基于ARM微处理器的电能质量检测系统设计

基于ARM微处理器的电能质量检测系统设计

摘要：目前电子污染的问题变得严重起来普通的电子检测系统太过于单调只能检测单一的问题，不能及时有效的监测，缺少网络系统管理的功能化，不能实时监测，所以此次提出了一种基于ARM微处理器的电能质量检测系统以及DSP TMS320，可以完成数据的采集并利用LIUNX构建一个网络服务器，让网络用户访问系统可以随时浏览。根据电能质量检测标准，我们需检测软件和硬件两个部分。硬件主要是模块的设计，系统软件是LIUNX系统并编写LIUNX系统软件的接口驱动程序，在应用程序中主要讲解了重要的谐波算法（FFT）的实现,TMS320的数据采集模块以及液晶部分设计显示。最后软硬件系统两方面的调试，测得了相电压波形、有效值以及频率等电能质量的参数。试验证明，各电能质量检测参量达到预期的准确度，该检测系统稳定可行。

关键词：LINUX；电能质量；FFT；液晶显示

第一章绪论 1

1.1基于ARM微处理器电能质量监测系统的背景及意义 1

1.1.1电能质量监测系统的背景 1

1.1.2 电能质量监测系统的意义 1

1.2电能质量监测系统国内外研究现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 2

1.3电能质量监测系统技术方法 2

1.4 电能质量监测系统研究内容 3

第二章基于ARM微处理器电能质量监测系统总体设计 3

2.1 电能质量监测系统整体方案设计思路 3

2.2 电能质量监测系统整体方案模块设计 4

2.2.1 数据采集模块 4

2.2.2 DSP处理模块 5

第三章基于ARM微处理器电能质量监测系统硬件设计 6

3.1电能质量监测系统硬件设计思路 6

3.2电能质量监测系统硬件结构框架 6

3.3 电能质量监测系统电路设计思路 7

3.3.1 电压偏差标准和监测 7

3.4关于谐波变换的测量标准和监测 8

3.4.1谐波变换标准定义 8

3.4.2谐波变换的监测 9

3.5器电能质量监测系统电路框架 10

3.5.1电路原理图实现的功能和作用 8

3.6 电能质量监测系统硬件的调试 11

第四章基于ARM微处理器电能质量监测系统软件设计 11

4.1 电能质量监测系统软件设计思路 11

4.1.1嵌入式操作系统的选择 11

4.2 电能质量监测系统软件框图 12

4.3电能质量监测系统系统监控中心设计 12

4.4 电能质量监测系统主程序流程图 13

第五章总结与致谢 13

5.1 总结 13

5.2致谢 14

第一章绪论

1.1基于ARM微处理器电能质量监测系统的背景及意义

1.1.1电能质量监测系统的背景

我国对于电子电力研究正处于发展当中，之前我国对电力方面的需求较高导致电能质量要求并没有得到十分的重视；现如今我们电力水平已经达到用户需求，对于电能方面需要加大管理力度。虽研究起步比国外某些要晚，但这也是我们这次课题。在工业生产方面，对于电力电子设备，大型机器设备等，由于冲击性和不平衡性导致电负荷大量增加，即会影响的到电力系统的正常工作，导致电力形态的谐波污染和电能质量的下降，而只采用单片机系列已经不能满足电能的监测，太过于单一和较低的性能，现如今采用LINUX系统采用S3C2410芯片为主，单片机等为辅助控制器，更加有利于数据的采集对于电路中电压电流，实现远程监测和实时控制，因此对于电能的质量能够得到保证，从现在电能质量的发展看来，我们的科研工作者正在努力研究当代电力系统的特性中发现如果将电能质量现象视为一个整体进行有序划分为地区的管理和集中，进行合理规划，根据每个地区的不同对于电能质量要求也就不同，所以我国正在实行地区规模有理化，但又有集中性的综合管理最终构成电力工业管理的全面管理体系，从而个我们提供了良好的电能。

1.1.2 电能质量监测系统的意义

对于电力电能系统的不断研究，电能质量与电力市场的关系更加紧密，电能质量检测的重要性也凸显出来，我国对于电力系统的研究与一些国家还是有差距的，虽然取得了不少的成绩，但还是存在着不少的问题，类如：智能化程度低，监测的复杂性，效率的低下性，测量的精确度低，说明了我国可发展的前途还是很广的，未来将会是电力电能的市场，因此我国需要打开电力市场知识垄断的缺口，拥有自主的知识产权，这对于我国来说既有利又有弊，积极参与高性能的电能质量检测的开发，有利于我国电力市场的发展，对于我国经济的发展也是具有推动作用的。

因此提高电能质量的重要理由如下：首先我国对于电能的要求还是很高的，因为电能的重要性是必不可少的，它是电力运行能力的重要标志，同时也是一个国家能力的体现；第二点电能的提升对于我国的居民来说也是一种保障，它能够很大的帮助我国经济的提升以及用电的效率；第三电能的安全得到提升对于我国的工厂来说安全质量也得到了保证，这充分体现了电能安全的可靠性；而且现在电能已经深入了我们的生活当中，与各种各样的产业都息息相关，它也具有良好的发展前景。

1.2电能质量监测系统国内外研究现状

1.2.1国外研究现状

国外对于电能发展是比较早的，电能检测研究的要深入，现在他们正处于研究发展的高潮阶段，从之前对电能质量分析方法初步的展现，到电力技术等一系列的电能质量分析的提出，国外对于电能质量监测的探究都跟加的深入，目前国外主要研究电能质量检测方面集中以下几个方面：

（1）暂态电能质量问题；

（2）短持续时间问题；

（3）长持续时间问题；

（4）三相电压不平衡；

（5）波形崎岖；

（6）电压波动和闪变；

（7）频率变化。

1.2.2国内研究现状

长期以来我国电力供应本来就比较紧张，再加上我国开始关注电能质量要落后于国外一些国家，但随着电力的发展对于电能的质量要求就要高了，因此国家制定了一系列的标准，加大电能质量的管理力度，就先前而言我国研究停留在电压调整来控制，现在我国开始用微处理器进行智能控制，对于电能方面制定了一些标准：

（1）电压波动和闪变；

（2）供电电压允许偏差；

（3）三相电压允许不平衡度；

（4）电力系统允许偏差。

1.3电能质量监测系统技术方法

微处理器用来监测电能质量是智能化的，既可以实时监控，还能远程监控，多元化的，不再单一控制电压来改变，能很好地提高我们的工作效率。的检测电能质量监测其实主要是对谐波，而导致谐波出现的根本原因在于非线性负载，当系统运行电路开始工作产生的电流会经过负载，这样产生出来的非正弦电流就会导致谐波的出现，并且证实了谐波是基波频率的整数倍某次谐波分量的大小，而它常常用该次谐波的均方根值和基波均方根值的百分比表示，这样我们就称该次谐波的含有率为HR。它等于各次谐波均方根值的平方和的平方根植与基波均方根值的百分比。

1.4 电能质量监测系统研究内容

经有我们翻查资料和网上搜寻，当代电能质量检测主要有两种：时域仿真法、频域分析法。这两种各有优势，第一种是时域仿真法，它在电能质量分析中的应用当中是最广的，也是最受欢迎的，它实现的方法是利用各种时域仿真程序建立电力系统模型从而对电能质量问题中的各种暂态现象进行研究。目前较通用的一些时域仿真程序有EMTP、EMTDC、NTEOMAC、SABER等。但时域仿真法也是有缺点的，如下列举的：

（1）对于元件采用的事因果建模方法，这种方法对于难度较高，比较复杂的就不不太适合了；其次，它的元件模型程序对外不公开的，用户无法了解和删改元件模型代码。

（2）频域分析法在电能检测方面是常常使用得方法，主要包括频率扫描、谐波潮流计算和混合谐波潮流计算等。我们使用频域分析法主要好是为了能够更加方便解决电能质量中的谐波问题。

（3）目前在电能质量分析的快速发展中，扰动波形的信息能够更加的了解掌握的更加充分，因此我们常常采用变换的方法将时域信息映射到频域，或者将时、频域信息结合起来进行电能质量分析。

以上就是我们综合了DSP的优点和频域分析法的优势，根据它们优秀的数据处理能力和计算能力，我们CPU采用了两个处理器，这两个数据处理器之间的数据处理和交换电能检测的重要问题。对于数据之间的接口我们采用了双端口ARM。

参考文献

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[2]王淑贞;嵌入式电能质量监测系统设计[D];厦门大学;2009年

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[4姜中华;配电网电能质量实时监测与管理系统及治理措施研究[J];湖南大学;2010年

[5]秦代春;基于数字信号处理器的电能质量实时监测系统研究[D];重庆大学;2010年

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[7]赵文;新型电能质量远程在线监测装置的管理与通信系统的研究与实现[D];北京交通大学;2009年