【正文】 基本交流電參數(shù)計算原理 (1)電壓電流有效值 由電工學理論，交流電電壓，電流的定義式為： 21U u dtT?? ? ( 21I i dtT?? ? ) (219) 將連續(xù)的時間信號 ()ut ( ()it )離散化，每個周期取 N 點采樣，則有： 1 201 N kkUuN ??? ? ( 1 201 NkkIiN??? ? ) (220) 按照 (219)計算出電壓（電流）有效值后，就可以按照以下計算電壓偏差公式 [15]計算出所要的電壓偏差率 %dU? ： %dU? = 100%rUUUr? ? (221) 式中： U 為實際有效值， Ur 是額定值 。下 面我們來推導信號經(jīng)過 FFT 變換后的幅值和相位表達式。而快速傅立葉變換 (FFT)是快速計算 (DFT)的一種高效方 法，在實際應用中成為穩(wěn)態(tài)諧波測量的最好方法。其中 opU 是集成運放的最大輸出電壓。 圖 21 過零中斷電路 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 6 此電路原理為過零比較器，其閥值電壓等于零。根據(jù)提供采樣信號方式不同，同步采樣法又分 為軟件同步采樣法和硬件同步采樣法兩種。該方法的理論基礎是采樣定理，即要求采樣頻率為被測信號頻譜中最高頻率的 2 倍以上，這就要求硬件處 理電路能提供高的采樣速度和數(shù)據(jù)處理速度。直流采樣法是采樣經(jīng)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(shù)值，過程 設計簡單，計算方便。 220V 的高壓 電和大電流經(jīng)過互感器可轉(zhuǎn)化為幅值為－ ~+ V 的微信號。 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。 我國的研究現(xiàn)狀 石家莊鐵道大學畢業(yè)設計 4 監(jiān)測和改善電能質(zhì)量的主要措施是采用電力電子技術。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。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(zhì)量控制器。 ②針對上述的電能質(zhì)量問題，國外已提出并開發(fā)了許多改善和提高電能質(zhì)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(lián)電容器、動態(tài)電壓恢復器、 功率因數(shù)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(zhuǎn)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。 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(zhì)量學術會議，把電能質(zhì)量提高到一個新的高度來認識 。隨著電力行業(yè)的發(fā)展，隨著經(jīng)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(zhì)量的電能。特別是隨著計算機、電力電子和信息技術等高新產(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。只有對電網(wǎng)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。 引言 ....................................................................................................................... 1 選題背景及設計意義 ........................................................... 錯誤 !未定義書簽。電源模塊通過對交流市電進行變壓整流及穩(wěn)壓輸出為系統(tǒng)提供電源。電能質(zhì) 量監(jiān)測作為電能質(zhì)量監(jiān)控的一個關鍵環(huán)節(jié)，在電力系統(tǒng)的運行管理和技術監(jiān)督中起著很重要的作用，同時也是保證電力系統(tǒng)良好供電質(zhì)量的必要手段。而輸出數(shù)據(jù)由 1602 液晶顯示出來。 三、課題進行的主要工作及采用的方法 本文基于 MSP430F149 單片機，其最大采樣頻率為 25 600 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 。 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外有關電能質(zhì)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(zhì)量評價指標體系的建立；從全國性的電能質(zhì)量普查、監(jiān)測到用戶終端電氣環(huán)境的定義 。 教研室主任簽字 時 間 年 月 日 畢業(yè)設計開題 報告 題 目 簡易電能質(zhì)量分析儀設計 學生姓名 學號 班級 專業(yè) 電氣工程及其自動化 一、研究背景 隨著全球工業(yè)化進程的不斷加快，在現(xiàn)代人類社會生活中電力已經(jīng)成為不可缺少的重要能源之一。 三、研究方法 。 二、 基本要求 1. 能得到電壓、電流有效值、功率、功率因數(shù)； 2. 諧波電路設計要合理，可以得到相應的諧波值； 3. 硬件成果數(shù)據(jù)測試； 4. 用 Protel 完成電路圖繪制。 五、進度計劃 1. 第 1 周 第 3 周 收集相關文獻資料，完成 開題報告 ； 2. 第 4 周 第 7 周 進行 方案 論證，確定 系統(tǒng)設計 方案： 3. 第 8 周 第 13 周 完成硬件電路設計； 4. 第 14 周 第 16 周 整理設計說明書 ，準備答辯 。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(zhì)量的基礎。 目前，國內(nèi)在電能質(zhì)量監(jiān)測方面的研究大多局限在諧波問題的范圍內(nèi) ,也提出和開發(fā)了一些監(jiān)測和改善電能質(zhì)量的電能質(zhì)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(zhì)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。設計選取了 DVDI001 臥式穿芯小型精密電壓互感器和 TA14194 臥式穿芯小型精密交流電流互感器來來滿足以上要求。 指導教師簽字 時 間 年 月 日 摘 要 隨著我國科技的進步和生產(chǎn)技術自動化水平的提高，電力已經(jīng)成為現(xiàn)代人類社會中非常重要且必須的能源，因此對于電 能質(zhì)量的研究就顯得越來越重要。在以單片機 MSP430F149 構成的主控制模塊為基礎的前提下，分別設計了電源模塊、信號采集模塊、輸出顯示模塊。 關鍵詞： 電能質(zhì)量 MSP430F149 選頻電路 諧波測量 Abstract With our advances in technology and production technology level of automation, power has bee very important and must be the energy of the modern human ociety, the quality of electricity has bee increasingly important. Power quality monitoring as a key link in the power quality monitoring plays an important role in power system operation and management and technical supervision, but also the necessary means to ensure good quality of power supply of the power system. Designed on the basis of analyzing the indicators of power quality and its prehensive evaluation method, a power quality detection device. This article focuses on the hardware part of the design system. Microcontroller MSP430F149 constitute the main control module based on the premise, namely, design a power supply module, the signal acquisition module, the output display module. AC mains transformer rectifier and voltage regulator output, the power supply module provides power for the system. Signal acquisition module for analog signal acquisition and processing. Various electrical parameters displayed in the output display module 1602. Key words: power quality MSP430F149 selected frequency circuit harmonic measurement 目 錄 第 1 章 緒論 ....................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。公用電網(wǎng)中的諧波電壓和諧波電流就是對電網(wǎng)環(huán)境最嚴重的一種污染之一。電網(wǎng)諧波含量增加，導致了電氣設備壽命縮短，網(wǎng)損加大，系統(tǒng)發(fā)生諧波諧振的可能性增加，并聯(lián)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。因此人們對電能質(zhì)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(wǎng)頻率和電壓水平 (即靜態(tài)或平均偏差不過大 )上。 選題背景及設計意義 國外研究現(xiàn)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(zhì)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(zhì)量評價指標體系的建立；從全國性的電能質(zhì)量普查、監(jiān)測到用戶終端電氣環(huán)境的定義；各種電能質(zhì)量問題分析方法的提出，以及用戶電力技術等電能質(zhì)量控制技術的研究和裝置的開發(fā)正深入進行。這涉及到如何處理畸變、不平衡現(xiàn)象的功率定義問題，這方面國外已經(jīng)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。 ③統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器或稱電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器 (PQC)。 ④用戶電力技術。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(zhì)量調(diào)節(jié)器等。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(shù)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。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。 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(shù)采樣和計算的方法主要有兩種：直流采樣法和交流采樣法。 交流采樣技術是按一定規(guī)律對被測信號的瞬時值進行采樣，再按一定算法進行數(shù)值處理，從而獲得被測量的測量方法。 同步采樣法就是整周期等間隔均勻采樣，要求被測信號周期 T與采樣時間間隔 t?及一周內(nèi)采樣點數(shù) N 之間滿足關系式 T = Nt? ，即：采樣頻率為被測信號頻率的 N倍。一種利用過零中斷理實現(xiàn)同步等間隔采樣的電路如圖 21 所示。上圖中集成運放 TL062 工作在非線性狀態(tài)，因此當 01?u 時， oppUu ??0 ；當 01?u 時， oppUu ??0 。離散傅立葉變換 (DFT)是連續(xù)傅立葉在離散系統(tǒng)中的表現(xiàn)形式，但由于 DFT 運算量太大，即使采用計算機也很難對問題進行實時分析，所以并沒得到真正的應用。 設： k k kf u ji?? ( 0,1, 2........., 1kN??) (25) 頻譜算式為： 10N nkn k NkF f W???? ( 0,1, 2........., 1k