于双CPU的电能质量监测系统设计与实现.pdf

第卷第期继电器
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基于双!"#的电能质量监测系统设计与实现

冯红岩$，赵双喜%，张建成$，李和明$
（$&华北电力大学电气工程学院，河北保定’($’’)；*%&保定天威集团技术中心，河北保定’($’+,）

摘要：介绍了电能质量监测技术的最新发展趋势，并以其作为出发点构建了基于-.公司)%位浮点/0"芯片
-10)%’2!))和3-4567$%89单片机的双!"#结构电能质量监测装置。实验证明该设计方案不仅成功地满
足了系统的高运算量，高实时性的要求，而且系统的改进和升级方便，易于功能扩展。

关键词：电能质量；*/0"；*单片机；*双!"#；*谐波；*闪变

中图分类号：-1($:***文献标识码：3***文章编号：$’’);:8<(（%’’,）’(;’’,$;’:

设备成功实现了以下功能：
’*电能质量监测的发展趋势
$）实现对一路电压，一路电流信号的实时跟
近年来新能源发电，尤其是风力发电的发展以踪，输出显示其波形。
及交直流电弧炉，电弧焊机和电力机车等的广泛应%）实时计算电压、电流有效值，%?+’次谐波有
用使谐波、闪变、浪涌、瞬时扰动和电压凹陷等问题效值，电压、电流的总畸变率。
成为影响电能质量的不容忽视的因素。因此，首先)）实时输出真功率因数及基波功率因数。
要求电能质量监测设备除了可以提供传统的监测指:）实时跟踪显示电网的频率。
标外还能对闪变、电压凹陷等提供直观的分析结果。+）实时输出电压波动与闪变值，包括长期闪变
其次，装置要适合于安装在现场进行长期在线监测，值（）、短期闪变值（）。
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同时应具备强大的通信功能，能方便地集成到信息,）对电压跌落和中断发生的起止时刻，跌落幅
管理系统和互联网上。再次，装置的灵活性和通用值进行记录并报警。
性要强，功能容易扩展，改进和升级方便。(）带有#0C接口，可连接#0C存储设备（硬
从目前的情况来看，为了适应这一新的发展趋盘，闪存盘或#盘）以存储监测的数据结果，供以后
势，对于固定的安装在现场的电能质量监测设备，需分析。
要综合考虑成本和性能。要使设备集成的功能多，8）带有D0:8+接口，可实现远程通信，以便服
对各项监测指标的精度要求高，就要采用先进、复杂务于更高层的企业信息分析和管理系统。
的算法，比如，在增加每周期采样点数的基础上，增
系统设计方案
加采样窗口的长度，对采样数据进行小波去噪，采用%*
加窗==-，进行数字滤波等，并且要求数据交换速度%&$*双!"#设计方案的选定
快，实时性好。这都对硬件平台的设计提出了更高在该系统中!"#除了要完成数字信号处理功
的要求。对此文献［)］提出了一种很好的解决方能外，还有很多诸如与外部系统的通信、控制、人机
案，但是他所采用的-10)%’9=%:’(是一款专为数接口等功能，如果仅采用一个/0"，会使硬件系统过
字电机控制而设计的$,位定点/0"，不适于复杂算于复杂，输出监测结果的实时性得不到保证。这种
法的展开。而本文采用)%位浮点/0"芯片情况下，综合考虑性能和成本，采用一个/0"加一
-10)%’2!))作为主!"#来完成核心运算，其指令个微处理器（1"#）来协同实现系统的功能，每个处
执行速度最高达$+’1=9>"0，不仅提高了运算精理器完成系统的一部分工作。其中，/0"负责完成
度，同时也大大提高了系统的实时分析能力。运算量比较大的各种实时分析计算任务；单片机负
责完成相对慢速的人机交互任务，包括和液晶显示
系统功能
$*器、键盘、微型打印机及串行通信接口之间的信息交
该电能质量监测设备的设计适合于安装到电网换。两个!"#通过:EF8双口D31实现数据交换
中的某一节点执行长期的在线监测任务。基于我们和协同工作。并从硬件和软件上相互配合，避免存
的设计实例，经过对计算量的合理分配，经实验验证储空间争用，同时使数据传送过程中尽量少耗费各

书
)U继电器

种资源。在!"#的选择上，本系统处理的数据量最高为,-*’./0"%和1-’2"%，()位的高性能!"#
大，对输出结果的实时性要求高，因此选用$%"芯可完成高速、高精度数据处理；具有四个片内译码页
片&’%()*+!((作为完成系统的所有实时分析计算选，大大简化了230和存储器的接口；带有(456()
的核心!"#，该芯片与其他同类处理器相比具有如位的片内双存取静态78’；软件可编程的等待状态
下特点：具有高速的浮点运算能力，单指令执行时间发生器，可以灵活的与外部设备相连接。

图,9系统结构图
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99’!#选用8&A@;E,)F/单片机，该款单片机具
有如下特点：8&