基于dsp数字信号处理器的电能质量在线监测装置的设计与实现

基于dsp数字信号处理器的电能质量在线监测装置的设计与实现内容摘要：

AD73360 有四种输入方式，分别为差分直流耦合方式、差分交流耦合方式、单端直流耦合和单端交流耦合方式。 本装置选用差分直流耦合方式输入。 由于输入信号经霍尔电流、电压传感器后输出为电流信号，需经过信号调理单元转换成合适的电压信号后才能送给 AD76630 采样。 由于 AD73360 采用的是Σ Δ A/D 转换原理，具有优良的内置抗混叠性能，因此不需要高阶的抗混叠滤波单元，只在其前端加入简单的一阶 RC 滤波，滤除掉 50 次以上的谐波，只对 50 次以下的谐波信号进行分析。 模拟量差分输入电路实现如图 57 所 示。 首先，输入信号经过由 R2 R39 、 R43 组成分压电路进行适当分压，分压配置关系式为：39。 39。 21( 1 1 ) ( )2 1 3 9 4 2RV I N P V I N N U a P U a NR R R  然后，输入信号经过由 R39 和 C2 R43 和 C25 均构成的一阶低通滤波器滤 除信号中的高频分量，其上限截止频率91 3 3 . 8 8( 2 1 0 0 4 7 1 0 )fp H z   ，根据 RC 滤波电路的特性可知，当输入信号的频率 f，即 f 时，对信号的幅度衰减为零。 REFOUT1 为 AD73360 所产生的基准输出，用来偏置模拟输入端的电平，可根据需要配置为 或 ，本装置由于选用 电源为芯片供电，故配置 REFOUT1=。 此时 AD73360 模拟通道可以接受的输入电压幅度为 [VREF + (VREF )] ~ [VREF+(VREF+)]，即 ~。 R40 和 R42 的作用是把偏置电平引导到模拟输入端。 图 27 模拟输入通道的电路设计（仅以 A 相电压为例） 数据通讯的实现 电能质量监测数据特点是数据量庞大、数据属性多、数据共享性。 为了适应电能质量有关的测量数据和模拟数据的存储、通讯， IEEE 标准委员会提出了一种通用的文件格式，作为通用的平台。 RS485 总线通信 RS485 通信方式具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多点连接能力优点。 各节点通过 RS485 总线连接组成半双工网络，采用两线双端半双工差分方式发送和接收数据，无公共地线，抗共模干扰能力强。 DSP 片内带有双线的串行通信接口 (Serial Communication Interface，简称 SCI)。 SCI 支持了与采用非归零格式的异步外围设备之间的数字通信，它的接收器和发送器各具有一个 16 级深度的 FIFO，并具有独立的使能位和中断位，可以在半双工通信中独立工作，或在全双工中同时进行操作， SCI 串口通过 SCIRXD、 SCITXD 引脚与 RS485 接口电路连接。 CAN 总线通信 本装置通过 CAN 总线方式实现各装置之间的数据通讯，以实现分布式电能质量监测的目的。 CAN 总线是目前世界范围内应用最为广泛的现场总线技术之一，它具有着高速、可靠、抗干扰性强、成本低廉和传送报文简短、高效并带有优先级等诸多优点。 因而，将 CAN 总线技术引入馈线自动化通信系统已成为近年来电力行业通讯技术应用和发展的热点。 3 总结 课题总结 本课题所研究设计的电能质量监测装置基于 DSP TMS320F2812 为核心器件，充分利用其丰富的接口资源同时，配合使用外部 AD 采样芯片、 LCD 器件、网络通信器件，分别建立起数据采集模块、数据显示模块、数据通信模块等，这使得本装置结构灵活，可以应用于智能化低压断路器或保护继电器中，使其兼有电力质量监控功能，这也是低压电器的一个发展趋势。 另外，它具有在线监测、精度高、升级潜力大、实时性好、体积小、成本低的特点，同时具有与上位机通信等功能。 既适用于现场的测量分析，也适用于长期的在线监测，对了解电能质量情况，减少电能质量引起的损失具有很好的作用。 展望 本文以 DSP TMS320F2812 为平台，虽然研究开发的电能质量监测装置已经实现绝大部分功能，对关键的电能质量参数做了较多的思考和分析，但还是存在一些不太成熟的地方，需要继续研究和完善。 1） . 电能质量指标的全面性方面：本次论文尚未对电能质量 暂时过电压和瞬态过电压做详细研究。 2） . 故障录波方面：本装置还可以配置 SD 卡用于故障录波，可以在电能质量指标越限时或发生扰动时启动录波，可记录电压、电流瞬时值波形或有效值波形，录波数据记录格式采用 IEEE－ trade 格式。 但对 SD 卡进行系统文件的写入读出还有待做更多研究。 3） . 数据通信网络化方面：以 PQDIF 数据格式实现以太网通信，从而实现远程电能质量监测。 对 PQDIF 数据格式与国内电能质量监测的需要之间的结 合，以及基于 DSP 的实现等相关工作还有待进一步研究。 4） . 显示方面：可以选用更大尺寸的 LCD，以动态显示采样波形，以柱形图显示各次谐波量。 参考文献 [1] 肖湘宁 .电能质量分析与控制 [ M]. 北京 : 中国电力出版社， 2020 . [2] 徐丙垠，李天友，金文龙 .电能质 量问题及其管理 .[J].电力自动化设备，2020， 4(1)： 6063 [3] 林海雪 .现代电能质量的基本问题 [J]. 电网技术， 2020， 25(10)： 512 [4] 林海雪 .关于加强电能质量管理的几个问题 [J].电力设备， 2020， 4(1)：14 [5] 胡铭，陈珩 .电能质量及其分析方法综述 [J].电网技术， 2020， 24(2)：3638 [6] 张 萍．电能质量扰动信号的检测与识别方法的研究 [D]．西安：西安理工大学， 2020 [7] 肖湘宁 .现代电能质量问题综述 [J].2020， 11： 4852 [8] 林海雪 .谈我国电能质量产业的发展 .2020 年中国城网改造学术研讨会 .P286290 [9] w. Edward Reid,Member, Quality Issues— Standards and Guidelines[J]. 1996， 32(3):625632 [10]张丽霞 .基于 DSP 的电能质量数据检测技术的研究 [D]. 华北电力大学 ,2020 本科毕业设计（论文） 简明指导手册 1 毕业设计 (论文 )总论 概 述 高等院校的毕业设计 (论 文 )教学过程是实现本科培养目标及规格的重要培养阶段。 毕业设计 (论文 )是学生毕业前的最后学习阶段，是学习深化与升华的重要过程；是能力与素质培养的重要途径；是学生学习、研究与实践成果的全面总结；是学生综合素质与实践能力培养效果的全面检验；是学生毕业及学位资格认定的重要依据；是评价高等学校教育教学质量的重要依据。 毕业设计 (论文 )的基本概念 （ 1） 毕业设计的内涵 毕业设计是高等学校应届毕业生，毕业前接受课题任务，所进行的设计过程，并取得其设计成果。 （ 2）毕业论文的内涵 毕业论文是高等学 校学生毕业前所撰写的学术论文。 毕业论文表明作者在科学研究工作中取得的新成果或提出的新见解，并表明作者具有的科研能力与学识水平。 毕业论文具有学术论文所共有的一般属性，它的构成与展开严格按照绪论、本论、结论的思维方式，以事实为基础，以严谨的推理过程为依据，得出可信的科学结论。 毕业设计 (论文 )的特点与功能 （ 1）毕业设计的特点与功能 ①毕业设计的特点 高等院校学生毕业设计具有设计内容的科学性、设计思想的新颖性、设计表述的规范性、设计条件的约束性、设计过程的综合性、设计结果的实用性等工程设计的 特点外，还具有毕业设计任务的确定首先考虑教学基本要求、毕业设计时间的限定性及学业的规定性、毕业设计是在指导教师指导下独立完成的等特点。 ②毕业设计的功能 教学与教育功能 毕业设计教学过程是高等院校培养计划的重要组成部分；是进行设计科学教育，强化工程意识，接受工程基本训练，提高工程实践能力的重要培养阶段；是培养优良的思维品质，进行综合素质教育的重要途径。 通过毕业设计教学工作，培养学生综合运用多学科理论、知识与技能，解决具有一定复杂程度的工程实际问题的能力；培养学生树立正确的设计思想和掌握现代设计方法； 培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风；培养学生优良的思维品质，强化工程实际意识；培养学生 2 大学 毕业设计（论文）简明指导手册 勇于实践、勇于探索和开拓创新的精神。 在毕业设计阶段，通过毕业设计教学与教育功能的实现，有益于学生科学的智能结构的形成及综合素质的全面培养。 社会功能 毕业设计课题来源于实际，毕业设计成果直接或间接为经济建设服务，为生产、科研服务，为社会服务，以实现毕业设计的社会功能。 （ 2）毕业论文的特点与功能 ①毕业论文的特点 毕业论文或称学位论文是学术论文中的一种类 型，具有学术性、科学性、创造性，即一般学术论文的共同属性，同时具有下列特点： 毕业论文课题的确定，首先要符合教学基本要求，同时也要兼顾科学研究实际需要，紧密联系实际。 毕业论文具有时间的限定性及学业的规定性。 毕业论文是在指导教师指导下独立完成的。 ②毕业论文的功能 教学与教育功能 毕业论文教学过程是高等学校培养计划的重要组成部分，是学生毕业前提交的一份具有一定理论与实际价值的学术论文。 它是高等学校学生从事系统的科学研究的初步尝试；是在指导教师指导下，对取得的科研成果的综合表述。 通过毕业 论文的教学过程，培养学生探求未知、探索真理的科学精神，以及优良的科学品质与科学素养；培养学生从事科学研究的基本能力。 通过毕业论文的教学过程，检验学生综合运用基础理论、基本知识和实验技术，解决科学和技术领域有关问题的能力；检验科研基本训练的实际效果。 社会功能 毕业论文是以应用研究成果作为媒介与生产和社会实际相联系。 然后，通过开发研究的成果应用于生产实际，为社会服务。 同时，毕业论文又是面向社会发表研究成果的重要手段，也是信息交流与信息存储的重要工具，从而实现其社会功能。 3 大学 毕业设计（论文） 简明指导手册 毕业设计 (论文 )教学各阶段流程 表 1 毕业设计 (论文 )教学各阶段流程 指导教师上报课 1教研室 (课程组 )召开会议进行课题审查、论证（要求纪录 院系（学术委员会）或邀请校外专家对教研室上报课题进行评 对学生公布课题，并确保一名学生做一个课题（或子课题 院系汇总通过评审的课题，并作为教学执行计划报教务 指导教师指导学生查阅相关文献（包括一定数量的外文文献 2 毕业生就课题撰写开题报告，开题报告包括以下内容 拟设计研究的主要内容、实验方 （或阶段性结果 开题报告答辩（各院系制定答辩办法，报教务处备案 中期检查，院系制定检查方 检查形 （含工作进展情况、存在问题、下一步计划安排等 ，学生进行答 检查组对学生的工作作出检查结 ，提出意见或建 终止毕业设计（ 院系向教务处报中期检查工作总 4 毕 业答辩及成绩评定按 “大学 本科毕业设计（论文）工作规范 ”进 行 4 大学 毕业设计（论文）简明指导手册 毕业设计 (论文 )程序安排表 内 容 教研室（课程组）确定指导 调研、选题，填写选题审批表；院系毕业设计（论文）领导小组审批选题； 负 责 人 以适当形式向学生公布课题、学生选题（指导教师选题必 以前 2 汇总选题，编制毕业设计(论文 )教学执行计划报教务处 第 7 学期 15周前 院 系 主任、教学秘书 3 完成毕业实习 (毕业调研 )报告及外文翻译、开题报告。 教务处随 院系主任、指导教师 4 中期检查：院制定中期检查方案。 教务处随机进 行进行抽查。 学生完成毕业设计（论 第 8 学期 9 周前 院 系 主任、教务处 院系部下达毕业设计答 会，报教务处备案。 完成 第 8学期 14周 第 教研室（课程组）、院系 6 院系部将毕业设计 (论文 )成绩 前 院 系 主任 处 学校毕业设计 (论文 )复答辩 8 院系组织优秀毕业设计(论文 )评选，按教务处要 第 8 学期 17周 指 导 教师、院系主任 毕业设计 (论文 )按有关要求存档 毕业设计 (论文 )选题 选题的基本原则 选题是搞 好毕业设计 (论文 )的前提，对毕业。