配電網(wǎng)電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用研究論文
電能質(zhì)量即電力系統(tǒng)中電能的質(zhì)量。理想的電能應(yīng)該是完美對稱的正弦波。一些因素會使波形偏離對稱正弦，由此便產(chǎn)生了電能質(zhì)量問題。一方面我們研究存在哪些影響因素會導(dǎo)致電能質(zhì)量問題，一方面我們研究這些因素會導(dǎo)致哪些方面的問題，最后，我們要研究如何消除這些因素，從而最大程度上使電能接近正弦波。以下是今天學(xué)習(xí)啦小編為大家精心準備的：配電網(wǎng)電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用研究相關(guān)論文。內(nèi)容僅供參考，歡迎閱讀!
配電網(wǎng)電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用研究全文如下：
摘要：基于MSP430F1611單片機、無線收發(fā)模塊nRF905和PC機組成的電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)。
論文關(guān)鍵詞：電能質(zhì)量監(jiān)測,MSP430F1611
在當(dāng)今社會，電已成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?。電能是一種使用最為廣泛的能源，其應(yīng)用程度標志著一個國家的發(fā)展水平。改善電能質(zhì)量對于電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行，保障工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量和科學(xué)實驗的正常運行以及降低能耗等均有重要意義。電能質(zhì)量直接關(guān)系到國民經(jīng)濟的總體效益。
本文采用NRF905和MSP430F1611為核心設(shè)計電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)。應(yīng)用快速傅里葉變換(FFT)實現(xiàn)電壓電流信號的諧波分析及其它電能質(zhì)量參數(shù)的處理和運算分析。
一、監(jiān)測裝置的硬件設(shè)計
本設(shè)計的硬件方案框圖見下圖
1、MSP430F16(1)X系列單片機特點
[1]工作電壓：1.8~3.6V，
[2]超低功耗，活動模式：280uA，待機模式：1.6uA，關(guān)閉模式(RAM保持)：0.1uA
[3]5種省電模式
[4]從等待模式喚醒時間：6us
[5]16位RISC結(jié)構(gòu)，125ns指令周期
[6]內(nèi)置三通道DMA
[7]12位A/D帶采樣保持內(nèi)部參考源
[8]雙12位D/A同步轉(zhuǎn)換
[9]16位定時器TimerA
[10]16位定時器TimerB
[11]片內(nèi)比較器A
[12]串行通信USRT0(UART和SPI)接口
[13]串行通信USRT1(UART和SPI)接口
[14]具有可編程電平檢測的供電電壓管理器、監(jiān)視器
[15]欠電壓檢測器
[16]Bootstrap Loader
[17]串行在線編程，無需外部編程電壓，可[18]編程的保密熔絲代碼保護
[19]48K+256B flash 10K RAM
2、A/D芯片
MAX155是由美國MAXIM公司推出的，具有8個模擬輸入通道，并且每個通道擁有自己的保持/跟蹤電路，可以實現(xiàn)跟蹤、采樣同時進行，有利于減小各通道之間通信時間的差異，具有多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的屬性。各個通道的轉(zhuǎn)換時間相同，都為3.6μs，在運行后結(jié)果自動保存在RAM中。在單獨一個+5V電源供電時，其可工作于單端或差分、單極或雙極性等形式的轉(zhuǎn)換電路中。如果需要更寬的范圍，芯片必須由±5V供電。具有2.5V的電源關(guān)斷功能和內(nèi)部參考電壓是MAX155的另一個特性，如此恰好構(gòu)成一個完善的系統(tǒng)。
3、電壓、電流變換
電流、電壓變換電路主要實現(xiàn)的功能是弱電信號與強電信號之間的變換和隔離，主要包括的電路有：電流、電壓信號放大電路、濾波電路、互感器信號轉(zhuǎn)換電路等。
而在采集過程中，之所以要對信號進行縮小處理，是因為電壓、電流的屬性和范圍與MAX155不相符。所以，要采用兩種互感器，分別為SCT254AK電流互感和SPT204A電壓互感器。下面對其分別介紹：
SCT254AK電流互感器，根據(jù)其精密程度規(guī)定，額定輸入電流為5A，輸出額定電流為2.5mA。如果需要將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號時，應(yīng)用電路如圖3-5所示。下面簡單介紹一下各個器件的作用。電容C2是用來防振和濾波?？烧{(diào)電阻r′ 及電容C1是用來補償相移的。而輸出電壓是通過調(diào)整電阻R和r的值所得到。兩個二極管是運算放大器的作用，C3有抗干擾的作用。運算放大器使用高精度運算放大器，因為性能好，在工作時能提高測量的精確度以及良好的穩(wěn)定性。
SPT204A電壓互感器，根據(jù)其精密程度規(guī)定，輸出、輸入而定電流都是2mA。使用電路如圖3-6所示。下面簡單介紹一下各個器件的工作原理。電容C2是用來防振和濾波，其各個器件的功能同電流互感器SCT254AK的作用十分相似，唯一有區(qū)別的就是在輸入口，有個R′，作用是限制電流的，且不管輸入的電壓多大，只要適當(dāng)?shù)倪x擇R′，就可以保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。
圖3-5 SCT254AK典型應(yīng)用電路
圖3-6 SPT204A典型應(yīng)用電路
4、無線通信模塊
無線通信選用nRF905集成通信模塊。nRF905是單片無線收發(fā)集于一體的芯片，它的工作電壓為范圍是1.9到3.6V，可以工作在433 MHz 、868 MHz 、915 MHz這幾個頻段。它具有很強的抗干擾能力。
5、輸入輸出部分
本設(shè)計采用了行列式鍵盤，根據(jù)應(yīng)用的需要，采用了程序掃描的工作方式。
顯示屏采用的是液晶(LCD)顯示，根據(jù)設(shè)計需求采用的是SMG12864ZK液晶，它是128×64點陣組成的漢字圖形型方式的液晶顯示模塊，能夠提供圖形和漢字，內(nèi)部包涵簡體中文字庫、64X256的點陣式顯示RAM。它能夠與中央處理器進行連接，并提供信息送至微處理器。
MSP430和PC機串口通信電路串行接口電路采用MAX232芯片。與計算機的COM口連接，進行數(shù)據(jù)傳送。
二、檢測裝置的軟件設(shè)計
軟件是一個系統(tǒng)中的核心部分，它的運算分析效率將直接體現(xiàn)整個系統(tǒng)的效率。所以，能否編制出優(yōu)良的、高效的系統(tǒng)將直接影響產(chǎn)品的層次。系統(tǒng)軟件包含兩個部分，上位機部分和下位機部分。本設(shè)計的電能質(zhì)量在線監(jiān)測系統(tǒng)中，下位機主要為無線傳輸和數(shù)據(jù)采集兩部分設(shè)計。
1、發(fā)射端軟件設(shè)計
由MSP430單片機的需求出發(fā)，軟件設(shè)計流程如圖4-1，其中，其前部分需要循環(huán)才能實現(xiàn)，形成一個主、子的程序關(guān)系。
2、接收端子程序
接收端子程序主要完成接收數(shù)據(jù)并與計算機進行通信，把數(shù)據(jù)上傳到計算機中。
3、PC機軟件的設(shè)計
本系統(tǒng)的PC機監(jiān)控界面是通過VB6.0軟件實現(xiàn)的。主界面包括“開始采集”、“保存數(shù)據(jù)”、“數(shù)據(jù)處理”等幾個按鍵。最終的采集觀測結(jié)果，通過Excel表格文件格式進行保存。采集來的信號的大體形式可以通過曲線顯示界面來顯現(xiàn)，并以曲線的形式表現(xiàn)出來。程序流程如圖4-13所示。
三、結(jié)束語
對電能質(zhì)量指標參數(shù)數(shù)字化測量原理進行了剖析，并將采集到的數(shù)據(jù)和分析結(jié)果通過無線收發(fā)模塊nRF905的數(shù)據(jù)傳輸至上位機，利用VB6.0中的Mscomm控件讀取PC串口接收的數(shù)據(jù)，經(jīng)過現(xiàn)場試驗和實際測量，本系統(tǒng)取得了較好的效果。
參考文獻
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