【正文】 ...........................................................................56 MiniGUI 的程序設(shè)計(jì) ........................................................................................596 結(jié)論 ..............................................................................................................63致 謝 .........................................................................................................65參考文獻(xiàn) .........................................................................................................67附錄 A 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和參加的科研課題 .......................71附錄 B 系統(tǒng)實(shí)物圖 .......................................................................................721 緒論 課題研究背景及意義隨著人們對(duì)電力需求的加大，電力系統(tǒng)也日漸發(fā)展壯大。但是，由于電力系統(tǒng)中各種非線(xiàn)性負(fù)荷的加入，電能質(zhì)量問(wèn)題日益突出，如諧波污染、三相不平衡、波動(dòng)和閃變等。電能質(zhì)量遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)技術(shù)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)于一體的一門(mén)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)的主動(dòng)監(jiān)視、測(cè)量、自動(dòng)控制、保護(hù)，以及通信等綜合性的自動(dòng)化功能。??12為了安全方便地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制現(xiàn)場(chǎng)，提高生產(chǎn)效率，Web 技術(shù)和嵌入式技術(shù)結(jié)合地越來(lái)越緊密。隨著 Inter 技術(shù)[3]45的興起，在嵌入式設(shè)備的管理與交互過(guò)程中，基于 Web 方式的應(yīng)用已經(jīng)成為目前的主流。本文采用的是 Linux 操作系統(tǒng)和三星公司的 ARM9 核微處理器 S3C2410 來(lái)構(gòu)建嵌入式 Web 服務(wù)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的監(jiān)控。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)隨著人們對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的不斷研究和應(yīng)用，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)由最早的單機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（這種系統(tǒng)是封閉的，主要是對(duì)單一設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控） ，經(jīng)過(guò)集中式監(jiān)控系統(tǒng)（這種系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制多臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控） ，發(fā)展到基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)（這種系統(tǒng)已經(jīng)將 Inter 引入到監(jiān)控系統(tǒng)，便于生產(chǎn)人員遠(yuǎn)距離和大范圍安排和管理現(xiàn)場(chǎng)） 。這樣，工人只需要利用本地豐富的軟件和硬件資源，便能輕松方便地對(duì)遠(yuǎn)程的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。 遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)引起了國(guó)內(nèi)外研究者的興趣，他們對(duì)此展開(kāi)了不懈地研究。由斯坦福大學(xué)和麻省理工學(xué)院[7]合作開(kāi)發(fā)了基于 Inter 的下一代遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷示范系統(tǒng)，這項(xiàng)工作同時(shí)也得到了制造業(yè)、計(jì)算機(jī)業(yè)和儀器儀表業(yè)的 Sun、HP 、Intel 、Ford 等 12 家大公司的支持。[8]　　同樣，遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)也受到了國(guó)內(nèi)研究人員的關(guān)注。[9] 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日漸成熟，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)向著網(wǎng)絡(luò)化、開(kāi)放性的方向發(fā)展。伴隨著嵌入式系統(tǒng)不斷發(fā)展且趨于成熟，嵌入式系統(tǒng)和基于 Inter 的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，使信息能夠?qū)崿F(xiàn)不同地域的共享，便于工作人員隨時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，進(jìn)行設(shè)備的管理，這在很大程度上提高了監(jiān)控的質(zhì)量和范圍。 嵌入式 Web 服務(wù)器隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，嵌入式 Web 服務(wù)器受到越來(lái)越多的關(guān)注，所以嵌入式web 服務(wù)器也成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱門(mén)課題，而且現(xiàn)在已經(jīng)被應(yīng)用到各種各樣的場(chǎng)合，如智能家電、監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的管理與控制等。[10]基于嵌入式 Web 服務(wù)器的諸多優(yōu)點(diǎn)和迅速發(fā)展，在國(guó)外，對(duì)嵌入式 Web 技術(shù)的研究已從理論階段過(guò)渡到開(kāi)發(fā)和應(yīng)用階段，如惠普公司應(yīng)用 智能傳感器標(biāo)準(zhǔn)，研制的嵌入式以太網(wǎng)控制器具有 10BaseT 以太網(wǎng)接口，能夠運(yùn)行 FTP/HTTP/UDP 協(xié)議，已應(yīng)用于傳感器、驅(qū)動(dòng)器等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 。[12]由于嵌入式 Web 服務(wù)器簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將采集和發(fā)布信息等工作都集成到現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控設(shè)備中，提高了監(jiān)控能力，所以這項(xiàng)技術(shù)有著更大的發(fā)展空間和更多的應(yīng)用領(lǐng)域。1992 年 7 月，歐洲電工標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)發(fā)布《公用配電系統(tǒng)》草案。1993～1995 年，美國(guó) EPRI 在??13全國(guó)范圍內(nèi)進(jìn)行了大規(guī)模的電能質(zhì)量普查，得到了大量的電能質(zhì)量數(shù)據(jù) 。國(guó)內(nèi)對(duì)電能質(zhì)量的研究較國(guó)外要晚一些，但隨著用戶(hù)對(duì)電能質(zhì)量的要求不斷提高，我國(guó)電力部門(mén)對(duì)此也重視了起來(lái)。在電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置方面，??15國(guó)內(nèi)也取得了一定的成果。隨著軟硬件技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)也越來(lái)越成熟，主要體現(xiàn)在：(1)諧波分析中應(yīng)用了加窗傅里葉變換、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，暫態(tài)擾動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)中應(yīng)用了小波變換技術(shù)，提高了監(jiān)測(cè)的精度。(3)電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置中應(yīng)用了虛擬儀器技術(shù)。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必然向著網(wǎng)絡(luò)化、智能化和信息化的方向發(fā)展。本文以 S3C2410 微處理器為硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)此處理器的外圍接口電路及數(shù)據(jù)采集電路。(3)設(shè)計(jì)嵌入式 Web 服務(wù)器。在完成 Boa 服務(wù)器在Linux 下的移植后，利用 CGI 技術(shù)及 CGIC 編程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)此系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)頁(yè)面，并通過(guò)遠(yuǎn)程的 PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制。為了在液晶屏上顯示被控設(shè)備的信息并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行方便有效地控制，論文中先創(chuàng)建MiniGUI 的開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括 PC 主機(jī)和目標(biāo)系統(tǒng)，然后在 MiniGUI 系統(tǒng)中進(jìn)行圖形用戶(hù)界面的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。主要敘述課題研究背景及意義、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)以及論文的主要研究?jī)?nèi)容。本章主要介紹電能質(zhì)量的指標(biāo)，以及電能質(zhì)量各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)原理與方法。此系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括系統(tǒng)硬件的總體設(shè)計(jì)、S3C2410 微處理器相應(yīng)電路及外圍擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)采集部分電路的設(shè)計(jì)。介紹 Linux 操作系統(tǒng)及其軟件平臺(tái)的搭建，包括建立交叉編譯環(huán)境、BootLoader 和內(nèi)核向開(kāi)發(fā)板的移植，以及建立根文件系統(tǒng)。首先進(jìn)行了系統(tǒng)應(yīng)用層軟件的總體設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行了 Boa 服務(wù)器在 Linux 下的移植、CGIC 的移植，并根據(jù) Web 服務(wù)器和CGI 技術(shù)設(shè)計(jì)了動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電能質(zhì)量相關(guān)參數(shù)的遠(yuǎn)程查詢(xún)和設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。第六章：結(jié)論。2 電能質(zhì)量指標(biāo)及其檢測(cè)方法電能質(zhì)量(Power Quality)，從普遍意義上講是指優(yōu)質(zhì)供電，包括電壓質(zhì)量、電流質(zhì)量、供電質(zhì)量和用電質(zhì)量。??16供電質(zhì)量能否得到保證關(guān)系著國(guó)家的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。電 力 系 統(tǒng) 頻 率 允 許 偏 差 電能質(zhì)量指標(biāo) 頻率偏差頻率偏差一般是由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化導(dǎo)致的，它能夠使電機(jī)轉(zhuǎn)速產(chǎn)生偏差，使通信設(shè)備的誤碼率上升。當(dāng)系統(tǒng)容電 力 系 統(tǒng) 頻 率 允 許 偏 差量較小時(shí)，偏差值可以放寬到177。根據(jù)系統(tǒng)的條件和沖擊負(fù)荷的性質(zhì)及大小也可以適當(dāng)變動(dòng)限值，但應(yīng)保證近區(qū)電力網(wǎng)、發(fā)電機(jī)組和用戶(hù)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行以及正常供電。電壓偏差引起的危害較多：設(shè)備運(yùn)行的性能受到影響，降低了效率；減少設(shè)備壽命；使得電壓不穩(wěn)，甚至使電壓崩潰；增加了有功損耗等多種損耗。7%?7%?10?在工業(yè)企業(yè)中，要減少電壓偏差對(duì)電力系統(tǒng)的影響，通?？梢圆捎萌缦麓胧?1)就地進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，及時(shí)調(diào)整無(wú)功功率補(bǔ)償量。因此，就地進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，及時(shí)調(diào)整無(wú)功功率補(bǔ)償量，可以從源頭上解決問(wèn)題，是最有效的措施。在銘牌規(guī)定值的范圍內(nèi)適當(dāng)調(diào)整同步電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流，使其超前或滯后運(yùn)行，便能產(chǎn)生超前或滯后的無(wú)功功率，這樣就可以改善網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的功率因數(shù)和調(diào)整電壓偏差。由于從總體上考慮無(wú)功負(fù)荷只能補(bǔ)償?shù)焦β室驍?shù)為～，仍然有一些需要電網(wǎng)供給的變化無(wú)功負(fù)荷會(huì)產(chǎn)生電壓偏差，而采用有載調(diào)壓變壓器就能夠有效地解決這個(gè)問(wèn)題。??17GB12326 2022《 》對(duì)電壓波動(dòng)與閃變的規(guī)定：在公共供電?電 壓 允 許 波 動(dòng) 和 閃 變點(diǎn)的電壓波動(dòng)允許值：10kV 及以下為 %，35～ 110kV 為 2％，220kV 及以上為％。為了能夠有效治理電壓波動(dòng)和電壓閃變，需要降低由沖擊性負(fù)荷引起的電網(wǎng)電壓波動(dòng)及閃變，這時(shí)宜采取的措施有：采用專(zhuān)線(xiàn)供電；當(dāng)和其它負(fù)荷共享配電線(xiàn)路時(shí)，降低配電線(xiàn)路的阻抗，如果存在功率較大的沖擊性負(fù)荷，則與對(duì)電壓波動(dòng)和電壓閃變敏感的負(fù)荷使用不同的變壓器供電；為大功率電弧爐的爐用變壓器供電時(shí)要使用短路容量較大的電網(wǎng)。三相不平衡可能會(huì)損壞設(shè)備，引起裝置的誤動(dòng)作，也會(huì)增加用戶(hù)的用電量。(2)相線(xiàn)和零線(xiàn)應(yīng)該按照一定順序排列。(4)調(diào)整，使得低壓電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行的三相負(fù)載在平衡度范圍之內(nèi)。任何一個(gè)波形畸變的周期性非正弦波電壓、電流，對(duì)其進(jìn)行傅里葉級(jí)數(shù)分解，除了得到與基波頻率相同的分量外，還得到一系列基波頻率整數(shù)倍的分量，這部分分量稱(chēng)為諧波。次諧波電壓和電流的含有率可分別表示為：h (21)10%hUHRI?? (22)1hI電壓和電流的總諧波畸變率可分別表示為： (23)210%MhUTHD??? (24)21MhI?GB/T14549 93《 》中規(guī)定的各級(jí)電網(wǎng)諧波的電壓限值見(jiàn)表 21：?公 用 電 網(wǎng) 諧 波表 21 各級(jí)電網(wǎng)諧波電壓限值（% ）：電壓(kV) THD 奇次 偶次 5 10 4 366 3 110/220 2 諧波的產(chǎn)生主要是由于非線(xiàn)性負(fù)荷和固態(tài)開(kāi)關(guān)負(fù)荷的加入。為了控制并減小這些危害，可以采取以下措施 ：??19(1)改善裝置的功率因數(shù)，進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償；(2)合理使用有源和無(wú)源濾波；(3)盡量避免發(fā)生或注入諧波電流；(4)消除電磁干擾；(5)采用多種功能補(bǔ)償。其中，傅里葉算法又主要包括連續(xù)和離散傅里葉算法、快速傅里葉算法、加窗傅里葉算法等 。()xt(2)快速傅里葉變換快速傅里葉算法的基本思想是利用式： (27)10()()0,1.)NnknXkxWN????中 的周期性、對(duì)稱(chēng)性和可約性，合并重復(fù)出現(xiàn)的運(yùn)算來(lái)減少運(yùn)算量。這兩種檢測(cè)方法的原理 是：??21(1)幅值法是先進(jìn)行被測(cè)信號(hào)的采樣和數(shù)字化，然后進(jìn)行傅里葉變換，根據(jù)結(jié)果計(jì)算信號(hào)的幅頻特性。N此方法的優(yōu)點(diǎn)是硬件簡(jiǎn)單，軟件靈活，抗干擾能力較強(qiáng)；缺點(diǎn)是如果干擾信號(hào)比被測(cè)信號(hào)大，則檢測(cè)不出被測(cè)信號(hào)。1ar/RX??1XR首先求出 和 ，又 ，得?221ft????? (211)21()/()/()f Nt????其中， 是采樣間隔， 是基準(zhǔn)頻率， 是每周期采樣次數(shù)。ff此方法的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)，檢測(cè)精度高，容易實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)是實(shí)時(shí)性較差。(1)平均值法是利用平均值 AC/DC 轉(zhuǎn)換器得到電壓或電流，然后根據(jù)正弦波有效值與平均值之間的確定關(guān)系，得出被測(cè)信號(hào)的有效值 。(2)真有效值法是根據(jù)有效值的定義來(lái)檢測(cè)的，其定義為： (212)1()NTRMSkXx??其中，N 是一個(gè)周期的采樣數(shù)， 是采樣序列中第 k 個(gè)采樣值。N 電壓波動(dòng)和閃變電壓波動(dòng)和閃變的監(jiān)測(cè)方法有經(jīng)典方法和現(xiàn)代方法。??23(1)小波變換為了分離出調(diào)制信號(hào)，要進(jìn)行的第一步是對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，即讓信號(hào)與其載波的單位幅值同步信號(hào)相乘得到一個(gè)新信號(hào)，然后對(duì)新的信號(hào)進(jìn)行小波變換，就能很方便的得到調(diào)制信號(hào) 。圖 21 和圖 22 分別為小波變換檢測(cè)電壓波動(dòng)和小波變換檢測(cè)電壓閃變的原理圖。也可以使用傅里葉變換來(lái)測(cè)量包絡(luò)信號(hào)序列各頻率點(diǎn)的幅值。采用傅里葉變換檢測(cè)電壓波動(dòng)需要對(duì)電壓信號(hào)的平方進(jìn)行傅里葉變換，而且還需要注意低頻信號(hào)的提取，應(yīng)該采取措施保證提取的低頻信號(hào)在 內(nèi)，??,Hz以提取盡量多的離散傅里葉變換值 。對(duì)稱(chēng)分量法檢測(cè)三相不平衡度的基本原??27理是：任一三相電壓都可以分解為正序、逆序和零序三種三相對(duì)稱(chēng)電壓，而三相不對(duì)稱(chēng)電壓可以分解為正序、逆序和零序三種三相對(duì)稱(chēng)電壓的線(xiàn)性組合。??28此處設(shè) 和 為三相電壓和三相電流，TtabcU???????TtabcII??????和 為 a 相電壓對(duì)稱(chēng)序分量和電流對(duì)稱(chēng)序分量，120TsaaU???????120TsaII???????則有如下關(guān)系： ， (214)1stU?1stI??其 中 ， (215)0024113jjjjeT???????要利用對(duì)稱(chēng)分量法檢測(cè)三相不平衡度，第一步要檢測(cè)出三相電壓和三相電流的有效值及相位差，如果存在比較嚴(yán)重的波形畸變，就要先檢測(cè)出基波分量，然后，利用式(214) 和(215)計(jì)算出各個(gè)分量。相位和相位差的檢測(cè)方法有很多，鎖相環(huán)法和傅里葉變換法是常用的兩種方法。乘法器主要是