用電特性的影響，發(fā)生不同程度的畸變；三相不平衡以及電壓波動和閃變等一系列電能質量問題不斷復雜化，電網遭到嚴重污染。公用電網中的諧波電壓和諧波電流就是對電網環(huán)境最嚴重的一種污染之一。只有對電網中的諧波源分布和諧波狀態(tài)有了清楚的認識才能有效地治理諧波。 據統(tǒng)計，電網用電負荷中異步電動機占的比例最大。電網電壓和頻率的偏差、諧波、三相電壓不平衡以及電壓波動和閃變等，均會直接影響電機的轉速、力矩和發(fā)熱，從而影響生產工效和產品質量。電網諧波含量增加，導致了電氣設備壽命縮短，網損加大，系統(tǒng)發(fā)生諧波諧振的可能性增加，并聯電容器不能正常運行，同時可能引發(fā)繼電保護和自動裝置的非故障性動作，導致儀表指示和電能計量不準以及計算機、通信受干擾等一系列問題。特別是隨著計算機、電力電子和信息技術等高新產業(yè)的發(fā)展和普及，對電能質量提出了越來越高的要求。 改善電能質量對于電網和電氣設 備的安全、經濟運行，保障產品質量和科學實驗以及人民生活和生產的正常等均有重要意義。電能質量直接關系到國民經濟的總體效益。因此人們對電能質量問題的重視并非近幾年的事，只不過早期對此認識比較簡單，主要局限在保持電網頻率和電壓水平 (即靜態(tài)或平均偏差不過大 )上。隨著電力行業(yè)的發(fā)展，隨著經濟的發(fā)展，供電公司要提高自身的競爭力，其中一個最重要的部分就是提供高質量的電能。因此，正確的檢測和分析諧波是有效抑制和補償諧波的基礎，也是提高電能質量的基礎。 本設計重點研究電能質量分析儀的硬件方法，實現對多項電能質量評價指標的綜合 監(jiān)測與分析，為提高電網電能質量，保障其高質量運行提供有實際價值的理論與技術支持。 選題背景及設計意義 國外研究現狀 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 2 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 3 國外有關電能質量監(jiān)測的研究正掀起高潮，從所適用的功率理論的擴展 ,到電能質量評價指標體系的建立；從全國性的電能質量普查、監(jiān)測到用戶終端電氣環(huán)境的定義；各種電能質量問題分析方法的提出，以及用戶電力技術等電能質量控制技術的研究和裝置的開發(fā)正深入進行。 1996 年， IEEE 將每兩年召開一次的電力諧波國際學術會議更名為電力諧波與電能質量學術會議，把電能質量提高到一個新的高度來認識 。 ①理論方面積極開展電能質量指標的評價體系研究。如何評價電能質量的好壞，通常使用的幾種定量評價電能質量的指標如總諧波畸變率，功率因數等，但當波形為非周期信號、頻率為分數次諧波頻率時，上述評價指標就有不協調的問題。這涉及到如何處理畸變、不平衡現象的功率定義問題，這方面國外已經作了大量研究，并給出了一些建議，但至今尚未取得一致意見。 ②針對上述的電能質量問題，國外已提出并開發(fā)了許多改善和提高電能質量的裝置，包括：有源電力濾波器和無源濾波器、電池貯能系統(tǒng)、配電用靜態(tài)同步補償器、配電用串聯電容器、動態(tài)電壓恢復器、 功率因數校正電容器、避雷器、超導磁能貯存系統(tǒng)、靜態(tài)電子分接開關、固態(tài)轉移開關、固態(tài)斷路器、靜止無功補償器、晶閘管開關電容器、不間斷電源等。這些裝置主要是采用電力電子技術，一些裝置已相當成熟，其產品開始進入大量實用化階段。如日本的有源電力濾波器使用很普遍，并聯型有源電力濾波器最大容量達 50MVA，采用的是 GTO、 SCR 器件，用于抑制電弧引起的閃變。 ③統(tǒng)一電能質量調節(jié)器或稱電能質量調節(jié)器 (PQC)。它可快速補償供電電壓中的突升或突降、波動和閃變、諧波電流和電壓、各相電壓的不平衡以及故障時的短時電壓中斷等，是一 項具有綜合功能的電能質量控制器。西門子公司已系列生產出 PQC裝置，基于 IGBT 的 PWM 換流器，是并聯型有源電力濾波器和串聯型有源電力濾波器的組合，是眾多此類研制品中較有代表性的產品。西門子的 PQC 與系統(tǒng)聯接有三種方式，并聯時，主要防止非正常負荷對系統(tǒng)的影響；串聯時，則用于防止系統(tǒng)對負荷的影響；而當串并聯時，則將具有雙向補償的功能。 ④用戶電力技術。它是將電力電子技術、微處理機技術、自動控制技術等高新技術運用于中、低壓配電系統(tǒng)和用電系統(tǒng)中，以減小諧波畸變。消除電壓波動和閃變、各相電壓的不對稱和供電的短時中斷， 從而提高供電可靠性和電能質量的新型綜合技術。用戶電力技術概念的提出，有助于供電部門提供高可靠性和高質量的電力，也有助于滿足各種新工藝用戶對電力供應的更高要求。用戶電力技術控制器包括上面介紹的動態(tài)電壓恢復器、固態(tài)斷路器、統(tǒng)一電能質量調節(jié)器等。 我國的研究現狀 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 4 監(jiān)測和改善電能質量的主要措施是采用電力電子技術。目前，國內在電能質量監(jiān)測方面的研究大多局限在諧波問題的范圍內，也提出和開發(fā)了一些監(jiān)測和改善電能質量的電能質量補償裝置，包括各種有源電力濾波器、動態(tài)無功補償裝置、電能質量綜合補償裝置，以及動態(tài) 電壓恢復器等，與國外的差距是非常明顯的。 電能質量監(jiān)測的基礎理論研究，包括統(tǒng)一的畸變波形下電能質量的含義，電能質量的界定方法、評價體系的研究，各功率成份的定義及物理意義研究等。目前為適應不同需要提出了許多功率成份的定義方法，在其數學表達式、物理意義及實施方面各有所長，但距離理論上和實際上的統(tǒng)一的并易于接受的表達式尚有一定的差距。 本設計的主要工作 本文基于 MSP430F149 單片機，其最大采樣頻率為 25600 Hz， RS232 串行通信波特率為 9 600 bps 結合由四雙向模擬開關 CD4066 與 RC 帶通濾波電路等構成。分為單片機主控制模塊，電源模塊、信號采集模塊和液晶顯示模塊。待測的模擬信號是電網中的交流高電壓和交流大電流，為了隔離高電壓和大電流需要進行幅值轉換變成低電壓和小電流，然而，這里不僅僅幅值是最重要的，為了不產生附加的畸變，變換過程中的頻率響應也應具有適當的帶寬。設計選取了 DVDI001 臥式穿芯小型精密電壓互感器 (Potential Transformer， PT)和 TA14194 臥式穿芯小型精密交流電流互感器(Current Transformer， CT)來滿足以上要求。 220V 的高壓 電和大電流經過互感器可轉化為幅值為－ ~+ V 的微信號。信號調理電路使－ ~+ V 的輸入信號進行約3 倍的放大和 V 的抬升。而輸出數據由 1602 液晶顯示出來。 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 5 第 2 章 系統(tǒng)原理設計 交流采樣原理 一般來說，對電力系統(tǒng)參數采樣和計算的方法主要有兩種：直流采樣法和交流采樣法。直流采樣法是采樣經過整流后的直流量，對采樣值只需作一次比例變換即可得到被測量的數值，過程 設計簡單，計算方便。但直流采樣 法存在一些問題：測量精度直接受整流電路的精度和穩(wěn)定性的影響；整流電路參數調整困難且受波形因素影響較大；此外，用直流采樣法測量工頻電壓、電流是通過測量平均值來求出有效值的，當電路中諧波含量不同時，平均值與有效值之間的關系也將發(fā)生變化，給計算結果帶來了誤差。因此，要獲得高精度、高穩(wěn)