【正文】 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 摘 要 電能質(zhì)量監(jiān)測作為電能質(zhì)量監(jiān)控的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在電力系統(tǒng) 的 運(yùn)行管理和技術(shù)監(jiān)督中起著 很 重要的作用，同時(shí)也是保證電力系統(tǒng)良好供電質(zhì)量的必要手段。研發(fā)功能強(qiáng)大的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，使之能詳細(xì)記錄電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中的電能質(zhì)量指標(biāo)、監(jiān)測電能質(zhì)量污染源，從而為電網(wǎng)電能質(zhì)量的治理和改善提供 了 依據(jù)，對保證電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)及穩(wěn)定運(yùn)行有 著 重要的意義。 文 章 在對電能質(zhì)量指標(biāo)及其綜合評價(jià)方法進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種電能質(zhì)量檢測裝置，并為 其 設(shè)計(jì)了軟件程序。 本文提出 了一種基于 MSP430F449 單片機(jī)的電能質(zhì)量檢測裝置的總體設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，主要包括模擬部分和數(shù)字部分。交流信號的同步采樣通過鎖相倍頻電路來實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)也采用了模塊化設(shè)計(jì)思想，采用具有較高運(yùn)算速度的 FFT 算法，包括系統(tǒng)的初始化、所測指標(biāo)的軟件實(shí)現(xiàn)以及 LCD 液晶屏輸出界面的設(shè)計(jì)等。 關(guān)鍵詞 ： 電能質(zhì)量檢測 ； 同步采樣； FFT ； MSP430F449 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II Abstract Power quality monitoring is a key part for the controlling of power quality. It also play an important role in supervising and managing of power system, and at the same time it is a necessary means for providing better power quality .It is of great importance to research and develop a powerful functions power quality monitoring system, which can note indexes of power quality and can supervise polluting sources during running in detail, then provide evidence for improving and renovating the power quality, and ensure the security, stabilization, economy of the power system. Based on analyzing of the power quality indexes and its synthetical evaluation methods, this article designs a power quality monitor and its software. In this paper, a power quality monitoring system based on MSP430F449 was put forward. Blocking method was adopted in designing of the system hardware, which contained analog part and digital part, and synchronous sampling of alternating current signals was realized by Phaselocked and double frequency circuits. Blocking method employing FFT was also adopted in designing of the system software, which included system initializing, software of the measured indexes and interface of the LCD. Keywords: Survey of Power quality。 Synchronous sampling。 FFT； MSP430F449 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 摘 要 .................................................................................................................. I Abstract .................................................................................................................. II 第 1 章 緒論 ......................................................................................................... 1 課題背景及意義 ....................................................................................... 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及電能質(zhì)量監(jiān)測的發(fā)展趨勢 ...................................... 1 本文結(jié)構(gòu) .................................................................................................... 2 第 2 章 系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) ......................................................................................... 4 交流采樣原理 ............................................................................................ 4 電能質(zhì)量參數(shù)算法 ................................................................................... 5 本章小結(jié) .................................................................................................. 13 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ....................................................................................... 14 系統(tǒng)的整體方案 ..................................................................................... 14 模擬部分設(shè)計(jì) .......................................................................................... 15 數(shù)字部分設(shè)計(jì) .......................................................................................... 18 本章小結(jié) .................................................................................................. 21 第 4 章 軟件部分設(shè)計(jì) ....................................................................................... 22 設(shè)計(jì)原則 .................................................................................................. 22 程序流程圖 .............................................................................................. 22 本章小結(jié) .................................................................................................. 27 第 5 章 調(diào)試及運(yùn)行結(jié)果 .................................................................................. 28 硬件電路的調(diào)試 ..................................................................................... 28 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果測試 ................................................................................. 30 誤差分析 .................................................................................................. 31 結(jié) 論 .................................................................................................................. 33 致 謝 .................................................................................................................. 34 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................. 35 附 錄 信號采集調(diào)理電路原理圖 .................................................................. 37 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒論 課題 背景 及意義 電能既是一種 清潔方便 、 經(jīng)濟(jì)實(shí)用且容易傳輸、控制和轉(zhuǎn)換的能量形式，又是一種由電力部門向電力用戶提供的一種特殊產(chǎn)品。與其他商品一樣，電能也要講求質(zhì)量，其特殊性就在于電能質(zhì)量有多方面共同保證的。 電能質(zhì)量不僅對電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的意義，而且其質(zhì)量的好壞直接影響著用戶側(cè)設(shè)備能否正常工作 。 一方面，以微處理器為核心的高自動化與高智能化電子設(shè)備、精密儀器等對電能質(zhì)量的優(yōu)劣十分敏感，不僅會受到諧波、閃變等穩(wěn)態(tài)電能質(zhì)量擾動的影響，甚至也會受到電壓驟升、驟降、暫時(shí)中斷、暫態(tài)脈沖、暫態(tài)震蕩等暫態(tài)電能質(zhì)量擾動的嚴(yán) 重影響。另一方面，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力負(fù)荷的結(jié)構(gòu)發(fā)生 了很大的變化，變頻裝置、電弧爐等波動性、沖擊性、非線性負(fù)荷大量增加，不僅向電網(wǎng)中注入的諧波、間諧波更加嚴(yán)重，產(chǎn)生的暫態(tài)電能質(zhì)量擾動也急 劇增加，對電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了嚴(yán)重的危害，給其他電力用戶也造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因而，及時(shí)準(zhǔn)確的獲取電網(wǎng)電能質(zhì)量信息己成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)高質(zhì)量運(yùn)行的必要條件，是進(jìn)行電能質(zhì)量評價(jià)的重要基礎(chǔ) [1][2]。 本 設(shè)計(jì) 重點(diǎn)研究上述主要評價(jià)指標(biāo)的檢測分析方法，實(shí)現(xiàn)對多項(xiàng)電能質(zhì)量評價(jià)指標(biāo)的綜合監(jiān)測與分析，為提高電網(wǎng)電能質(zhì)量，保障其高質(zhì)量運(yùn)行提供有實(shí)際價(jià)值的理論與技術(shù)支持 。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 及電能質(zhì)量監(jiān)測的發(fā)展趨勢 國外對電能質(zhì)量監(jiān)測問題研究較早，已有一些較為成熟的產(chǎn)品，占據(jù)著中國的高端應(yīng)用市場。其中代表性公司是美 國的 FULKE 公司和以色列的Elspec 公司。其中 Elspec 公司的 Elspec G4400 最具代表性，它采用數(shù)據(jù)壓哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 縮技術(shù)，連續(xù)記錄長時(shí)間的監(jiān)測數(shù)據(jù)。國內(nèi)對電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置的研究時(shí)間不長，比較典型的產(chǎn)品有長沙威勝電子有限公司和浙江大學(xué)博士點(diǎn)合作研發(fā)的 WPQ1000A 型電能質(zhì)量監(jiān)測儀和南自機(jī)電的 PDS782 電能質(zhì)量在線監(jiān)測裝置。它們在采樣頻率、分析精度和數(shù)據(jù)存儲等方面和 Elspec 公司的產(chǎn)品存在一定的差距 [3]。 隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展及電網(wǎng)中各類非線性負(fù)荷的不斷增加，電能質(zhì)量的監(jiān)測、管理和控制已經(jīng)越來 越受到各方面的關(guān)注。計(jì)算機(jī)、電力電子和信息技術(shù)等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和普及，對電能質(zhì)量提出了越來越高的要求，電能質(zhì)量問題成為投資商對投資大型項(xiàng)目時(shí)的一個主要是考核標(biāo)準(zhǔn)。中國技術(shù)