電力傳輸線路監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘 要：介紹了以MSP430 單片機為核心的電力傳輸線路監(jiān)測系統(tǒng)的組成、工作原理及軟、硬件的設(shè)計。系統(tǒng)主要由電壓、電流互感器、DSP 電能芯片、信號處理電路、LCD 超大漢字液晶顯示器、鍵盤、聲光報警電路、U 盤存儲器以及MSP430 MCU的主機電路構(gòu)成，對全自動電力線路參數(shù)監(jiān)控、采集、存儲功能進行了研究，實現(xiàn)了長時間、無間斷地對電力傳輸線路中電流、電壓、零序電流、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、視在功率、基波及諧波電能的監(jiān)測、記錄和存儲。

　　0 引言

　　為解決人工調(diào)整電力傳輸線路中偏相觀測難、記錄難、校準(zhǔn)難這三大難題。該設(shè)計通過對軟硬件的設(shè)計，實現(xiàn)了較長時間、無間斷地對電力傳輸線路中電流、電壓、零序電流、功率因數(shù)、有功功率、無功功率、視在功率、基波及諧波電能的監(jiān)測、記錄和存儲。該設(shè)計采用MSP430F135 單片機為控制核心，結(jié)合電壓、電流互感器、DSP 電能芯片、人機接口、聲光報警電路和信號處理電路等實現(xiàn)對電力傳輸線路參數(shù)的監(jiān)測，該系統(tǒng)能利用存放在U 盤中長時間采集的數(shù)據(jù)在上位機進行曲線分析，為電力部門調(diào)整線路負(fù)荷提供科學(xué)、可靠的依據(jù)。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計方案

　　1.1 DSP 電能芯片的選擇

　　該設(shè)計選用DSP 電能芯片，此芯片具有七路二階16 位sigma-delta ADC、基準(zhǔn)電壓輸出、電壓、電流采樣、基波、諧波以及能量頻率測量的信號處理電路，同時具有SPI 通訊接口，并支持全數(shù)字域的增益、相位校正。能夠自動計算有功功率、無功功率、視載功率以及功率因數(shù)。內(nèi)部具有電壓監(jiān)測電路，能保證上電和掉電時工作正常進行。

　　該設(shè)計能進行高精度測量，輸入動態(tài)工作范圍1000：1，同時保證非線性測量誤差在0.1%內(nèi)。支持增益和相位補償，小電流非線性補償。電壓、電流有效值精度優(yōu)于0.5%。

　　1.2 單片機選擇

　　MSP430 單片機為低功耗16 位單片機，具有典型的SOC特點，集成大量外設(shè)。尤其是其內(nèi)部集成的波特率微調(diào)器，可以使MCU 在不低于32 768 Hz 的任意晶振（但不能超過MCU 對晶振要求的上限）下工作時，選擇通信波特率時可不受波特率因子不帶有小數(shù)的限制，即：在波特率的允許范圍內(nèi)可使用任意頻率的晶振。另外，由于MSP430 MCU 內(nèi)部集成了溫度傳感器，可以較方便地實現(xiàn)對測液位所用壓力傳感器溫度進行補償。而且MSP430 系列單片機針對不同的應(yīng)用由各種不同的模塊組成，由于所用微控制器低功耗的特點，可用普通電池正常工作，實現(xiàn)長時間無間斷正常使用。