分布式电能质量监测仪的设计(毕业论文)Word文档下载推荐.doc

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目录

第一章绪论 1

1.1分布式电能质量监测设备的研究意义 1

1.2国内外电能质量监测技术的研究现状 2

1.3本文所研究的电能质量监测系统 4

第二章电能质量监测相关算法的研究 7

2.1电能质量的基本概念及主要指标 7

2.2电能质量指标的算法和测量 8

第三章电能质量监测系统硬件设计 11

3.1传感器电路 11

3.2比较器电路 13

3.3锁相环电路 13

3.4采样保持电路 15

3.5运算放大电路 16

3.6DSP处理器 17

3.7数据通信模块 20

第四章电能质量监测系统软件设计 21

4.1下位机监测系统程序设计 21

4.2GPRS数据传输的协议分析和实现 24

第五章质量监测仪上位机系统 26

第六章结论 29

致谢 30

参考文献 31

附录1 33

附录2..........................................................................................................................42

41

第一章绪论

1.1分布式电能质量监测设备的研究意义

现代社会中，电能是一种最为广泛使用的能源，随着科学技术和国民经济的发展，对电能质量的要求越来越高。

电能质量的指标若偏离正常水平过大，会给发电、输变电和用电带来不同程度的危害。

据统计，电网用电负荷中异步电动机占的比例最大。

电网电压和频率的偏差、谐波、三相电压不平衡以及电压波动和闪变等，均会直接影响电机的转速、力矩和发热，从而影响生产工效和产品质量。

电网谐波含量增加，导致了电气设备寿命缩短，网损加大，系统发生谐波谐振的可能性增加，并联电容器不能正常运行，同时可能引发继电保护和自动装置的非故障性动作，导致仪表指示和电能计量不准以及计算机、通信受干扰等一系列问题。

特别是随着计算机、电力电子和信息技术等高新产业的发展和普及，对电能质量提出了越来越高的要求。

过去电力企业不甚关注的电能质量某些指标，例如电网中电压暂降（dipsag）和短时断电已成为一个突出的问题。

一个计算中心失去电压2s就可能破坏几十个小时的数据处理结果或者损失几十万美元的产值。

当今半导体芯片制造厂、自动化精加工生产线，对配电系统中电能质量的异常十分敏感，甚至几分之一秒的电压暂降就可能使生产停顿、设备损坏或出次品，在工厂内部造成混乱，而每次电压暂降可能造成百万美元级的损失，这些用户对不合格电能的容许度可以严格到20～40个ms。

据美国电力科学研究院JaneClemmensen估计，当今和电能质量相关的问题，在美国每年造成的损失高达260亿美元。

美国电能质量方面一位知名专家下面一段话可以概括本节内容：

“电能质量意味着经济问题，这一点特别重要，……电能质量问题会造成用户生产力下降，竞争力减弱，还影响到员工的就业，他们会影响到整个经济社会。

”

改善电能质量对于电网和电气设备的安全、经济运行，保障产品质量和科学实验以及人民生活和生产的正常等均有重要意义。

电能质量直接关系到国民经济的总体效益。

因此人们对电能质量问题的重视并非近几年的事，只不过早期对此认识比较简单，主要局限在保持电网频率和电压水平（即静态或平均偏差不过大）上。

随着电力行业的发展，随着经济的发展，供电公司要提高自身的竞争力，其中一个最重要的部分就是提供高质量的电能。

那么，提供高质量电能意味着需要对整个电网进行动态实时的监测，这种监测是分散的，是多点监测的。

并且随着因特网的发展，电力企业更加要求监控具有多点成面的效果，能够构成全网的实时监测与全网监测信息的共享，在这个情况下，引进了分布式的概念，从而使得电能质量的监测也具有分布式的效果，完全符合电力企业的要求。

1.2国内外电能质量监测技术的研究现状

（1）国外的研究现状

国外有关电能质量监测的研究正掀起高潮,从所适用的功率理论的扩展,到电能质量评价指标体系的建立;

从全国性的电能质量普查、监测到用户终端电气环境的定义;

各种电能质量问题分析方法的提出,以及用户电力技术等电能质量控制技术的研究和装置的开发正深入进行。

1996年,IEEE将每两年召开一次的电力谐波国际学术会议更名为电力谐波与电能质量学术会议,把电能质量提高到一个新的高度来认识。

①理论方面积极开展电能质量指标的评价体系研究[。

如何评价电能质量的好坏,通常使用的几种定量评价电能质量的指标如总谐波畸变率,功率因数等,但当波形为非周期信号、频率为分数次谐波频率时,上述评价指标就有不协调的问题。

这涉及到如何处理畸变、不平衡现象的功率定义问题,这方面国外已经作了大量研究,并给出了一些建议,但至今尚未取得一致意见。

②针对上述的电能质量问题,国外已提出并开发了许多改善和提高电能质量的装置,包括:

有源电力滤波器和无源滤波器、电池贮能系统、配电用静态同步补偿器、配电用串联电容器、动态电压恢复器、功率因数校正电容器、避雷器、超导磁能贮存系统、静态电子分接开关、固态转移开关、固态断路器、静止无功补偿器、晶闸管开关电容器、不间断电源等。

这些装置主要是采用电力电子技术,一些装置已相当成熟,其产品开始进入大量实用化阶段。

如日本的有源电力滤波器使用很普遍,并联型有源电力滤波器最大容量达50MVA,采用的是GTO、SCR器件,用于抑制电弧引起的闪变。

③统一电能质量调节器或称电能质量调节器（PQC）。

它可快速补偿供电电压中的突升或突降、波动和闪变、谐波电流和电压、各相电压的不平衡以及故障时的短时电压中断等,是一项具有综合功能的电能质量控制器。

西门子公司已系列生产出PQC装置,它基于IGBT的PWM换流器,是并联型有源电力滤波器和串联型有源电力滤波器的组合,是众多此类研制品中较有代表性的产品。

西门子的PQC与系统联接有三种方式,并联时,主要防止非正常负荷对系统的影响;

串联时,则用于防止系统对负荷的影响;

而当串并联时,则将具有双向补偿的功

能。

④用户电力技术。

它是将电力电子技术、微处理机技术、自动控制技术等高新技术运用于中、低压配电系统和用电系统中,以减小谐波畸变。

消除电压波动和闪变、各相电压的不对称和供电的短时中断,从而提高供电可靠性和电能质量的新型综合技术。

用户电力技术概念的提出,有助于供电部门提供高可靠性和高质量的电力,也有助于满足各种新工艺用户对电力供应的更高要求。

用户电力技术控制器包括上面介绍的动态电压恢复器、固态断路器、统一电能质量调节器等。

（2）我国的研究现状

监测和改善电能质量的主要措施是采用电力电子技术。

目前,国内在电能质量监测方面的研究大多局限在谐波问题的范围内,也提出和开发了一些监测和改善电能质量的电能质量补偿装置,包括各种有源电力滤波器、动态无功补偿装置、电能质量综合补偿装置,以及动态电压恢复器等,与国外的差距是非常明显的。

①电能质量监测的基础理论研究,包括统一的畸变波形下电能质量的含义,电能质量的界定方法、评价体系的研究,各功率成份的定义及物理意义研究等。

目前为适应不同需要提出了许多功率成份的定义方法,在其数学表达式、物理意义及实施方面各有所长,但距离理论上和实际上的统一的并易于接受的表达式尚有一定的差距。

②测量方法及各种电能质量检测仪器和设备。

各种电能质量指标均应有合理的计算分析方法,特别是针对不同干扰源的预测计算方法及其误差估计等,建立电能质量指标计算分析程序和数据库,同时还应建立起电能质量控制装置的系统仿真模型。

③积极采用数字化控制技术。

随着高速数字信号处理器（DSP）为基础的实时数字信号处理技术的迅速发展,并得到广泛应用,采用模拟量控制的电能质量控制装置正用数字量控制代替。

这有如下优点:

可以程序控制,改变控制方法或算法不必改变控制电路;

提高了系统稳定性、可靠性和灵活性,系统不受温度影响;

可重复性好,易调试和批量生产;

易实现并联运行和智能化控制。

随着DSP性能的不

断改善和价格的下降,用DSP来实现实时信号处理已成为当今和未来技术发展的一个新热点。

④柔性交流输电技术（FACTS）和用户电力技术（CusPow）的融合。

FACTS和CusPow是快速发展的姊妹型新式电力技术。

采用FACTS的核心是加强交流输电系统的可控性和增大其电力传输