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基于单片机的电能质量检测系统设计

基于单片机的电能质量检测系统设计

该装置主要由电压互感器、ADE7880、单片机、数据存储、LCD液晶显示模块、键盘电路、后备电源等组成。它以32位单片机单片机F103RCT6为核心,测试时,从电压互感器的次级引入输入信号,通过模拟低通滤波电路、采样保持器,同时对三相电压信号进行采样,然后送入

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  • 详细描述

    基于单片机的电能质量控制
    摘要:现在中国经济的快速发展 对用电要求的加大 电网的负荷迅速增大,冲击性、非线性负载的容量不断增长, 电压波动、电压波形畸变、闪变和三相之间不平衡等电能质量方面的问题受到人们越来越大的重视,电能质量的检测已经迫在眉睫。本文介绍了一种基于单片机系统的电能质量检测和控制体系,从电压互感器的次级接入信号,再通过模拟低通滤波电路、采样保持器电路,同时对三相电流信号进行高速分段采样,之后接入A/D转换器中进行转换,然后通过STM32F103R对接受到的数字信号进行数据分析和处理,检测电能质量的各参数,最后通过LCD将电流、电压的变化表示出来。通过验证该装置具有抗干稳定性强、抗干扰能力好、设计成本低、应用范围广等优点。
    关键词:电能质量;检测; 分析方法;STM32
     
     
    Power quality control based on single chip microcomputer
    Abstract: Now Chinese rapid economic development to increase the requirements for electric power load increases rapidly, the impact of the nonlinear load, the growing capacity, voltage fluctuation, voltage waveform distortion, voltage flicker and three-phase unbalance between power quality problems have been more and more attention to quality, electrical detection is imminent. This paper introduces a kind of single chip microcomputer system for power quality detection and control system based on the secondary access signal, voltage transformer, and then keep the circuit through the analog low-pass filter circuit, sampling, and the three-phase current signal sampling high-speed segment, after access to A/D converter to be converted, and then the digital signal by STM32F103R the received data analysis and processing, the detection of power quality, the change of voltage and current, represented by LCD. Through the verification of the device has the advantages of high stability, resistance to dry well anti-interference ability, low cost, wide application range.
     
    keyword: Power quality; detection; analysis method; single chip microcomputer
     目录
    第一章 引言 1
    1.1 本课题的意义 1
    1.2 国内主要电能质量控制的方法 1
    1.3 电能质量控制的简介 2
    1.4 国内早期电能质量被忽视的问题 2
    1.5 课题主要研究的方向和内容 3
    第二章 方案设计论证 4
    2.1 方案设计及论证 4
    2.1.1电能质量测量方法简介 4
    2.1.2总体方案设计 4
    2.2 电能质量控制硬件框图 4
    2.3 电能质量控制系统工作原理 5
    第三章 硬件电路的设计 6
    3.1 CPU单元电路 6
    3.2 信号采集电路 7
    3.3 数据存储模块 10
    3.4 时钟电路 11
    3.5 键盘接口电路 12
    3.6 显示模块电路 12
    3.7 电源模块电路 13
    3.8 报警电路 14
    3.9 看门狗电路 14
    第四章 系统软件设计 17
    4.1 测试计算原理 17
    4.1.1电压偏差 17
    4.1.2频率偏差 17
    4.1.3电压波动与闪变 18
    4.1.4三相不平衡 18
    4.1.5谐波 19
    4.1.6 电压暂降与短时间中断 19
    4.1.7 暂时过电压和瞬时过电压 20
    4.2 系统软件的整体设计 20
    4.3 主程序 20
    4.3.1 计量芯片部分程序 21
    4.3.2 单片机F103ADE7880通信程序 23
    4.3.3 显示子程序 26
    4.3.4 按键子程序 27
    4.4 本章小结 28
    第五章 电能质量控制系统的调试设计 29
    5.1 调试仪器 29
    5.2 硬件调试 29
    5.3 软件调试 29
    5.4 调试步骤 29
    5.5 调试中遇到的问题及调试结果 30
    5.6 调试结论 30
    第六章 总结与展望 31
    致谢 33
    参考文献 33
    附录 34

    第一章 引言

    1.1 本课题的意义

    电能是一种清洁经济同时容易转换和控制的能源存在,电能质量需要三方共同保证质量的特殊存在的产品如电力部门、供电部门、电力用户。如今,电能已经成为市场化的商品,与其它产品一样,当然也得讲究质量。当今社会中,电能是利用最普遍的动力之一,电能的利用水平是一个国度展开高度的重要标记之一。国民经济和科技技术的飞快发展,电能品质的效果已经越来越得到各方的注重,这是国名经济和科技技术发展的必然趋势,电能质量的好坏,已成为影响国民经济发展的重要制约障碍。
    现在用电需求加大用户要求提高,冲击性、非线性、不平衡性的负载越来越多,电能质量问题需要得到很好的控制,电网质量供电情况降低。电能质量事故增高原因就是电能质量较差,应当正面应对电能品质的检测治理和电力净化的管理任务。电能质量问题遭到各国电力工作者的高度重视。在理想的供电电网中,以单一恒定的频率(50Hz或60Hz)和规则的电压程度向用户送电。电能品质的好坏主要经过电压和频率来权衡,在实践的电能供电中,因为负载的变更和差异性质方面的其余缘由,电力系统中不能保证一直不变的电压和频率现已经,甚至出现暂态过程。所以交流输配电系统不可避免的电能质量问题。
    现如今科学技术的飞速发展,特别是电子科技技术的飞速发展,冲击性、非线性负载持续增加的对电网供电干扰,使得电网呈现电压动摇、谐波污染、闪变、三相不平衡的问题。种种问题严重影响了电力系统的稳定高效的运行。现如今人类社会已经进入以计算机技术为基础的信息型化社会,高速计算机、网络通信设备、数字存储器等电子设备在在生活工作中得到快速推广,提出了更高的要求这又一次对电能品质。

    1.2 国内主要电能质量控制的方法

    对于电能质量的测量电子测量具有很大优势,如:测量的量程大频率范围宽,精度高,测量时间短,方便远距离和长期的测量,方便和计算机相结合。可是现在国内大多数的厂商大都使用51单片机为核心,他的优点是结构简单价格低廉。
    但存在一些问题:1.处理功能单一,运算速度慢扩展空间小,所以难以复杂严格的算法进行大量的采样数据处理,不能满足电力监测实时性的要求;2.虽然仪表都是智能式的,但分析能力较差,只能对单一波动点进行报警;3.仪器处理器件大都采用单片机,不能完成电网采样数据的实时测量,指导电力部门实施管控;4.有的测量工具虽然是直接用的国外技术,功能较强,可是价格太高,市场推广成效不高。

    1.3 电能质量控制的简介

    寰球公认的研究课题如今电能品质已经成为主要研究对象,当然也得出了一些经历和实践,首要做了两方面的任务:一方面将一些专门的电能质量监测装置放置在电力系统中的某些特殊地方,使电能质量问题能及时、准确地发现;另一方面,为了克服电能质量的不绝转恶,致力减小事变发生率,采取多种可以的技术措施。被国内外所认同如今有两种电能品质的检测模式:  
    (1)定时的抽查检测:对一般情况下的电能质量干扰。用于电网和用户的特殊设备检测。
    (2)在线监测:就是连续监测、日常检查或整个过程检查,也就是按照电能质量规定,对电能品质延续的对其跟踪监测。

    1.4 国内早期电能质量被忽视的问题

    在以前,电力供应情况一直处于比较紧张的状态在我国的,人们的注意力都在电能数量上,对电能质量不太关心。然而自从20世纪80年代末以来,用户对电能质量需求的提高电力供应紧张局面的慢慢缓解、电能质量的恶化却逐渐上升,用户和电力单位越加关注的问题——电能质量.原因有如下:1设施对电能品质的变动越发敏感,许多新型设备都含有电子器件和微处理控制单元,这些设备对于各种电磁干扰很敏感。2.为提高整个电力系统的稳定性刻意增加应用一些装置,例如:用于功率系数补偿的并联电容器组和可调高效电动机等,谐波值有所增高在电网中;3.许多元器件都连接在一个网络中,高度集成意味着任何一个元器件的故障都会导致严重的结果。该如何解决这问题成了电力工作着的一个问题。完整准确的对电能质量进行监测是解决该问题的必要前提。所以,大家关注的话题之一就是电能质量,电网质量检测是如今国际上研究的热点问题之一。4.终端用户越来越了解断电、电压骤降和开关暂态等电能质量问题,他们将督促电力部门提高供电质量;

    1.5 课题主要研究的方向和内容

    电能品质的好坏是当今电网检测中的一个重要数据,这能反馈电网的当前情况。设计一个电能品质检测装置要求基于单片机,硬件电路包含电压互感器、模拟低通滤波器、采样保持器、多路转换开关、A/D转换器、单片机、LCD液晶显示模块、键盘等组成,软件设计需实现计算、按键和显示等程序设计。
     



    参考文献

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    [2] GB/T 12325-2008.电能质量供电电压偏差[S].
    [3] GB/T 15543-2008.电能质量三相电压不平衡[S].
    [4] GB/T 14549-93.电能质量公用电网谐波[S].
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