經(jīng)典解決方案:工程級(jí)網(wǎng)絡(luò)型電能質(zhì)量分析儀的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
一、項(xiàng)目概述
1.1 引言
電能質(zhì)量定義為導(dǎo)致用電設(shè)備故障或不能正常工作的電壓、電流或頻率的偏差。電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是保證電力系統(tǒng)安全可靠和經(jīng)濟(jì)優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的技術(shù)支撐。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)和電器設(shè)備的發(fā)展,電能質(zhì)量受到供電企業(yè)和電力用戶的共同關(guān)注。供電企業(yè)可對(duì)不同的電能質(zhì)量劃分等級(jí)、分別定價(jià);用戶可根據(jù)設(shè)備及生產(chǎn)工藝選擇不同質(zhì)量的電能。因此電能質(zhì)量分析儀成為熱點(diǎn)產(chǎn)品。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201706/347670.htm1.2 項(xiàng)目背景/選題動(dòng)機(jī)
目前產(chǎn)品多表現(xiàn)為單獨(dú)的電能質(zhì)量檢測(cè)儀器,只能用于某時(shí)某地的檢測(cè),分析預(yù)測(cè)及智能性不強(qiáng)。隨著數(shù)字信號(hào)處理理論及器件的發(fā)展,對(duì)電能參數(shù)進(jìn)行深入分析成為可能,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為遠(yuǎn)程定位、時(shí)鐘同步等功能提供了低成本的實(shí)現(xiàn)方法。
本項(xiàng)目利用AT32UC3A0512實(shí)現(xiàn)了廣域電網(wǎng)的層次化電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng),對(duì)供電企業(yè)和用戶都有重要的意義。系統(tǒng)由兩部分組成:一是獨(dú)立的電能質(zhì)量分析儀,區(qū)別于目前的產(chǎn)品提高了分析檢測(cè)指標(biāo),并增加了功率因數(shù)補(bǔ)償功能,可降低用戶的成本。二是實(shí)現(xiàn)了電能質(zhì)量分析儀的局域網(wǎng)接口,可用于用戶的多點(diǎn)隨時(shí)檢測(cè)。
二、需求分析
2.1 功能要求
整個(gè)系統(tǒng)由監(jiān)控總站、監(jiān)控終端三部分組成。系統(tǒng)比較龐大,實(shí)現(xiàn)了主要功能。
圖1 系統(tǒng)架構(gòu)
2.2 性能要求
本項(xiàng)目基于EAT32UC3A0512的AVR EVK1100設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了層次化電能質(zhì)量檢測(cè)儀。首先是本地電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀,能測(cè)量電力線的電壓偏差、閃變、不平衡度、諧波、頻率、無(wú)功功率等電能質(zhì)量參數(shù),并實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償;其次利用AT32UC3A0512的MAC功能實(shí)現(xiàn)了局域網(wǎng)內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),重點(diǎn)是IP地址的自動(dòng)獲取、設(shè)備和服務(wù)的廣播及發(fā)現(xiàn)等,通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò)中不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)的參數(shù)實(shí)現(xiàn)故障的定位;具有技術(shù)先進(jìn)行和功能實(shí)用性。
三、方案設(shè)計(jì)
3.1 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)原理
系統(tǒng)整體原理框圖如上所示
在EVK100上實(shí)現(xiàn)層次化電能質(zhì)量檢測(cè)儀,主要擴(kuò)展電網(wǎng)接口板?;驹砣缦聢D所示。另外增加的功率因數(shù)補(bǔ)償功能從硬件上需要增加電力電容切換接口板,其原理如下所示。
電網(wǎng)接口板硬件結(jié)構(gòu)框圖
電容切換原理圖
3.2 硬件平臺(tái)選用及資源配置
EVK1100是一個(gè)基于AVR32 AT32UC3A單片機(jī)控制器的評(píng)估套件和開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。它配備一系列豐富的外設(shè)、內(nèi)存,可充分開(kāi)發(fā)AVR32設(shè)備的全部潛能。支持AT32UC3A、以太網(wǎng)端口、傳感器(光照、溫度、電位器)、4x20藍(lán)色LCD(PWM變頻背光)、JTAG連接器、Nexus、USART、USB 2.0接口,TWI接口、SPI。本設(shè)計(jì)充分挖掘EVK1100的基本功能,并結(jié)合了最新的技術(shù)發(fā)展,主要體現(xiàn)在:
1、 利用網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程連接。
2、 利用USB接口實(shí)現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)的存貯功能。
3、 利用串口連接PC實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制和調(diào)試控制。
4、 利用模擬量和數(shù)字量實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)檢測(cè)等功能。
遺憾的是模塊本身配置的顯示功能不夠強(qiáng)大,只能顯示文本信息。若能配置高端顯示模塊可實(shí)現(xiàn)波形顯示、現(xiàn)實(shí)模擬等功能,更具有使用價(jià)值。但基于EVK1100模塊可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)這些功能。
3.3系統(tǒng)軟件架構(gòu)
整個(gè)軟件從功能上分為兩部分:一是本地電能質(zhì)量分析儀的功能,二是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。
電能質(zhì)量參數(shù)的測(cè)量。采用準(zhǔn)同步采樣和時(shí)間累積平均的方法計(jì)算參數(shù)。省掉了采樣的同步環(huán)節(jié),增加采樣點(diǎn)和采樣周期數(shù)再進(jìn)行數(shù)值積分運(yùn)算就可獲得采樣信號(hào)平均值的高準(zhǔn)確度估計(jì),可得到很好的結(jié)果。功率計(jì)算中瞬時(shí)乘積包含有二次諧波項(xiàng),如果電壓電流通道存在失調(diào)值,乘積中還有基波分量,這些都可以歸為干擾信號(hào),基波項(xiàng)的幅值一般很小,但二次諧波項(xiàng)的幅值是電壓電流幅值相乘比較大。使用數(shù)值積分方法會(huì)存在截?cái)嗾`差,且增大了誤差變化范圍。因此在功率通道中,乘積之后首先經(jīng)過(guò)一個(gè)二階低通濾波器使高次諧波分量幅值大大減小,且不改變各次諧波的周期,而對(duì)于直流分量即需要提取的數(shù)值沒(méi)有影響。濾波輸出包含各次諧波功率,因此這種濾波器設(shè)計(jì)符合全功率測(cè)量。低通濾波器的指標(biāo)為:通帶邊緣頻率10Hz,通帶波動(dòng)系數(shù)0.001,阻帶邊緣頻率90Hz,衰減系數(shù)0.3。
網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面,EVK1000本身有以太網(wǎng)接口,并且其DEMO程序中有http協(xié)議的實(shí)現(xiàn)代碼,可以修改利用。
3.4 系統(tǒng)軟件流程
本地測(cè)量程序運(yùn)行流程圖
3.4 系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)果
1、實(shí)現(xiàn)本地電能質(zhì)量測(cè)量,實(shí)現(xiàn)國(guó)標(biāo)中的參數(shù)測(cè)量。
2、實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的自動(dòng)補(bǔ)償。
3、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量電能質(zhì)量參數(shù)。
評(píng)論