【正文】 時報警。對于 PIC 系列中任一款單片機的開發(fā)，都可以借助于一套免費的軟件綜合開發(fā)環(huán)境，實現(xiàn)程序編寫和模擬仿真。 目前電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備的發(fā)展趨勢傾向于采用永久性的固定設(shè)備對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行在線監(jiān)測，對于固定電能質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備而言，需要綜合考慮成本和性能進行專門的研制。在此基礎(chǔ)上也提出了一些解決電能質(zhì)量問題的方法。一般以 1/min 或 1/s 為單位。波形畸變后，會產(chǎn)生高次諧波。 IEEE 標準化協(xié)調(diào)委員會已經(jīng)給出了 power quality(電能質(zhì)量 )的技術(shù)定義，合格電能質(zhì)量的概念是指，給敏感設(shè)備提供電力和設(shè)置的接地系統(tǒng)均適合于該設(shè)備正常工作。給出實際電壓與理想電壓間的偏差，以反映供電部門向用戶分配的電力是否合格。電流質(zhì)量包括電流諧波、間諧波、電流相位超前與滯后、噪聲等。 本科畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 題目： 電能質(zhì)量 分析 — 硬件設(shè)計 院（系） 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 班 級 0090415 姓 名 陳凱 學(xué) 號 090415101 導(dǎo) 師 宋曉茹 20xx 年 6 月 I 電能質(zhì)量分析 — 硬件設(shè)計 摘 要 現(xiàn)代電力電子設(shè)備和非線性負載的大量使用又造成電能污染日趨嚴重，電能質(zhì)量成為電力部門及其用戶日益關(guān)注的問題 ,因此對電能質(zhì)量進行檢測與分析具有重要的意義。研究電流質(zhì)量有助于電網(wǎng)電能質(zhì)量的改善，降低線路損耗，但不能概括大多數(shù)因電壓原因造成的質(zhì)量問題，而后者往往并不總是用電造成的。電壓質(zhì)量通常包括電壓偏差、電壓頻率偏差、電壓不平衡、電磁暫態(tài)現(xiàn)象、電壓波動與閃變、短時電壓變動、電壓諧波、電壓間諧波、電壓缺口、欠電壓、過電壓 等。國際電工委員會 (IEC)也給出了定義，電能質(zhì)量定義是指在電力系統(tǒng)中某一指定點上電壓的 特性，這些特性可根據(jù)預(yù)定的基準、技術(shù)參數(shù)來評價。這是因為對一個周期性非正弦量（如電壓、電流、磁通等）進行傅立葉級數(shù)分解，即可得到一個同頻率的和很多整數(shù)倍頻率的正弦波之和，即基波和各次諧波。 供電系統(tǒng)中電壓的波動和閃變多是由用戶的波動性負荷引起的，波動性負荷可分為周期性波動負荷和非周期性波動負荷兩類。 (1) 調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的分接頭，可保持電壓穩(wěn)定，保證電壓質(zhì)量，但不能改變系統(tǒng)無功需求平衡狀態(tài)，同時也可能影響變壓器運行的可靠性?；谖⑻幚砥鞯闹悄芑娔苜|(zhì)量在線監(jiān)測設(shè)備采用嵌入式系統(tǒng)和數(shù)字信號處理技術(shù)在設(shè)計上具有在線監(jiān)測、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、實時性好和成本低的特點。 (3) 實時監(jiān)測。 (5) 時鐘電路 實時時鐘（ RTC）具有年、月、日、時、分、秒以及星期等日歷及時鐘，保持跟蹤時間和日期等信息，可以記錄故障的時間。 ? 定時器 TMR3： 16 位定時器 /計數(shù)器； ? 捕捉 /比較 /脈寬調(diào)制 (PWM)(CCP)模塊； ? 有 2 種工作方式的主同步串行通 信 (MSSP)： — 3 線 SPI 主控方式 (支持所有 4 種 SPI 工作模式 )； — I2C 主控 /從動方式； ? 可尋址的 USART 模塊：支持中斷地址位。隨前微處理器技術(shù)的不斷發(fā)展，交流采樣必將以其優(yōu)異的性能價格比，逐步取代傳統(tǒng)的直流采樣方法。根據(jù)用戶所測電壓的大小，須將被測電壓串接 一 只電阻 R 后再接到傳感器原邊端子。模塊有 ADCON0 與 ADCONI 寄存器保存數(shù)據(jù)，這種模塊精度與微芯公司的中等轉(zhuǎn)換位數(shù)的 A/D 模塊相同。具體電路如圖 。編碼鍵盤采用硬件線路來實現(xiàn)鍵盤編碼，鍵數(shù)較多，電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜， PC 機所使用的鍵盤就是這種；非編碼鍵盤僅提供按鍵開關(guān)工作狀態(tài)，其他工作由軟件完成，這種鍵盤鍵數(shù)較少，硬件簡單，一般在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中廣泛使用。 RB0、 RB RB RB RB7 與液晶顯示器 MCGl2864A8— 3 的 CSA， +5R71 0 K Ω38394015161718232425261234567891011121314151617181920J1M C G 1 2 8 6 4 A 8 3G N DG N DG N DR 1 21 0 ΩV C C3334 圖 LCD 接口電路連接 CSB， D/I， RW， E 引腳相連，控制數(shù)據(jù)交換的性質(zhì)和方向 。工業(yè)現(xiàn)場的大功率電氣設(shè)備在啟動或停止時，會造成幾百伏、。 3 電能 質(zhì)量檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計 20 時鐘電路設(shè)計 芯片介紹 DS1302 是 DALLAS 公司推出的時鐘芯片，內(nèi)含一個實時時鐘 /日歷和 31 字節(jié)靜態(tài)RAM，可以通過串行接口與單片機進行通信。獨立式鍵盤中，每個鍵占用一根 I/O 線，適用于按鍵數(shù)量較少的場合；行列式鍵盤又稱矩陣式鍵盤，設(shè)計 M 行 N 列16 個鍵，只占用 M+N 根 I、 O 口線，故鍵數(shù)目較多時，可節(jié)省 I/O 口線。 3 電能 質(zhì)量檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計 16 A R 1O P 0 7A R 2L M 3 9 3 AR31 0 k ΩR41 0 k ΩR65 . 1 K ΩD z 1D z 2+55+55V IN 0 27R51 0 0 k Ω 圖 測頻電路接線圖 通信轉(zhuǎn)換電路 為了更好的對測量數(shù)據(jù)進行處理和保存測量結(jié)果，我們設(shè)計了通信接口，以便對測量數(shù)據(jù)做后續(xù)處理。 2) 引腳 PORTA 的 RA0～ RA7 是用作 8 位模擬通道的。 電壓傳感器 CHV— 100 的工作原理與電流傳感器相似，也是磁平 衡 方式工作?；魻栯娏麟妷簜鞲衅髂K有優(yōu)越的電 性能，是一種先進的能隔離主電流回路與電子控制電路的電檢測元件，它綜合了互感器和分流器的所有優(yōu)點，克服了互感器和分流器的不足（如：互感器只適用于 50Hz 工頻測量；分流器無法進行隔離檢測。 特殊的單片機特性 ? 上電復(fù)位電路 (POR)、上電延時定時器 (PWRT)和振蕩器起振定時器 (OST)； 3 電能 質(zhì)量檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計 11 ? 帶 有片內(nèi) RC 振蕩器的監(jiān)視定時器 (WDT)； ? 可編程代碼保護； ? 休眠 (SLEEP)省電方式； ? 可選擇不同的振蕩器工作方式，包括： — 4 鎖相環(huán) (主振蕩器 )； — 2 路振蕩器 (32kHz)時鐘輸入； ? 通過 2 個引腳可進行在線串行編程 (ICSP)。它的通訊距離最遠可達 5KBps/10KM，通訊速率最高可達 1MBps/40M。 系統(tǒng)組成 基于 PIC 單片機的電能質(zhì)量檢測儀結(jié)構(gòu)圖如圖 所示。 電能質(zhì)量的分析 和監(jiān)測是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。 (3) 無源濾波器是傳統(tǒng)的抑制諧波電流的主要手段，它通過 LC 諧振吸收電網(wǎng)中的諧波電流但只能抑制固定頻率的諧波，同時也可能造成系統(tǒng)諧振。波動性負荷在系統(tǒng)阻抗上將引起電壓降上的波動。 為了定量表示電力系統(tǒng)正弦波形的畸變程度，采用以各次諧波含量及諧波總量大小表示的下列波形畸變指標： (1) 諧波含有率（ HR）： h 次諧波分量的有效值（或幅值）與基波分量的有效值（或幅值）之比。但大多數(shù)專家認為，對現(xiàn)代電能質(zhì)量的定義應(yīng)理解為 “導(dǎo)致用戶電力設(shè)備不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差，造成用電設(shè)備故障或錯誤動作的任何電力問題都是電能質(zhì)量問題 ”，這個定義概括了電能質(zhì)量問題的成因和后果，當然這里的 “偏差 ”應(yīng)作廣義的理解，它還包括供電可靠性的問題。電流質(zhì)量與電壓質(zhì)量密切相關(guān)。 目前，諧波、電磁干擾、功率因數(shù)降低己并列為電力系統(tǒng)的三大公害。 power quality detector。電能質(zhì)量問題已引起各國電力工 作者的高度重視豫 電能質(zhì)量通常包括電壓質(zhì)量和電流質(zhì)量。電能質(zhì)量的具體指標通常為國家技術(shù)監(jiān)督局相繼頒布的涉及電能質(zhì)量五個方面的國家標準，即：供電電壓允許偏差，供電電壓允許波動和閃變，供電三相電壓允許不平衡度，公用電網(wǎng)諧波，以及供電頻率允許偏差等的指標限制。非技術(shù)含義是指用電責(zé)任和義務(wù)的履行質(zhì)量，如用戶是否按時、如數(shù)繳納電費等。 電網(wǎng)諧波含量 諧波即對周期性的變流量進行傅立葉級數(shù)分解得到頻率大于 1 的整數(shù)倍基波頻率的分量。也就是說，同方向小于 30ms 的快速變化不計入電壓變動。 3）改善 電能質(zhì)量還要對電能質(zhì)量進行研究。如傳統(tǒng)的測量電壓和電流有效值的電壓表、電流表，測量功率損耗的有功表、無功表，測量頻率的頻率表，還有諧波表、三相不平衡 度計、電壓波動和閃變儀。 (2) 開發(fā)方便。鍵盤：用于控制顯示各種界面，通過菜單功能，方便進行顯示界面的切換。 PIC18F458 系列概述 PICl8F458 單片機 在保持低價格的前提下含有 A/D 轉(zhuǎn)換器、內(nèi)部 E2PROM 存儲器、比較輸出、捕捉輸入、 PWM 輸出、 12C 總線和 SPI 總線接口電路、異步串行通信 (USART)接口電路、 CAN 總線接口電路、模擬電壓比較器、可讀寫 FLASH 程序存儲器等許多功能。 3 電能 質(zhì)量檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計 12 M C L R /V P P1R A 0 /A N 0 / C V R E F2R A 1 /A N 13R A 2 /A N 2 / V R E F －4R A 3 /A N 3 / V R E F ＋5R A 4 /T 0 C K 16R A 5 /A N 4 / S S / L V D IN7R E 0 / R D / A N 58R E 1 / A N 6 /W R / C 1 O U T9R E 2 / A N 7 /C S / C 2 O U T10V D D11V S S12O S C 1 / C L K I N13R A 6 /O S C 2 / C L K O U T14R C 0 /T 1 O S O /T 1 C K 115R C 1 /T 1 O S I16R C 2 /C C P 117R C 3 /S C K / S C L18R D 0 /P S P 0/ C 1 I N ＋19R D 1 /P S P 1/ C 1 I N －20R D 2 /P S P 2/ C 2 I N ＋21R D 3 /P S P 3/ C 2 I N －22R C 4 /S D I / S D A23R C 5 /S D O24R C 6 /T X / C K25R C 7 /R X /D T26R D 4 /P S P 4 /E C C P 1 /P 1 A27R D 5 /P S P 5 /P 1 B28R D 6 /P S P 6 /P 1 C29R D 7 /P S P 7 /P 1 D30V S S31V D D32R B 0 /I N T 033R B 1 /I N T 134R B 2 /C A N T X / I N T 235R B 3 /C A N R X36R B 437R B 5 /P G M38R B 6 /P G C39R B 7 /P G D40U1P I C 1 8 F 4 5 811314V C CV C C273635236910 G N DG N D38394015161718 232425261920 2122333428C31 u FR13 3 0 ΩS1S W P BV C C1D2D IO D EQ1N P N 1L S 1S P E A K E RV C CR24 . 7 K Ω28D3L E D123VINVO U TG N DU2H 7 8 0 5C40 . 3 3 u FC50 . 1 u FV C C12J3C O N 2D1D IO D EY14 M H ZC12 2 p FC22 2 p F1314 圖 單片機 PIC18F458控制 圖 數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)采集是一個將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，送往計算機并進一步予以分析處理、傳輸、顯示與記錄的過程。 M＋－U5C H B 300SRm20Ω＋ 15V－ 15VIm公共地O U TG N DV I N 1 圖 磁補償型電流傳感器 CHB— 300S接線方法 (2) 電壓傳 感器 CHV— 100 電壓傳感器 CHV— 100 有五只接線端子。同時，運 放 MCP604 還是一個二階低通濾