【正文】 裝置采用的電壓/電流變換器(PT/CT)為精密電壓電流變換器，CT輸入輸出范圍是交流6A/，PT輸入輸出范圍是交300V/。 按照上述功能，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則是采用模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)裝置分為兩大部分，信號采樣板和DSP處理板。[技術(shù)路線]一 硬件部分方案1 CPU控制運(yùn)算核心硬件架構(gòu)本文提出采用傳統(tǒng)的主從式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，采用CPLD+DSP的雙CPU并行處理技術(shù)，配以適當(dāng)?shù)耐鈬涌陔娐穪硗瓿筛黜?xiàng)功能。 2)鑒定實(shí)際電力系統(tǒng)及諧波源用戶的諧波水平是否符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，包括對所有諧波源用戶的設(shè)備投運(yùn)時(shí)的測量。該裝置對電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測的結(jié)果將有利于人們科學(xué)地建設(shè)電網(wǎng)和使用電器設(shè)備，將有力地推動電力公司的經(jīng)營目標(biāo)從供電充足可靠的數(shù)量目標(biāo)向符合公共安全的高質(zhì)量電能方向轉(zhuǎn)變。本論文主要介紹現(xiàn)場監(jiān)測裝置的研究，該裝置的特點(diǎn):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(shí)時(shí)性的要求；功能強(qiáng)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(biāo)的測量；具備強(qiáng)大的通信能力；在功能上具備配置的靈活性，具有可擴(kuò)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。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)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)。 儲藏溫度 20 60℃ 輸入電壓量程 10480Vrms 頻率測量 在通信接口設(shè)計(jì)上，完成利用DART進(jìn)行串行通信。軟件設(shè)計(jì)還考慮了升級的可擴(kuò)展性，可通過對DSP程序的更新來達(dá)到算法的升級。本課題將研究引入雙CPU的總體框架，CPLD負(fù)責(zé)控制，通信，人機(jī)接口，數(shù)據(jù)采集顯示；將運(yùn)算核心單元由傳統(tǒng)單片機(jī)升級為DSP，提高整體處理運(yùn)算速度。在過去的幾十年里，單片機(jī)的廣泛使用實(shí)現(xiàn)了簡單的智能控制功能。因此這是擺在我們電力工作者面前難得的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，開發(fā)實(shí)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。此產(chǎn)品以模塊化的設(shè)計(jì)理念，提供數(shù)字信號處理型DSP測試模塊。如：美國FLUKE公司的FLUKE43型手持式供電質(zhì)量分析儀，可以提供電力系統(tǒng)維修、供電故障排除及設(shè)備故障診斷所需的測量值，功能先進(jìn)。使單獨(dú)的用戶或用戶群從標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量的配電系統(tǒng)中得到用戶指定水平的電力。[應(yīng)用前景] 新型配電綜合測控儀的研制，有助于對電網(wǎng)諧波進(jìn)行分析，監(jiān)測電網(wǎng)諧波變化，以保證電網(wǎng)質(zhì)量。在我國，隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，電氣化鐵道的發(fā)展、化工、冶金、煤炭等工業(yè)部門中大量應(yīng)用電力電子技術(shù)和引進(jìn)國外的先進(jìn)設(shè)備，以及在節(jié)能工程中電力電子技術(shù)的應(yīng)用等等，在帶來技術(shù)經(jīng)濟(jì)上一系列效益的同時(shí)，也使電網(wǎng)的諧波含量大大增加，電網(wǎng)波形畸變越來越嚴(yán)重。該系統(tǒng)主要完成如下功能： (1)采用鎖相技術(shù)進(jìn)行三相交流電的測量(包括電壓、電流和頻率)； (2)研究和測試三相交流電的諧波、不平衡度； (3)研究和測試三相交流電的有功功率、無功率和功率因數(shù)；(4)同上位機(jī)通信采用232通信接口；。與此同時(shí)，許多新型的電氣設(shè)備在其運(yùn)行中會向電力系統(tǒng)中注入各種電磁干擾，對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和用戶設(shè)備的正常工作造成的危害與影響不斷增加，電能質(zhì)量問題日益突出，引起了供電部門和廣大電力用戶的普遍重視。項(xiàng)目意義隨著工業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門的用電量不斷增加，電氣化程度越來越高，新工藝、新技術(shù)廣泛運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)和人民生活的各個(gè)方面，越來越多的用戶采用了性能好、效率高但對電源特性變化敏感的高科技設(shè)備，電力用戶對電能質(zhì)量的要求不斷提高?？傮w目標(biāo)為研制一種以高速DSP和CPLD為核心的電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)，應(yīng)用快速、準(zhǔn)確、適應(yīng)性強(qiáng)的算法，實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量在線實(shí)時(shí)監(jiān)測和自動分析。 一、 本研究項(xiàng)目的科技依據(jù)（包括科技意義和應(yīng)用前景，國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢；應(yīng)用理論基礎(chǔ)研究項(xiàng)目應(yīng)闡述學(xué)術(shù)思想，立論根據(jù)，特色或創(chuàng)新之處，主要參考文獻(xiàn)目錄及出處；推廣項(xiàng)目說明成果成熟程度、適用范圍，以及成果的知識產(chǎn)權(quán)等問題）[項(xiàng)目背景]20世紀(jì)六七十年代以來，由于大功率變流設(shè)備和電子調(diào)壓設(shè)備的廣泛應(yīng)用，大量家用電器普遍采用晶閘管以及其它各種非線性負(fù)荷，導(dǎo)致電力系統(tǒng)波形畸變?nèi)找鎳?yán)重，再加上競爭和充分利用電工材料，對電工設(shè)備日益傾向于采用在其磁化曲線臨界情況下甚至在飽和區(qū)段工作，導(dǎo)致這些電力設(shè)備的勵(lì)磁電流波形嚴(yán)重畸變，嚴(yán)重危及電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，從而使諧波問題倍受各國的重視和關(guān)心。因此，國內(nèi)外都在加緊研究諧波污染的治理方法。 [國內(nèi)外研究概況]一 國外研究現(xiàn)狀國外從90年代以來，已經(jīng)出現(xiàn)了定制電力的供電技術(shù)，把大功率電力電子技術(shù)和配電自動化技術(shù)綜合起來，以用戶對電力可靠性和電能質(zhì)量的要求為依據(jù)，為用戶配置所需要的電力。隨著對電能質(zhì)量問題的研究的深入，國內(nèi)外也出現(xiàn)了相應(yīng)的測量儀表。而其另一款致茂6630功率分析儀是一彈性設(shè)計(jì)的多功能電力測試設(shè)備，可與其它系統(tǒng)整合或單機(jī)使用，具備諧波、電壓波動、多用電表、資料記錄及波形顯示等五種獨(dú)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。目前，電力部門用的諧波測量和分析裝置大多數(shù)是進(jìn)口的國外產(chǎn)品，價(jià)格昂貴。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和嵌入式實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)分析、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展。因此走向雙CPU架構(gòu)也是必然趨勢。 在軟件上，計(jì)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(shí)間里完成各個(gè)電能質(zhì)量參數(shù)的計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲，達(dá)到計(jì)算和采樣的同步。并在硬件上設(shè)計(jì)同步鎖相環(huán)電路，進(jìn)行整周期采樣，以滿足計(jì)算精度的要求。[技術(shù)關(guān)鍵]本課題的關(guān)鍵技術(shù)和難點(diǎn):（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（4）傳統(tǒng)FFT分析不能進(jìn)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(shí)現(xiàn) [技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)]技術(shù)指標(biāo)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: ≤ 基波電壓（電流）之間相位差的測量誤差≤176。 工作溫度 20 45℃經(jīng)濟(jì)指標(biāo)在當(dāng)代電力系統(tǒng)，深入了解和認(rèn)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(yùn)行的危害與影響，甚至對社會經(jīng)濟(jì)的作用和影響，實(shí)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(jì)意義。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。為保證主電網(wǎng)的安全，利用該裝置可以從上網(wǎng)供電電源和掛網(wǎng)負(fù)載兩方面提供實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，確定影響電能質(zhì)量的因素何在；通過該裝置為某些對電能質(zhì)量非常敏感的用戶的連續(xù)加工生產(chǎn)線的電能質(zhì)量符合性評估提供數(shù)理依據(jù)；為普通居民提供斷電記錄的同時(shí)，