【正文】 判斷電力系統(tǒng)故障并且精確為故障點(diǎn)定時(shí)完全依靠信號(hào)處理模塊的處理能力。、因此功耗比原有型號(hào)降低了大約一個(gè)數(shù)量級(jí)。 AD轉(zhuǎn)換電路AD7656是ADI公司生產(chǎn)的16位雙極性模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片[40. 250kSPS,6channel,simultaneous,Sampling,Bipolar 16bit AD7656[M], ANALOG DEVICES, 2006, 34]，它采用iCMOS工藝制造，是高集成度、6通道、16bit逐次逼近(SAR)型ADC。10V、177。 AD7656芯片工作時(shí)序圖 Time sequence diagram of AD7656AD7656采樣過(guò)程是DSP向CPLD發(fā)出訪問(wèn)ADC的信號(hào)，控制ADC完成采樣和轉(zhuǎn)換，具體過(guò)程是，首先將ADC芯片CONVSTx管腳置為高電平至少550ns，這時(shí)候ADC芯片會(huì)自動(dòng)完成采樣急轉(zhuǎn)換的工作，在此期間ADC會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高電平BUSY信號(hào)，表示自己正在工作，接著，DSP就可以從ADC讀數(shù)據(jù)了，先產(chǎn)生低電平CS片選信號(hào)，再在RD讀信號(hào)低電平期間完成讀數(shù)據(jù)操作。采用這種設(shè)計(jì)是出于保證錄波設(shè)備的實(shí)時(shí)性和精確性來(lái)考慮的。最成功的ARM內(nèi)核之一——ARM7TDMI，具有最高120 Dhrystone MIPS的性能、較高的代碼密度和低功耗等特點(diǎn)，使它成為嵌入式設(shè)備的最佳選擇。 以太網(wǎng)模塊STR710內(nèi)部沒(méi)有以太網(wǎng)控制器，要實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)功能并保證傳輸速率，主要有兩種方法，一是用ARM處理器運(yùn)行操作系統(tǒng)，使用系統(tǒng)自帶的TCP/IP協(xié)議棧，來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能，二是外擴(kuò)以太網(wǎng)控制模塊。 NM7010A以太網(wǎng)模塊電路設(shè)計(jì)原理圖 Circuit design schematic diagram of NM7010A Ethernet module在使用時(shí)通過(guò)ARM向以太網(wǎng)模塊寫(xiě)入數(shù)據(jù)，NM7010A便會(huì)自動(dòng)組織數(shù)據(jù)裝幀打包，遵守TCP/IP協(xié)議發(fā)送到以太網(wǎng)上去。通俗地講，GPRS是一項(xiàng)高速數(shù)據(jù)處理的技術(shù)，方法是以分組的形式傳送資料到無(wú)線終端上。BenQ M23 。本文中的無(wú)線模塊采用了BenQ公司的M23GPRS無(wú)線模塊[43. BenQ M23A GSM/GPRS Wireless Module Technical Datasheet[M], BenQ Corporation, 2005, 2623]。支持MCU總線并行接口和I2C接口，由于內(nèi)嵌硬件以太網(wǎng)協(xié)議，所以將它與STR710數(shù)據(jù)總線相連把NM7010A簡(jiǎn)單地看 NM7010A以太網(wǎng)模塊結(jié)構(gòu)圖 Structure of NM7010A Ethernet module成一個(gè)外部存儲(chǔ)單元，對(duì)它進(jìn)行讀寫(xiě)數(shù)據(jù)操作以及有關(guān)的配置，而不必關(guān)心具體的以太網(wǎng)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。I/O端口包括P0、PP2三個(gè)16位的端口，其他的外設(shè)接口引腳都與I/O端口的引腳功能復(fù)用。同時(shí)，ARM構(gòu)架又是面向低成本預(yù)算設(shè)計(jì)的第一款RISC處理器。當(dāng)然它還有轉(zhuǎn)發(fā)遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)下達(dá)的判據(jù)定制信息給信號(hào)處理模塊的功能。兩片AD7656同時(shí)獲得的兩路轉(zhuǎn)換結(jié)果，分別作為數(shù)據(jù)總線上低16位和高16位直接送入DSP。AD7656具體參數(shù)為16位、23通道雙極性高阻模擬輸入，通道最高吞吐率可高達(dá)250ksps。CPLD實(shí)現(xiàn)的控制信號(hào)包括：對(duì)DSP外部存儲(chǔ)空間的片選及讀寫(xiě)信號(hào)，軟件方式實(shí)現(xiàn)DSP看門(mén)狗，以及ADC的選通、啟動(dòng)和開(kāi)關(guān)量變化的檢測(cè)。TMS320C33 DSP芯片是TI公司的浮點(diǎn)處理器，是TMS320C3x系列的新一代浮點(diǎn)DSP。本系統(tǒng)選用兵字TV10131型微型精密交流電壓互感器，互感器變比為1:1。 模擬前端電路在第三章中我們介紹了作為錄波判據(jù)依據(jù)的數(shù)字測(cè)量算法，這套算法的一些特性，一定程度上決定了信號(hào)調(diào)理模塊的設(shè)計(jì)。： 錄波設(shè)備整體結(jié)構(gòu)圖 Overall structure of power recorder，錄波設(shè)備采用DSP+ARM雙處理器[37. 鄭宏婕. 嚴(yán)桂. 基于DSP和ARM的電力故障錄波器的設(shè)計(jì)[J]，電測(cè)與儀表，2007，44(502)：4547]的體系結(jié)構(gòu)，兩個(gè)處理的地位平等，通過(guò)雙端口RAM進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，相互獨(dú)立互不影響，保證了DSP的快速運(yùn)行和ARM對(duì)數(shù)據(jù)通信的調(diào)度管理。這些測(cè)量算法是在對(duì)電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)深入研究的基礎(chǔ)上，以電能質(zhì)量衡量方法的計(jì)算要求為思路提出的。通信調(diào)度的核心任務(wù)主要是負(fù)責(zé)一系列事務(wù)性的處理工作，在這方面ARM微處理器具有明顯的優(yōu)勢(shì)。為保證模塊的精確性，選用了ADI公司的AD7656芯片作為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。考慮到錄波子系統(tǒng)的功能要求，它的設(shè)計(jì)主要以信號(hào)處理和數(shù)據(jù)調(diào)度為主，并附有一定的控制功能。錄波子系統(tǒng)分布在電力系統(tǒng)的各點(diǎn)上，對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行多點(diǎn)故障診斷[36. 肖馳. 電力系統(tǒng)振蕩實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)研究[D]，山東，山東大學(xué)，2005]，記錄故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電參量及開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)。這樣就可以避免頻率偏移對(duì)電壓擾動(dòng)算法的影響，保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。以相電壓擾動(dòng)引起的突變量測(cè)量為例，當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，電壓是穩(wěn)定的，或者說(shuō)負(fù)荷雖時(shí)時(shí)有變化，但不會(huì)在一個(gè)工頻周期這樣短的時(shí)間內(nèi)突然變化發(fā)生很大變化，因此兩周期對(duì)應(yīng)點(diǎn)的電壓應(yīng)當(dāng)接近相等，突變量等于或近似等于零。電壓有效值(即均方根值)的定義為： (340)由式(340)可以導(dǎo)出有效值的兩種計(jì)算方法：第一種是直接把式(339)代入式(340)中并離散化，可以求出： (341)式中——k次諧波有效值。則根據(jù)式(332)、 (333)(a)來(lái)表示。即： (326)令： (327)利用r對(duì)式(323)、(324)進(jìn)行修正，得： (328)根據(jù)式(318)我們最終得到系統(tǒng)實(shí)際頻率為： (329)這種頻率測(cè)量算法具有較強(qiáng)的抗干擾能力，在實(shí)際使用中需要的諧波分量的實(shí)部虛部可以利用迭代DFT運(yùn)算的結(jié)果，并采用自適應(yīng)采樣，可以保證運(yùn)算的實(shí)時(shí)性和精確性。 (316) (317) (318)由式(317)可看出只要精確的計(jì)算出，就可以得到頻率偏離值。但當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生偏移時(shí)，向量將在復(fù)平面內(nèi)以的速度旋轉(zhuǎn)。由式(39)和(310)比較可知 (311)從(311)可以看出，前一個(gè)數(shù)據(jù)窗的計(jì)算結(jié)果傳遞給了當(dāng)前的數(shù)據(jù)窗，而不必重新計(jì)算當(dāng)前數(shù)據(jù)窗內(nèi)的所有元素。首先，輸入電力信號(hào)在經(jīng)一次整周期FFT變換后，可以得到各相輸入電壓、電流的各次諧波成分，如式(34)、(35)所示。當(dāng)n為1時(shí)，則可得到輸入信號(hào)的基頻分量的實(shí)部和虛部： (36) (37)進(jìn)而由公式(32)、(33)即可求得基頻分量的幅值和相角。為了克服傅立葉變換不能進(jìn)行局部分析的重大缺陷，窗口傅立葉變換[25. Hdialgo R M. Femandez J G. et al. A simple adjustable window algorithm to improve FFT measurements[J], IEEE Trans. On IM, 2002, 51(1): 3136]應(yīng)運(yùn)而生。本章介紹電能質(zhì)量數(shù)字測(cè)量算法，并根據(jù)算法的特點(diǎn)結(jié)合當(dāng)前電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的實(shí)際需要設(shè)計(jì)了電力系統(tǒng)故障錄播通信系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。 本章小結(jié)本章首先介紹了電能質(zhì)量現(xiàn)象的描述及幾種比較流行的分類(lèi)方法。.= /。幅值較小的諧波電流可能導(dǎo)致較大的值，而此時(shí)電力系統(tǒng)受到的威脅并不大。以電流為例，某次諧波分量的大小，常以該次諧波的均方根值與基波均方根值的百分比表示，成為該次諧波的含有率，次諧波電流的含有率為： (211)式中——次諧波電流的含有率；、——h次諧波和基波的均方根值。令： (27) (28)式中——期望的瞬時(shí)電壓波形；——受擾動(dòng)的電壓波形，則缺損電壓為；、——分別為PLL電壓的幅值、相角和暫降電壓的幅值、相角。暫態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題以頻譜和暫態(tài)持續(xù)事件為特征，一般分為脈沖暫態(tài)和振蕩暫態(tài)兩種類(lèi)型。電壓波動(dòng)常用相對(duì)電壓變動(dòng)量來(lái)描述，電壓波動(dòng)取值為一系列電壓均方根值變化中的相鄰兩個(gè)極值之差與標(biāo)稱(chēng)電壓的相對(duì)百分?jǐn)?shù)，即： (26)式中——電壓波動(dòng)；與——電壓均方根值的相鄰兩個(gè)極值，kV；——標(biāo)稱(chēng)電壓值，kV。電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，電量的負(fù)序分量均方根值與正序分量均方根值之比定義為該電量的三相不平衡度，用符號(hào)表示，即： (23) (24)其中、——三相電壓不平衡和三相電流不平衡度；、——電壓正序、負(fù)序分量均方根值，kV；、 ——電流正序、負(fù)序分量均方根值，kA。在任意時(shí)刻，系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)的總輸出有功功率如果大于系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)有功功率的總需求，那么，系統(tǒng)頻率上升，頻率偏差為正；反之，系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)的總輸出有功功率如果小于系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)有功功率的總需求，系統(tǒng)頻率則下降，頻率偏差為負(fù)。供電系統(tǒng)在正常運(yùn)行方式下，某一節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓（通常，電力系統(tǒng)的額定電壓采用標(biāo)稱(chēng)電壓去描述，對(duì)電氣設(shè)備則采用額定電壓的術(shù)語(yǔ)）之差對(duì)系統(tǒng)標(biāo)稱(chēng)電壓的百分?jǐn)?shù)成為該節(jié)點(diǎn)的電壓偏差。這一現(xiàn)象包括電壓暫降和電壓短時(shí)間中斷、欠電壓、暫態(tài)過(guò)電壓、階梯形電壓變化、相位跳變等。 IEEE電力系統(tǒng)電磁現(xiàn)象的特性參數(shù)及分類(lèi) IEEE characteristic andclassification of power system electromagnetic phenomenons類(lèi)別典型頻譜典型持續(xù)時(shí)間典型電壓幅值瞬變現(xiàn)象沖擊脈沖納秒級(jí)5ns上升50ns　微秒級(jí)1μs上升50ns1ms　毫秒級(jí)1ms　振蕩低頻5kHz04 .中頻5500kHz20μs08 .高頻5μs04 .短時(shí)電壓變動(dòng)暫時(shí)暫降　 .暫升　 .暫時(shí)中斷　 .暫降　30周波3s .暫升　30周波3s .短時(shí)中斷　3s1min .暫降　3s1min .暫升　3s1min .長(zhǎng)時(shí)間電壓變動(dòng)持續(xù)中斷　　1min .欠電壓　　1min .過(guò)電壓　　1min .電壓不平衡　　　穩(wěn)態(tài)%2%波形畸變直流偏置　　穩(wěn)態(tài)%諧波　0100th穩(wěn)態(tài)020%間諧波　06kHz穩(wěn)態(tài)02%陷波　　穩(wěn)態(tài)　噪聲　寬帶穩(wěn)態(tài)01%電壓波動(dòng)　　25Hz間歇%7%工頻變化　　　10s　 變化型和事件型分類(lèi)電能質(zhì)量問(wèn)題還有一種分類(lèi)方法，即按照電能質(zhì)量擾動(dòng)的現(xiàn)象的兩個(gè)重要表現(xiàn)特征——變化的連續(xù)性和事件的突發(fā)性為基礎(chǔ)分成兩類(lèi)[12. 肖湘寧. 電能質(zhì)量分析與控制[M]，北京，中國(guó)電力出版社，2004，89]。研究電能質(zhì)量就要從電能質(zhì)量現(xiàn)象入手。第二章介紹了目前比較流行的電能質(zhì)量現(xiàn)象的分類(lèi)分類(lèi)方法，并對(duì)電能質(zhì)量的衡量方法加以分析。本課題的研究對(duì)象。目前廣域測(cè)量系統(tǒng)已成為了電力系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)發(fā)展的新趨勢(shì)。隨著DSP和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，電力故障錄波設(shè)備的研制已主要轉(zhuǎn)向DSP芯片環(huán)境的開(kāi)發(fā)研制，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，集成度高，穩(wěn)定性好。目前共有三個(gè)估計(jì)方法：MUSIC，ESPRIT，與Kalman濾波。STFT可以解釋為一系列等帶寬的帶通濾波器的等效，其帶寬取決于所選窗函數(shù)與窗的大小。一、基于變換或子帶濾波的數(shù)據(jù)分解：這些方法將待測(cè)的電力信號(hào)分解成各分量成分。分析采樣電壓或電流波形對(duì)電力質(zhì)量提供了定量的描述。行業(yè)方面，近年來(lái)隨著電力行業(yè)的深化改革，發(fā)電與輸配電體制分離，電能按質(zhì)按量論價(jià)、電力網(wǎng)逐步實(shí)行商業(yè)化運(yùn)營(yíng)與市場(chǎng)交易也已經(jīng)是大勢(shì)所趨。電力系統(tǒng)故障實(shí)時(shí)錄波通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)畢業(yè)論文第1章 緒論 課題背景電力供應(yīng)是現(xiàn)代社會(huì)賴(lài)以生存的重要支柱。人們開(kāi)始認(rèn)識(shí)到，電力系統(tǒng)運(yùn)行和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)電能質(zhì)量的要求在逐步的擴(kuò)大和深化，提高電能質(zhì)量已成為保證供用電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基本要求。在電力系統(tǒng)故障的分析方法方面，人們關(guān)心的電能質(zhì)量己經(jīng)不僅僅是早些時(shí)候的供電電壓和頻率兩個(gè)指標(biāo)，而是另外增加了電力諧波、電壓波動(dòng)與閃變，電壓瞬變、三相不平衡等一系列指標(biāo)。它們可以大致分為兩大類(lèi)：一是變換或基于子帶濾波器的方法，二是基于模型的方法。要獲得數(shù)據(jù)的時(shí)頻表達(dá)，目前一種普遍使用的方法是STFT（短時(shí)傅里葉變換）。分量的總數(shù)量是預(yù)先選定的，而且其頻率和幅度也事先估計(jì)出來(lái)，并使其適應(yīng)模型。這種早期的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)精確度與實(shí)時(shí)性雖然都已不能滿(mǎn)足現(xiàn)在的電力故障錄波要求，但是它們?cè)谝欢ǔ潭葹楹罄m(xù)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。這種系統(tǒng)的各個(gè)子監(jiān)測(cè)設(shè)備分布在電力系統(tǒng)的各點(diǎn)上，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控總站（監(jiān)控總站負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析與存儲(chǔ)）連接，每個(gè)子系統(tǒng)都通過(guò)GPS對(duì)時(shí)，以保證系統(tǒng)時(shí)間一致。我國(guó)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備的研究對(duì)我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展也有著重要的意義。以及目前國(guó)內(nèi)外