电子技术的发展使得各种自动化装置广泛应用，极大地提高了社会生产力，而这些装置对于电能质量下降极为敏感，因此在生产过程中出现许多严重的事故，造成了巨大的损失。因此为了提高电能质量，首先必须能准确完整的对电力参数进行检测和分析。本系统应用了数字信号处理器，实现对三相电网路电压路电流功率等基本参数的实时测量，还具备谐波分析的功能。该系统能够自动采集电网实时电压电流等数据，采用交流采样技术，实现多种电力参数的在线实时测量通过基于芯片的算法进行数据处理并通过液晶屏显示三相电压平均值三相电流平均值谐波功率等特征值和三相电压电流波形。同时本系统还有数据上传功能，可以实现分析结果的实时上传，便于数据的进步分析统计和存储，为电力部门的安全生产提供长期有效的依据。关键词电力参数数字信号处理谐波分析液晶屏摘要第章引言研究目的及意义国内外研究概况本文主要研究内容第二章系统的整体设计方案系统功能及总体结构„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„系统实现功能„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„系统设计方案„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„芯片的选择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„编程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„第三章电力参数测量及其计算原理电力参数的直流采样算法„„„„„„„„„„„„„„„„„„电力参数的交流采样算法„„„„„„„„„„„„„„„„„„半周期积分法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„均方根算法„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„基于的电力参数测量„„„„„„„„„„„„„„„„„„离散傅立叶变换„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„快速傅立叶变换„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„电力参数测量原理„„„„„„„„„„„„„„„„„„„第四章系统硬件电路设计最小系统设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„存储器扩展„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„复位电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„时钟电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„电源电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„接口„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„转换电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„信号调理电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„时钟电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„键盘液晶显示电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„串行通信接口电路„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„第五章系统软件设计数据采集模块„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„数据处理模块„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„数据存储„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„的实现„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„时钟模块„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„按键显示模块„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„数据通信模块„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„结论参考文献致谢附录电力参数监测系统原理图第章引言第章引言研究目的及意义现代社会中，电能是种最为广泛使用的能源，其应用程度是个国家发展水平的主要标志之。随着科学技术和国民经济的发展，对电能的需求量日益增加，同时对电能质量的要求也越来越高。良好的电能质量无疑对电气设备的运行是有利的，但恶劣的电能质量对电力系统运行的不利影响并没有引起人们的足够重视。自上世纪六七十年代以来，以电力电子技术为核心的变流器负载大量接入电网，不可避免的造成了诸如电压和电流谐波电压闪变以及其它暂态干扰等恶化电能质量的现象。从危害程度来看。些电能质量问题的危害是破坏性的。例如，雷电波冲击，电容器和电缆线路投切时因谐波谐振而引起的过电压往往造成电气设备的绝缘和机械损坏，从而影响电力系统的正常运行继电保护装置因谐波和负序干扰引起误动作造成电网大面积停电会造成巨大的经济损失短时的供电中断或电压跌落可能导致生产混乱或工业冶炼产品的大量报废甚至危害人身安全。另方面，些电能质量问题还影响电气设备的性能指标。在现代企业中，广泛使用了变频调速驱动器机器人自动生产线精密的加工工具可编程控制器计算机信息系统等。这些设备对电源的波动和外界干扰十分敏感，任何供电质量的恶化都可能会造成产品质量的下降，产生重大的经济损失。例如，不正常的电压和频率偏差会引起异步电机负荷的转速和功率变化，导致传动机械的效率降低，使纺织造纸等产品的质量受到影响谐波电流在旋转电机输电线路变压器等输配电设备中流通，使这些设备因产生附加损耗而过热，从而降低了这些设备的寿命或容量。改善电能质量对于电网的安全经济运行，保证工业产品质量和科学实验的正常进行以及降低能耗等均有重要意义。电能质量的好坏直接关系到国民经济的总体效益。为了改善电能质量，要求电力系统首先进行电力参数的检测和分析工作，电力参数检测成为测试技术发展的重要方向。第章引言方面是电网电能质量的下降，另方面却是用户对电能质量要求的提高，如何解决这矛盾成了我们要解决的道难题。准确完整的对电力参数进行测量和分析是成功解决该矛盾的必要条件。因此，电网质量问题成为近年来各方面关注的焦点，电力参数检测成为当前国际上研究的热点之。国内外研究概况般而言，测量是为确定被测对象的量值而进行的实验过程。在这个过程中常借助专门的设备，把被测对象直接或间接的与同类已知单位进行比较，取得用数值和单位共同表示的测量结果。它是揭示客观世界规律，用数字语言描述周围世界，进而改造世界的重要手段。广义的说，任何实验科学的结论，是对实验数据统计推断的结果，而数据的取得，就要靠测量。电子测量具有系列突出的优点，如测量的频率范围宽量程广准确度高速度快易于实现遥测和长期不问断的测量易于与计算机相结合等。它通常包括能量的测量。例如测量电流电压电功率等信号的特性及所受干扰的测量。例如信号的波形和失真度频率相位脉冲参数调制度信噪比等元件和电路参数的测量。例如电阻电感电容电子器件集成电路的测量电路频率响应通带宽度品质因数相位移延时衰减和增益的测量等。国际上电测量理论和监测仪器仪表技术大致经历了三个阶段第个阶段电测量技术主要是对模拟量进行测量世纪年代以来，随着数字电子技术和微电子技术的发展，电测技术和仪表技术逐步向数字化方向发展，早期的模拟式电测仪表逐渐被数字式仪表代替，在这阶段，以微计算机操作系统各种标准总线结构为特征，可互相通讯扩展式仪器和自动测试系统及相应测量技术得到快速发展，并逐步走向成熟第三阶段，即世纪年代以来，大规模集成电路技术方面使得控制芯片运算能力大大增强，另方面使得芯片体积大幅度缩小，可以方便地植入仪器内部，从而使仪器具有判断控制存储，运算甚至更高的智能化特性。第章引言虽然电能质量问题的研究已逐渐成为当今社会的热点，但是相对国外而言，国内对电力参数监测装置的开发研制比较落后，大多数厂家采用的是单片机结构，在功能实用化等方面还不够理想。还存在许多问题处理功能较差可扩展存储空间较小运算速度较慢难以运用精确严格的算法进行大量的实时数据处理不满足电力监测高实时性的要求电力系统中最常用微处理器包括系列和系列等控制型器件，但随着电力系统对实时性数据量和计算要求的不断提高，这些器件在计算能力方面已不能很好地适应电力系统的要求，致使电力系统的高精度测量，实时监控和先进算法的运用受到了限制有的产品虽然直接引进了国外的技术模块，功能较强，可是价格较高，且不完全适合我国市场有的产品无通讯和控制输出功能，不满足电力系统网络化自动化的发展方向人机交互性不好。本文主要研究内容本文研制的内容主要针对我国电力系统供配电的实际情况，通过基于芯片的傅立叶变换算法，采用交流采样技术实现多种电力参数的在线实时测量，为电网的安全经济运行提供可靠保证。本系统检测的电力参数包括前次谐波的电压有效值前次谐波的电流有效值总电压有效值总电流有效值总有功功率总无功功率第章引言各相的功率因数。主要工作包括回顾和分析当前电能质量问题，研究现状及其测量装置存在的问题提出本系统所要采集的电力参数在分析现有电力参数采集系统的基础上，确定本系统所采用的测量方法和算法，并确定系统整体方案设计进行基于的系统整体硬件电路设计系统测试对自己所做的工作进行总结。本系统的研制将进步推进电力系统的自动化水平，真正做到电力参数的实时采集和处理，便于电力系统管理人员正确掌握各项电力参数，对于保证电力系统运行的安全性，经济性和可靠性都具有重要意义。第二章系统的整体设计方案第二章系统的整体设计方案系统功能及总体结构系统实现功能本系统主要针对我国电力系统供配电的实际情况，通过基于芯片的傅立叶变换算法，采用交流采样技术实现多种电力参数的在线实时测量和数据分析，为电网的安全经济运行提供可靠保证。要求实现以下功能实时对电网的电压电流波形进行采集通过算法对采集波形进行谐波分析，进而计算出所需特征值实现特征值和波形在上的实时显示，并完成相应的设置功能能实时把处理后的数据上传到机，完成数据的存储，以便进步的数据处理和数据分析。系统设计方案本系统是个高速多通道的数据采集和处理系统，系统设计所考虑的技术要点有本系统采集的对象是电网的参数，就应该有相应的硬件信号处理部分本系统设计每周期采集电压电流波形为点，但当需要对电力参数进行更详细准确的分析时，可能需要采集点或者更高的采集速度，所以应该选择高速本系统需要多路同时对采集对象进行采集，所以应该选择多路本设计最重要的部分就是数据的处理部分，它不但要完成多点的，还要进行相应的参数显示和数据上传，所以选择合