【正文】 其最大優(yōu)勢(shì)在于：它的數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá)到了115Kbps。由于使用了分組的技術(shù)，無線終端上網(wǎng)可以免受斷線的痛苦。無線的方式成功突破了錄波設(shè)備間距離的限制，并且將錄波設(shè)備安裝到電力系統(tǒng)的各點(diǎn)變得方便，減小了由于有線網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)帶來的成本。在NM7010A接收到以太網(wǎng)上的數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)自動(dòng)解包出有用數(shù)據(jù)，便于ARM的讀取。包含硬件網(wǎng)際協(xié)議：TCP、IP 、UDP、ICMP、ARP和硬件以太網(wǎng)協(xié)議：DLC、MAC。雖然一些現(xiàn)有應(yīng)用表明，第一種方法可以取得很好的效果，但是要以大量的系統(tǒng)資源為代價(jià)。STR710內(nèi)部總線和兩條APB總線將片上系統(tǒng)和外設(shè)資源緊密地連接起來，其中內(nèi)部總線是主系統(tǒng)總線，連接了CPU、存儲(chǔ)器和系統(tǒng)時(shí)鐘等，APB1總線(APB1橋連接的APB總線)連接高速外設(shè)，APB2總線(APB2橋連接的APB總線)連接系統(tǒng)通用外設(shè)和中斷控制。 STR710芯片電路設(shè)計(jì)原理圖 Circuit design schematic diagram of STR710本文選用的ARM處理器是ST公司的STR710芯片，它是STR7系列中的一個(gè)常用產(chǎn)品。 ARM處理器ARM(Advanced RISC Machines)公司是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，該公司設(shè)計(jì)了許多高性能、廉價(jià)、低功耗的RISC處理器IP核，及其相關(guān)技術(shù)和軟件，并將相應(yīng)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)出售給世界各地的知名半導(dǎo)體、軟件和OEM廠商。眾所周知DSP的計(jì)算能力出眾，但是控制能力卻比較欠缺，不能勝任大任務(wù)量的數(shù)據(jù)傳輸。： SRAM存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)原理圖 Circuit design schematic diagram of SRAM memory 通信調(diào)度模塊設(shè)計(jì)通信調(diào)度模塊是連接錄波設(shè)備與遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)的橋梁，它將從DSP處理器傳送來的故障數(shù)據(jù)做一定的調(diào)度與處理，把它們存儲(chǔ)在外擴(kuò)的非易失性存儲(chǔ)器中，并將這些數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)、GPRS無線網(wǎng)、CAN總線、485總線等方式傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)。 SRAM存儲(chǔ)電路為了擴(kuò)展TMS320VC33的存儲(chǔ)能力，外擴(kuò)了CYPRESS公司的CY7C1041CV33 SRAM存儲(chǔ)芯片。每片AD只用到了V1V4作為輸入，對(duì)四路電壓和四路電流信號(hào)采樣。5V。4LSB最大值積分線性誤差) 是同類產(chǎn)品的2倍?；趇COMS技術(shù)制造的ADC可以滿足工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ω叻直媛?、多通道、高轉(zhuǎn)換速率和低功耗的要求。： 基于TMS320VC33芯片的DSP電路設(shè)計(jì)原理圖 DSP circuit design schematic diagram based on TMS320VC33 CPLD電路邏輯控制單元選用Xilinx公司3200門的XC95144XL實(shí)現(xiàn)所需的邏輯控制指令[39. XC95144XL High Performance CPLD[M], XILINX, 1998,19]。TMS320C33分為TMS320C33120和TMS320C33150 兩個(gè)版本，分別具有120MFLOPS和150MFLOPS的運(yùn)算能力。 DSP處理器DSP處理器選用TMS320C33 DSP芯片。于是本文將信號(hào)處理模塊所要完成的任務(wù)總結(jié)一下：(1)數(shù)據(jù)采集；(2)原始數(shù)據(jù)波形保存；(3)數(shù)字測(cè)量算法實(shí)現(xiàn)；(4)故障判據(jù)；(5)故障定時(shí)。 電流信號(hào)調(diào)理電路原理圖 Schematic diagram of current regulation circuit對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)理，輸入額定相電壓有效值UN=，－，測(cè)量誤差要求同極性輸入電壓60V時(shí)≤%。另一方面在后續(xù)信號(hào)處理模塊選用16位高精度、雙極性模擬輸入的ADC芯片AD7656作為模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，模擬信號(hào)在輸入之前無需經(jīng)過單極性調(diào)整過程，而且可用通用運(yùn)算放大器代替高精度、低漂移運(yùn)算放大器。在電力信號(hào)進(jìn)入信號(hào)處理模塊前，信號(hào)調(diào)理模塊負(fù)責(zé)對(duì)電力信號(hào)進(jìn)行調(diào)理。NORFLASH則用來存放DSP程序，方便上電后的程序加載。這兩個(gè)模塊完成了電力系統(tǒng)故障實(shí)時(shí)錄波通信系統(tǒng)的大部分核心任務(wù)。東北大學(xué)碩士學(xué)位論文 第4章 電能質(zhì)量檢測(cè)記錄裝置算法設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第4章 電力故障實(shí)時(shí)錄波系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)本章介紹電力系統(tǒng)故障實(shí)時(shí)錄波通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要工作放在錄波設(shè)備硬件設(shè)計(jì)的介紹上。用戶交互模塊是整個(gè)故障錄波系統(tǒng)的用戶接口，： 遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)用戶交互模塊的主要功能 Main functions of user interactive module of remote monitoring sub system 本章小結(jié)本章首先介紹了電能質(zhì)量數(shù)字測(cè)量算法。數(shù)據(jù)服務(wù)器與每個(gè)錄波結(jié)點(diǎn)組成C/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)故障信息傳輸與保護(hù)及安全裝置日常運(yùn)行監(jiān)測(cè)的雙重作用。另外，通信處理單元也負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)上位機(jī)下達(dá)的遠(yuǎn)程控制指令。 信號(hào)處理模塊結(jié)構(gòu)圖 Structure of signal processing module 通信調(diào)度模塊電力系統(tǒng)故障實(shí)時(shí)錄波通信系統(tǒng)，之所以能夠成為通信系統(tǒng)，就是因?yàn)樗鼡碛胸S富的通信功能，可以方便的通過各種可選方式與遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)通信。為保證模塊的實(shí)時(shí)性這一部分選用了TI公司的TMS320VC33 DSP芯片作為核心，輔以適當(dāng)?shù)耐鈬O(shè)備(時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路和電源管理電路等)，來實(shí)現(xiàn)我們所期望的實(shí)時(shí)性要求。模擬量直接來自電力設(shè)備，而開關(guān)量則來自相應(yīng)裝置空觸點(diǎn)。它負(fù)責(zé)對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行多點(diǎn)故障診斷，記錄故障發(fā)生時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)電參量及開關(guān)量的狀態(tài)?？紤]到近年來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與錄波數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)的要求，錄波子系統(tǒng)還添加了以太網(wǎng)功能與無線網(wǎng)絡(luò)功能。 系統(tǒng)總體構(gòu)成本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)子系統(tǒng)：錄波子系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控子系統(tǒng)。 存儲(chǔ)容量應(yīng)足夠大，當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)發(fā)生大擾動(dòng)時(shí)，應(yīng)能無遺漏地記錄每次系統(tǒng)大擾動(dòng)發(fā)生后的全過程數(shù)據(jù)，并按要求輸出歷次擾動(dòng)后的系統(tǒng)電參數(shù)及保護(hù)裝置和安全自動(dòng)裝置的動(dòng)作行為。為了避免誤動(dòng)情況的發(fā)生，采用下面的公式進(jìn)行計(jì)算： (344)式(344)利用三個(gè)周期相鄰周期的突變量之差來表示，為了進(jìn)一步避免誤動(dòng)，在連續(xù)幾次突變量越限被檢測(cè)出來后錄波設(shè)備再進(jìn)行動(dòng)作。在電力系統(tǒng)正常的情況下應(yīng)該等于零或近似于零的，如果大于某一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定值，就說明相電壓出現(xiàn)了擾動(dòng)而導(dǎo)致了波形突變。本文中所使用的突變量算法包括，相電壓與相電流的突變量測(cè)量與零序分量的突變量測(cè)量，測(cè)量手段大致相同。在求出電力系統(tǒng)各相電壓的有效值后，利用電壓偏差計(jì)算公式，就不難得出被測(cè)的電壓偏差值了。考慮到輸入信號(hào)中含有諧波分量，輸入電壓的瞬時(shí)值和電壓的有效值可用下式表示： (339)式中——第k次諧波電壓的有效值；——第k次諧波電壓的初相角；——所含諧波的最高次數(shù)。負(fù)序分量與正序分量的大小之比就是三相不平衡度。這樣一來式(330)、(331)可以寫成： (332) (333)三相系統(tǒng)的對(duì)稱性還表現(xiàn)為：在任意時(shí)刻，三相電量的瞬時(shí)值之和為零，用數(shù)學(xué)公式表達(dá)就是： (334)現(xiàn)將三相電量分別用向量、來表示。設(shè)三相系統(tǒng)的電流電壓分別為： (330) (331)式中、——A、B、C三相瞬時(shí)電流和瞬時(shí)電壓；、——三相電流有效值與電壓有效值；、——三相電流和電壓的初相角；——系統(tǒng)初相角。首先，設(shè) (325)再用來預(yù)估算頻率偏差。以基頻分量為例，根據(jù)Fourier級(jí)數(shù)的定義有下式： (319) (320)經(jīng)過一個(gè)周期后式(319)、(320)變成： (321) (322)由式(321)、(322)可以得到、： (323) (324)式中、——前一周期基波的虛部與實(shí)部；、——當(dāng)前周期基波的虛部與實(shí)部。測(cè)量原理由式(316)、 (317) 、(318)決定。因此，可以通過測(cè)量向量幅角的變化獲得頻率實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果[31. Wang Deyi. Yao Lixiao. NanHaipeng. Research on frequency and phase angle measurement based on programmable puter controller[J], Power System Technology, 2001, 25(9): 7880.]。當(dāng)系統(tǒng)頻率恒定不變時(shí)，迭代DFT算法中每周期對(duì)應(yīng)采樣間隔計(jì)算所得向量在復(fù)平面內(nèi)相角保持不變[30. 齊國清. 賈欣樂. 插值FFT估計(jì)正弦信號(hào)頻率的精度分析[J]，電子學(xué)報(bào)，2004，4：626629]。在進(jìn)行迭代算法以前，進(jìn)行加窗處理就可以既保證算法的實(shí)時(shí)性又保證精確性了[26]。移窗之后，第二個(gè)數(shù)據(jù)窗內(nèi)的數(shù)據(jù)相當(dāng)于由前一個(gè)數(shù)據(jù)窗去掉一個(gè)，增加了一個(gè)組成，則第二個(gè)數(shù)據(jù)窗經(jīng)FFT后所得基頻成分為 (310)式中——第二個(gè)數(shù)據(jù)窗的最后一點(diǎn)，也就是新加入的一點(diǎn)；——第二個(gè)數(shù)據(jù)窗的基頻成分。比較兩個(gè)數(shù)據(jù)窗發(fā)現(xiàn)，第二個(gè)數(shù)據(jù)窗實(shí)際上是由前一個(gè)數(shù)據(jù)窗去掉一個(gè)，增加了一個(gè)組成。這種迭代Fourier算法也是基于窗口變換的，可以稱之為迭代DFT算法[27. 成劍. 羅安. 一種簡(jiǎn)化DFT的滑窗迭代算法在電力諧波檢測(cè)中的應(yīng)用[J]，自動(dòng)化測(cè)試，2005，(13)8：771774]。整周期窗口DFT算法計(jì)算精度高，但計(jì)算量相對(duì)較大，耗時(shí)多。經(jīng)快速傅立葉變換后，可以得到各次諧波成分： (34) (35)式中N——每基頻周期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)；——信號(hào)采樣值； n ——諧波次數(shù)。將它化為離散形式就變成了窗口DFT(加窗離散傅立葉變換)。因而Fourier變換在應(yīng)用于電力信號(hào)分析時(shí)需要進(jìn)行改進(jìn)。這些算法主要包括對(duì)諧波的測(cè)量、頻率偏差的測(cè)量、三相電壓不平衡度的測(cè)量與電壓擾動(dòng)的測(cè)量。電力系統(tǒng)故障錄播系統(tǒng)根據(jù)數(shù)字測(cè)量算法對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)果用來進(jìn)行判據(jù)，決定是否啟動(dòng)錄波，因此，數(shù)字測(cè)量算法關(guān)系到系統(tǒng)的精確性、穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。這些電能質(zhì)量衡量方法是制定電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，它們?yōu)殡娔苜|(zhì)量的評(píng)估與分級(jí)提供了依據(jù)。這些國家標(biāo)準(zhǔn)，是供電單位必須執(zhí)行的，它是電力用戶安全穩(wěn)定用電的保障，也是我們?cè)O(shè)計(jì)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的依據(jù)。7%，10% 電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 電力系統(tǒng)頻率允許偏差 Power quality standard Allowable deviation of power system frequency標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)標(biāo)準(zhǔn)名稱允許限值說明GB/T 159451995電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)頻率允許偏差177。瞬態(tài)過電壓包括操作過電壓和雷擊過電壓.= 。 我國電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)1988年，我國為加強(qiáng)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量管理工作，頒布執(zhí)行了《電網(wǎng)電能質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)定》，并指出為保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，全面保障電能質(zhì)量是電力企業(yè)和用戶的責(zé)任和義務(wù)。但對(duì)電流來說，情況就有所不同了。電流總諧波畸變率表示為： (212)式中、——h次諧波和基波的均方根值。波形畸變和諧波常用諧波含有率和總諧波畸變率來衡量。 波形畸變和諧波波形畸變是由電力系統(tǒng)中的非線性設(shè)備引起的，流過非線性設(shè)備的電流和加在其上的電壓不成正比例關(guān)系。由三角函數(shù)的特性可知，兩個(gè)正弦波的和與差為另一個(gè)可能具有不同相位的正弦波，因此，只要暫降電壓波形為正弦波，則缺損電壓也將是正弦波。當(dāng)然，采用均方根值計(jì)算方法可以衡量電壓的暫降程度。暫態(tài)(瞬態(tài))電壓擾動(dòng)是電源電壓的正弦波形受到暫態(tài)(瞬態(tài))的電壓擾動(dòng)而發(fā)生畸變，引起電能質(zhì)量的污染的各種問題[16. 林海雪. 電力系統(tǒng)中的電壓暫降和短時(shí)斷電[J]，供用電，2002，(19)1：913]。閃變時(shí)說明對(duì)不同頻率的電壓波動(dòng)引起的燈閃的敏感程度及引起閃變刺激性程度的電壓波動(dòng)值，是人眼的一種主觀感覺。相對(duì)于電壓偏差而言，電壓波動(dòng)也成為快速電壓變動(dòng)，或動(dòng)態(tài)電壓變動(dòng)。在不含零序分量的三相系統(tǒng)中，只要知道三相電量a，b，c，即可有下面的公式求出三相不平衡度： (25)式中。根據(jù)對(duì)稱分量法，三相系統(tǒng)中的電量可分解為正序分量、負(fù)序分量和零序分量三個(gè)對(duì)稱分量。 三相電壓不平衡度[14. 潘蘭蘭. 電能質(zhì)量分析儀的研究[D]，武漢,華中科技大學(xué)，2005]電力系統(tǒng)三相不平衡可以分為事故性不平衡和正常性不平衡兩大類。所有與電力系統(tǒng)直接相連的電氣設(shè)備都必須在該頻率下才能正常運(yùn)行，所以標(biāo)稱頻率又稱為工作頻率，簡(jiǎn)稱工頻。電壓的這種變化是緩慢的，其每秒電壓變化率小于額定電壓的1%。 供電電壓偏差[13. 譚子求. 基于DSP的電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置的研究[D]，武漢，武漢大學(xué)，2004]系統(tǒng)無功功率不平衡是引起系統(tǒng)電壓偏離標(biāo)稱值的根本原因，此外供配電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不合理也能導(dǎo)致電壓偏差。需要指出的是，迄今為止對(duì)電能質(zhì)量的分類仍然存在著由于定義不同引起的類別區(qū)分界線不清晰，和由于分類方法不同產(chǎn)生的技術(shù)名詞不統(tǒng)一等問題。所謂事件型是指突然發(fā)生的電能質(zhì)量擾動(dòng)現(xiàn)象，其重要的特征表現(xiàn)為電壓或電流短時(shí)嚴(yán)重偏離其額定值或理想波形。例如，系統(tǒng)頻率不可能一成不變的等于50Hz，系統(tǒng)電壓也不可能每時(shí)每刻恒等于其額定值，與理想值的偏差始終存在?？梢哉f。下面介紹近幾年國際上在電能質(zhì)量現(xiàn)象分類和特性描述等方面取得的研究成果。