【正文】 電流互感器互聯(lián)網(wǎng)圖31 硬件結(jié)構(gòu)框圖 系統(tǒng)各部分電路的設(shè)計(jì) ARM9 系列處理器簡(jiǎn)介 ??345ARM 微處理器目前包括 ARMARM9 、ARM9E、ARM10E、SecurCore、Inter的 Xscale 和 Inter 的 StrongARM 系列等幾大系列，另外，還有一些是某些廠商基于ARM 體系結(jié)構(gòu)生產(chǎn)的處理器。碩士論文 嵌入式 Web 服務(wù)器在遠(yuǎn)程電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn) 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件的設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)部分，此章主要是進(jìn)行嵌入式電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)。該頻率段的信號(hào)幅值即為小波變換的模的最大值，該頻率段信號(hào)的頻率即為該頻率段的中心頻率。??32使用小波變換檢測(cè)諧波和間諧波的原理圖如圖 27 所示：A / D 轉(zhuǎn)換器 小波變換算法運(yùn)算諧波 、 間諧波幅值 、有效值及頻率的計(jì)算()xt()xn()n?(,)Wabkj maxXf圖 27 小波變換法檢測(cè)諧波與間諧波的原理圖圖中， 是檢測(cè)到的諧波或間諧波的幅值； 是檢測(cè)到的諧波或間諧波的有效maxXX值； 是檢測(cè)到的諧波或間諧波的頻率。??31(2)小波變換法小波變換法采用的是尺度不同的分析方法，在信號(hào)的不同部位得到最好的時(shí)域和頻域分辨率，為解決非平穩(wěn)信號(hào)的分析提供了一種新的方法。要得到比較精確的檢測(cè)結(jié)果就必須解決這些問(wèn)題。(1)離散傅里葉變換法離散傅里葉變換法是如今檢測(cè)諧波和間諧波的最常用的方法之一。使用此方法時(shí)，要使信號(hào)頻率和采用頻率同步，為了實(shí)現(xiàn)，通常要使用數(shù)字式鎖相器。為輸入信號(hào)， 為參考信號(hào)，輸出電壓 ， ，所以，可以()St()Rt ()cosXtA??sinY?求得：信號(hào)幅值： (221/2()AY??16)信號(hào)相位差： (21tan(/)X??17)用軟件法實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)的框圖如圖 24 所示：信號(hào) 1信號(hào) 2信號(hào)調(diào)制 濾波器參數(shù)計(jì)算 信號(hào)參數(shù)獲取圖 24 軟件法實(shí)現(xiàn)鎖相環(huán)的框圖使用信號(hào)調(diào)制是為了得到信號(hào) 2 的頻率和初相位；使用濾波器參數(shù)計(jì)算是為了計(jì)算濾波器的參數(shù)；使用信號(hào)參數(shù)獲取是為了得到信號(hào) 1 的頻率、幅值和信號(hào) 1 與信號(hào)2 的相位差。(1)鎖相環(huán)法鎖相環(huán) 的基本原理圖如圖 23 所示：??29低通濾波器低通濾波器乘法器乘法器()St?()Rt?()Xt()Yt圖 23 鎖相環(huán)的基本原理圖由原理圖可以看出，鎖相環(huán)其實(shí)是一個(gè)相位誤差控制系統(tǒng)，它是由乘法器和低通濾波器構(gòu)成的。有效值檢測(cè)可以使用有效值法等等，基波檢測(cè)的方法主要有相位法和相位差法。對(duì)稱分量法就是利用線性疊加原理把三組不對(duì)稱分量分解成三組對(duì)稱序分量（正序、逆序、零序） ，再根據(jù)三相對(duì)稱電路的特點(diǎn)進(jìn)行三相不對(duì)稱電路 的計(jì)算。??26 三相不平衡三相不平衡的計(jì)算方法主要有對(duì)稱分量法、三相電量法和負(fù)荷容量法，其中，對(duì)稱分量法是計(jì)算三相不平衡度的基本方法 。(2)傅里葉變換由于電壓波動(dòng)實(shí)際上是幅值時(shí)變正弦波，所以可以采用傅里葉變換方法進(jìn)行電壓波動(dòng)檢測(cè)。乘法器P L Lc o s小波變換運(yùn)算幅值 /頻率采樣)x ( t??ru圖 21 小波變換法檢測(cè)電壓波動(dòng)的原理圖平方采樣P L Lc o su ( t )S ( t )x ( t )乘法器小波變換運(yùn)算平滑加權(quán)濾波統(tǒng)計(jì)處理閃 變?cè)u(píng) 價(jià)rut圖 22 小波變換法檢測(cè)電壓閃變的原理圖小波變換檢測(cè)電壓變動(dòng)的步驟 是：??251)對(duì)電壓 同步跟蹤檢波，得到同步電壓 ；??ut ??rut2)將電壓信號(hào) 與同步電壓 相乘，取樣，獲得相乘積信號(hào)序列 ；??rut ??xn3)利用連續(xù)小波變換、多分辨率分解及小波包處理信號(hào)序列 ；4)再次利用小波變換，將調(diào)制信號(hào)的更多子頻帶信號(hào)從包絡(luò)信號(hào)序列中分解出來(lái)。另外，為了防止閃變信號(hào)受到基波的干擾，將同步電壓與采樣??24信號(hào)相乘即可。經(jīng)典方法中有平方解調(diào)法、有效值法、半波有效值法和全波有效值法等，現(xiàn)代方法中有小波變換法、希爾伯特變換法、傅里葉變換法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 等。一般還要滿足 LU 原理以保證檢測(cè)精度，即： (213)??/snTN???????其中， 是預(yù)置的采樣數(shù)；n是 A/D 轉(zhuǎn)換一次軟、硬件操作的時(shí)間；sT[ ]是取整符號(hào)；是實(shí)際采樣總次數(shù)。由于不同波形的有效值RMSX??2與平均值之間的關(guān)系可能是不同的，所以對(duì)于工程中大多數(shù)不標(biāo)準(zhǔn)的被測(cè)信號(hào)來(lái)說(shuō)，用平均值法則存在著顯著的誤差。 電壓偏差在電壓偏差檢測(cè)中，平均值法和真有效值法是比較常用的兩種檢測(cè)算法。t?b即可利用公式 計(jì)算出頻率。(2)相位差法設(shè) 是輸入信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換，求得基波分量相位變化()xt，其中， 和 分別是基波分量的實(shí)部和虛部。 (210)/xsfMN?式中， 是被測(cè)信號(hào)頻率， 是信號(hào)頻譜幅值最大點(diǎn)的位置， 是信號(hào)采樣速率，xf sf是傅里葉變換長(zhǎng)度。nkNW(3)加窗傅里葉變換設(shè) 為任意連續(xù)信號(hào)，如果滿足 ， ，則加窗傅()xt 2|()xtd????2|()|gtd????里葉正變換為： (28)(,)()jtgxxtged?????????如果 能繼續(xù)滿足 時(shí) ， 或 時(shí) ，則加窗()gt12t?0?1t?2t?()0gt???傅里葉逆變換為： (29)()(,)2()jtgxtXedt????????幅值法和相位差法是用傅里葉變換算法檢測(cè)頻率偏差的方法。??20(1)傅里葉變換正 變 換 ： (25)2()(),|()jtXxedxt????????逆 變 換 ： (26)12jtt??其 中 ， 為 任 意 連 續(xù) 信 號(hào) 。 電能質(zhì)量檢測(cè)方法 頻率偏差頻率偏差檢測(cè)的常用方法有：周期法、解析法、傅里葉變換算法等。諧波產(chǎn)生的主要危害有：導(dǎo)致電氣設(shè)備發(fā)熱，增加損耗；產(chǎn)生電網(wǎng)諧振；使得自動(dòng)裝置和繼電保護(hù)產(chǎn)生誤動(dòng)作；儀表計(jì)量結(jié)果不準(zhǔn)確，除此之外，還會(huì)在一定程度上干擾附近的通信系統(tǒng)等。諧波含有率(HR)及總諧波畸變率(THR)常被用來(lái)反映諧波的含量情況，它們是反映電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。 諧波波形畸變是由電力系統(tǒng)中的非線性設(shè)備引起的，使得流過(guò)非線性設(shè)備的電流和加在其上的電壓不成比例關(guān)系。(3)統(tǒng)一規(guī)劃配變下的單相負(fù)荷用電戶，使其均衡地分配到低壓線路的三相上。為了盡量避免這些不良影響的產(chǎn)生，可以采取以下措施 ：??18(1)從公用變出線至進(jìn)戶電源側(cè)的低壓干線和分支線最好采用三相四線制，這樣能夠減少迂回，避免交叉跨越。 三相不平衡GB/T15543 95《 》中規(guī)定：三相供電電壓允許不平衡度?三 相 電 壓 允 許 不 平 衡 度正常允許 2%，短時(shí)不超過(guò) 4%；每個(gè)用戶一般不得超過(guò) %。當(dāng)出現(xiàn)電壓波動(dòng)與閃變時(shí)將有可能導(dǎo)致伺服電機(jī)不能正常運(yùn)行；計(jì)算機(jī)不能正常工作，電機(jī)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)；如果出現(xiàn)大的波動(dòng)，則可能引起設(shè)備諧振，損害比較嚴(yán)重。 電壓波動(dòng)與閃變電壓閃變是人眼對(duì)燈閃的一種主觀感覺(jué)，說(shuō)明由于不同頻率的電壓波動(dòng)導(dǎo)致的燈閃敏感程度和閃變刺激性程度的電壓波動(dòng)值 。(3)采用有載調(diào)壓變壓器。(2)調(diào)整同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流。無(wú)功負(fù)荷的變化在電網(wǎng)各級(jí)系統(tǒng)中都能夠產(chǎn)生電壓偏差，它是產(chǎn)生電壓偏差的源頭。GB12325 90《 》中規(guī)定：35KV 及以上為正負(fù)偏差絕對(duì)值之和不超?供 電 電 壓 允 許 偏 差過(guò) 10%；10KV 及以下三相供電為 ；220V 單相供電為 ， 。 電壓偏差電壓偏差是一項(xiàng)評(píng)價(jià)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，是由過(guò)負(fù)荷，無(wú)功過(guò)剩，電源電壓偏高等原因引起的。用戶沖擊負(fù)荷引起的系統(tǒng)頻率變動(dòng)一般要小于等于177。為了控制并減少頻率偏差對(duì)電力系統(tǒng)的影響，GB/T15945 95《?》中規(guī)定：電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為177。至 2022 年底，我國(guó)結(jié)合了國(guó)內(nèi)外的研究成果，并根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況制定了五個(gè)國(guó)家電能質(zhì)量系列標(biāo)準(zhǔn)：GB12325 90《 》 、GB12326 2022《 》 、?供 電 電 壓 允 許 偏 差 ?電 壓 允 許 波 動(dòng) 和 閃 變GB/T14549 93《 》 、GB/T15543 95《 》 、公 用 電 網(wǎng) 諧 波 三 相 電 壓 允 許 不 平 衡 度GB/T15945 95《 》 。電能質(zhì)量可以定義為：使得用電設(shè)備產(chǎn)生故障或異常工作的電壓、電流或頻率的偏差，其內(nèi)容包括頻率偏差、電壓偏差、電壓波動(dòng)與閃變、三相不平衡、暫時(shí)或瞬態(tài)過(guò)電壓、波形畸變（諧波） 、電壓暫降、中斷、暫升以及供電連續(xù)性等 。對(duì)論文進(jìn)行總結(jié)。在這一章的最后部分，考慮到為了方便現(xiàn)場(chǎng)的操作和控制，又設(shè)計(jì)了圖形用戶界面，選用了適用于嵌入式系統(tǒng)的 MiniGUI，并進(jìn)行了 MiniGUI 的移植和程序的設(shè)計(jì)。第五章：嵌入式 Web 服務(wù)器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。第四章：系統(tǒng)層軟件設(shè)計(jì)。第三章：系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。第二章：電能質(zhì)量指標(biāo)及其檢測(cè)方法。論文結(jié)構(gòu)：第一章：緒論。(4)在 ARMLinux 環(huán)境下進(jìn)行 MiniGUI 的移植和圖形用戶界面的開發(fā)。論文中采用的是 Boa 服務(wù)器。(2)在 Linux 環(huán)境下建立嵌入式開發(fā)平臺(tái)。 主要研究?jī)?nèi)容及文章結(jié)構(gòu)論文是基于 Linux 環(huán)境下嵌入式 Web 服務(wù)器在遠(yuǎn)程電能質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)，所以主要完成以下的工作：(1)根據(jù)要監(jiān)測(cè)的電能質(zhì)量指標(biāo)設(shè)計(jì)硬件電路。(4)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用到電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使監(jiān)控者能夠方便、及時(shí)地處理所得數(shù)據(jù)，控制運(yùn)行設(shè)備。(2)采用 DSP 芯片作為 CPU，有利于展開復(fù)雜分析算法，提高監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性。如北京航天華輝公司生產(chǎn)的電能質(zhì)量分析儀就能實(shí)現(xiàn)功能較為復(fù)雜的沖擊電流濾波和暫態(tài)干擾濾波等。1993 年國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局正式頒發(fā)了《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》 （GB/T 145491993）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，自九十年代以來(lái)國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局陸續(xù)頒布了電能質(zhì)量系列標(biāo)準(zhǔn)：《電能質(zhì)量供電電壓允許偏差》 （GB/T123251990） 、 《電能質(zhì)量系統(tǒng)頻率允許偏差》 （GB/T159451995 ） 、 《電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變》 （GB123262022） 、 《電能質(zhì)量三相電壓允許不平衡度》 （GB/T155431995）和《電能質(zhì)量暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓》 （GB/T184812022 ）共六項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 。國(guó)外的電??14能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀器功能較齊全，不僅可以檢測(cè)電能質(zhì)量指標(biāo)，還能檢測(cè)到功率諧波、暫態(tài)電量等。該草案全面規(guī)定了中、低壓配電系統(tǒng)用戶供電端的電能質(zhì)量，包括頻率、電壓( 電壓偏差、電壓波動(dòng)及閃變、短時(shí)和長(zhǎng)期停電、暫態(tài)工頻過(guò)電壓、瞬態(tài)過(guò)電壓)、電壓不平衡、電壓波形以及電源的信號(hào)電壓等 。 電能質(zhì)量的研究國(guó)外對(duì)電能質(zhì)量的研究較早。在國(guó)內(nèi)也進(jìn)行了這方面的研究，如武漢大學(xué)[1]黃天戌等人利用 SX52 微控制器開發(fā)的嵌入式 Web 服務(wù)器，南京大學(xué)王健等人利用ARM 處理器開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)等 。用戶和操作人員可以通過(guò)設(shè)備的以太網(wǎng)口或者其他網(wǎng)絡(luò)端口來(lái)遠(yuǎn)程訪問(wèn)內(nèi)置 web 服務(wù)器的專用網(wǎng)頁(yè)，并通過(guò) Web 瀏覽器進(jìn)行顯示，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)測(cè)、控制及運(yùn)行參數(shù)的配置等 。為了能夠滿足人們對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控提出的更高要求，必須不斷地發(fā)現(xiàn)目前監(jiān)控系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，并努力掌握與之相關(guān)的先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)不懈努力，使得遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)不斷向前發(fā)展，為人類帶來(lái)更多的方便。對(duì)于一些工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，有些被控對(duì)象、測(cè)控裝置等設(shè)備分布在不同場(chǎng)地，或者對(duì)控制任務(wù)有實(shí)時(shí)性的要求，以及要求保證工作人員的人身安全等，而基于 Inter 的遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)解決了這些問(wèn)題。許多高校如西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)等已取得了較為先進(jìn)的研究成果，如西安交通大學(xué)研制的大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械計(jì)算機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及故障診斷系統(tǒng) RMMD、華中科技大學(xué)開發(fā)的汽輪機(jī)工況監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng) KBGMD、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的微計(jì)算機(jī)化機(jī)組狀態(tài)監(jiān)視與故障診斷專家系統(tǒng)MMMDES 等 。許多大公司也在他們的產(chǎn)品中加入了 Inter 功能，如 Bentley 公司的計(jì)算機(jī)在線設(shè)備運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng) DataManager200 可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換的方式向遠(yuǎn)程終端發(fā)送設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息；National Instruments 公司將網(wǎng)絡(luò)通訊處理模塊加在了它的產(chǎn)品 LabWindows/CVI 以及 LabVIEW 中，因而可以通過(guò) WWW、Email 等方式在網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳送 。1997 年1 月，斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院聯(lián)合主辦了首屆基于 Inter 的遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷工作會(huì)議，這次會(huì)議討論了有關(guān)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)開放式體系、診斷信息規(guī)程、傳輸協(xié)議及對(duì)用