【正文】 負(fù)荷，導(dǎo)致電力系統(tǒng)波形畸變?nèi)找鎳?yán)重，再加上競(jìng)爭(zhēng)和充分利用電工材料，對(duì)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(guó)的重視和關(guān)心。諧波對(duì)電力系統(tǒng)電磁環(huán)境的污染不僅危害系統(tǒng)本身的安全，而且對(duì)廣大電力用戶的危害面也是十分廣泛。因此，國(guó)內(nèi) 外都在加緊研究諧波污染的治理方法。 據(jù)報(bào)道，我國(guó)發(fā)電量的 10%左右尚未得到利用，線路的損耗高達(dá) 20%，因電網(wǎng)波動(dòng)而不得不采用過大的容量設(shè)計(jì)，致使系統(tǒng)效率低下。 [國(guó)內(nèi)外研究概況 ] 一 國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外從 90 年代以來(lái)，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(dòng)化技術(shù)綜合起來(lái)，以用戶對(duì)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。如：嚴(yán)格的電壓調(diào)整 ， 低諧波電壓 ， 不斷電等等。隨著對(duì)電能質(zhì)量問題的研究的深入，國(guó)內(nèi)外也出現(xiàn)了相應(yīng)的測(cè)量?jī)x表。瑞士萊姆公司的鉗形功率諧波分析儀(ANZO60)，它的特點(diǎn)是集電力表、示波器、諧波分析 儀和數(shù)據(jù)記錄儀于一身，便 4 攜易用。 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(cè)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(dòng)、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(dòng)測(cè)試系統(tǒng)整合的測(cè)試與分析能力。 總之，國(guó)外的研究是比較先進(jìn)的。目前，電力部門用的諧波測(cè)量和分析裝置大多數(shù)是進(jìn)口的國(guó)外產(chǎn)品，價(jià)格昂貴。近些年，我國(guó)也開發(fā)了一些電力測(cè)控裝置和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，但在功能上，實(shí)用化方面均未達(dá)到理想效果。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(cè)系統(tǒng)正在朝著在線監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)分析、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展。但是隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、信號(hào)處理理論與方法的迅速發(fā)展，需要處理的數(shù)據(jù)量越來(lái)越大，對(duì)電測(cè)儀表的實(shí)時(shí)性和精度的要求也越來(lái)越高。因此走向雙 CPU 架構(gòu)也是必然趨勢(shì)。 5 二、研究、推廣應(yīng)用內(nèi)容和預(yù)期成果 （說(shuō)明項(xiàng)目的具體研 究、推廣內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵和重點(diǎn)解決的技術(shù)問題，預(yù)計(jì)達(dá)到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，預(yù)期成果和提供的形式及其依托工程，應(yīng)用該成果的單位落實(shí)情況和可能應(yīng)用的其它工程或單位及效益。 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(chǔ)，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。減少了通信對(duì) DSP 資源的占用，并且滿足多串行通信接口設(shè)計(jì)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 6 （ 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(duì)于突變信號(hào)和非平穩(wěn)信號(hào)諧波分析的無(wú)能為力 （ 6） 電能質(zhì)量擾動(dòng)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(cè)量功能 的實(shí)現(xiàn) [技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) ] 技術(shù)指標(biāo) ? 頻率測(cè)量 測(cè)量范圍： 48～ 52Hz，中心頻率 50Hz，測(cè)量條件：信號(hào)基波分量不小于 80％ ； 測(cè)量誤差 : ≤ ? 輸入電壓量程 10480Vrms ? 輸入電流量程 5Arms, 200Arms（選配） ? 基波電壓（電流）幅值 ：基波電壓允許誤差：≤ ％ .；基波電流允許誤差：≤ 1％ . ? 基波電壓（電流）之間相位差的測(cè)量誤差≤ 176。 經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 在當(dāng)代電力系統(tǒng)，深入了解和認(rèn)識(shí)電能質(zhì)量，高度重視電能質(zhì)量下降對(duì)供用電系統(tǒng)運(yùn)行的危害與影響，甚至對(duì)社會(huì)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(huì)意義和經(jīng)濟(jì)意義。考慮閩南地區(qū)生產(chǎn)企業(yè)相對(duì)集中，在一個(gè)園區(qū)建立一個(gè)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有現(xiàn)實(shí)的可行性 :在每個(gè)電力用戶和配電端安裝一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置，利用無(wú)線或有線通信方式進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的自動(dòng)收集或人工收集，由一個(gè)數(shù)據(jù)處理計(jì)算中心來(lái)實(shí)現(xiàn)電能質(zhì)量的管理。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(cè)系統(tǒng)”，該系統(tǒng)包括現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置、數(shù)據(jù)自動(dòng)收集網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)管理分析中心三部分。 該裝置的推廣和應(yīng)用有著巨大的社會(huì)效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益。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(duì)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(píng)估提供數(shù)理依據(jù)；為普通居民提供斷電記錄的同時(shí)，還能監(jiān)控計(jì)量線路有無(wú)竊電行為發(fā)生。 8 三、擬采取的研究方法和技術(shù)路線 [研究方法 ] 本系統(tǒng)主要針對(duì)電力系統(tǒng)中諧波測(cè)量進(jìn)行研究，通過對(duì)電力系統(tǒng)的諧波及電力各個(gè)參量的測(cè)量，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)質(zhì)量。用電設(shè)備設(shè)計(jì)在額定電壓時(shí)性能最好、效率最高，但當(dāng)電壓偏離額定值時(shí)，其性能和效率都會(huì)降低，有的還會(huì)減少使用壽命，當(dāng)電壓偏 差超過一定值時(shí)，會(huì)引起設(shè)備的損壞。 3)電氣設(shè)備調(diào)試、投運(yùn)時(shí)的諧波測(cè)量，以確保設(shè)備投運(yùn)后電力系統(tǒng)和設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 6)通過測(cè)量檢測(cè)出電力系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因，從而通過必要的手段，如繼電保護(hù)，電網(wǎng)濾波，反饋控制等使電網(wǎng)穩(wěn) 定運(yùn)行。主要有數(shù)據(jù)處理單元 (DSP)和人機(jī)接口單元 (CPLD)組成。 DSP 單元主要完成電壓和電流信號(hào)的采集及對(duì)其進(jìn)行 FFT 變換和其它相關(guān)的數(shù)學(xué)運(yùn)算，充分發(fā)揮其運(yùn)算能力強(qiáng)的特長(zhǎng)。 DSP處理板又分為五個(gè)模塊：計(jì)算模塊、邏輯控制模塊、存儲(chǔ)模塊、顯示模塊、通信模塊。其原理如圖 2所示。 4 模數(shù)轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)方案 本測(cè)量裝置 AD 轉(zhuǎn)換芯片采用 MAXIM 公司的 MAX125，其轉(zhuǎn)換位數(shù)為 14 位，量化誤差為 0. 008%，滿足本裝置最高精度等級(jí)為 0. 1 級(jí)的要求。 5 PLL 電路設(shè)計(jì)方案 本裝置設(shè)計(jì)有同步鎖相環(huán)電路，采用 CD4046 鎖相環(huán)，其最高工作頻率為。一般實(shí)現(xiàn)雙 CPU 通信的方式采用共享存儲(chǔ)器的方式即用雙端口存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。采用雙口 RAM 可以解決其它方案存在的缺點(diǎn)。其核心是鎖相環(huán) (PLL)電路的設(shè)計(jì)。 9 電平轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)總線電平轉(zhuǎn)換采用 TI公司的 SN74LVTH16245， 16245是 16bit或 2X8bit的三態(tài)放大電平轉(zhuǎn)換器件，采用 供電，可以為 CMOS 電路和 5VTTL/CMOS電路提供雙向電平轉(zhuǎn)換。 11 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)研究方案 本裝置采用外部時(shí)鐘，在 X2/CLKIN 連接一個(gè) 20MHz 的晶振。 12 邏輯控制模塊設(shè)計(jì)研究方案 可 編程邏輯器件 (CPLD)選用 ALTERA 公司的 EPM7128AETC10010。 13 外部存儲(chǔ)器拓展方案 1. FLASH 存儲(chǔ)器 FLASH 選用 M29W404BT 芯片，其訪問速度為 70ns，在 DSP 訪問 FLASH 時(shí)需要設(shè)置 7 個(gè)軟件等待狀態(tài)，寫入速度為 lolls 每字節(jié)，可重復(fù)擦寫 100000 次，其存儲(chǔ)容量為 256Kxl6bit 或 512Kx8bit，可以在掉電情況下，保存數(shù)據(jù)長(zhǎng)達(dá) 20 11 年。 EEPROM 采用 ATMEL 公司的 11424， 它是 AlMEL 公司新近推出的總線容量達(dá) 512Kbit (64Kx 8