分布式電網(wǎng)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計
摘要:介紹了分布式電網(wǎng)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及下位機的硬件設(shè)計。給出了利用該系統(tǒng)實時檢測電網(wǎng)三相電壓、電流等運行參數(shù)以及通過DFT檢測有功功率、無功功率和電網(wǎng)中電壓、電流各類諧波分參量的測量原理,以及計算電網(wǎng)負載大小及非線性度的計算方法。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/255609.htm關(guān)鍵詞:分布式 電網(wǎng) 監(jiān)測 DFT
1 引言
為了保證電網(wǎng)的安全運行和了解電網(wǎng)運行的狀況,需要對電網(wǎng)的各種運行參數(shù)(如三相電壓、電流、有功功率、無功功率等)進行實時檢測,以得到電網(wǎng)中電壓、電流以及各類諧波成分的參量,計算出電網(wǎng)負載的大小及共非常性度,以便于進行無功補償。
在電網(wǎng)參數(shù)測量方面已經(jīng)有了基本的測量算法,但目前在實際應(yīng)用中,在測量方法或測量原理以及A/D轉(zhuǎn)換器的選擇等方面還有些欠缺,主要體現(xiàn)在以下方面:
●在測量的關(guān)鍵部件之一——A/D轉(zhuǎn)換器的選擇上,通常多路公用一個A/D轉(zhuǎn)換器,這樣難以避免采用孔徑時間以及器件的不同引起的誤差。
●在測量原理上,有些裝置假設(shè)工頻信號為理想的50Hz正弦波,這樣就忽略了諧波信號的影響。
本文介紹的監(jiān)測系統(tǒng)可對交流信號進行實時采親,并可測量和處理到16次諧波,利用TI公司最新推出的六路同時采樣高速ADS7864可以對電力線的三相共六路信號進行同時采樣,然后將現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理后通過串行口傳送到中心監(jiān)控室的PC機上進行二次數(shù)據(jù)處理。
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)采用分布式計算機方式,下位機主要由單片機ATM89C52及可對六路同時采樣的高速A/D轉(zhuǎn)換器ADS7864構(gòu)成,并用于完成現(xiàn)場的信號采樣及數(shù)據(jù)處理;上位機是PC機,用于完成數(shù)據(jù)的二次處理;上位機與下位機的通信采RS-485標準,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中,G485A用來完成RS-232與RS-485的轉(zhuǎn)換,而MAX3082則用來完成RS-485與TTL的轉(zhuǎn)換。
3 系統(tǒng)下位機的硬件結(jié)構(gòu)
該系統(tǒng)下位機的電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。它主要包括電壓電流信號的采樣電路、濾波電路、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、無功補償?shù)目刂齐娐?、串行接口電路以及單片機AT89C52等。
3.1 濾波及信號調(diào)理電路
系統(tǒng)中的濾波器選用MAX274,它可用作四階低通波濾器。該濾波器的輸出信號范圍為-5V~+5V,而ADS7864的模擬輸入信號范圍為0~+5V,因此需要進行信號的調(diào)理。圖3所示是其調(diào)理電路。
3.2 快速6通道雙12位A/D轉(zhuǎn)換器ADS7864
ADS7864是德州儀器(TI)Burr-Brown產(chǎn)品部最新推出的業(yè)務(wù)最快速的6通道全差分輸入雙12位A/D轉(zhuǎn)換器。這種模數(shù)轉(zhuǎn)換器能以500kHz的采樣率同時進行六通道信號的采親。ADS7864的六路輸入通道可以分成三對,以分別用于電網(wǎng)的三相電壓和三相電流的輸入,并可將模擬信號轉(zhuǎn)換成DSP或微處理器所需的數(shù)字信號。輸入到片內(nèi)六個采樣-保持放大器的信號經(jīng)過全差分可在ADC輸入期間保持,以使其在50kHz時仍然提供高達80dB的良好模抑制比,這一點對高噪聲時的輸入噪聲抑制可起到非常重要的作用。另外,ADS7864特有的并行接口能夠與六個FIFO寄存器進行連接,從而可以更快速地捕獲數(shù)據(jù)。
表1 通道真值表
數(shù)據(jù)通道 | DB14 | DB13 | DB12 |
A0 | 0 | 0 | 0 |
A1 | 0 | 0 | 1 |
B0 | 0 | 1 | 0 |
B1 | 0 | 1 | 1 |
C0 | 1 | 0 | 0 |
C1 | 1 | 0 | 1 |
3.3 串行通信電路
上、下位機通信時,由下位機將處理后的數(shù)據(jù)通過串行口傳送到上位機(PC機),由于距離在1km左右,所以采用RS-485串行通信標準。用MAX3082完成TTL電平與RS-485電平轉(zhuǎn)換,可使通信距離達到1200m。
4 測量原理
在下位機以每周波32點采樣時,通過DFT可以得到16次以內(nèi)諧波的幅值和相位等參量,各電氣參量的計算如下:
(1)電壓、電流的有效值計算
(2)功率機功率因素的計算
系統(tǒng)軟件可采用C51與匯編語言混合編寫,程序從略。
5 結(jié)束語
該系統(tǒng)可用于變電站多路供電線路的綜合檢測和電力設(shè)備的絕緣在線檢測,并可做到無人值守。檢測、分析和動態(tài)無功補償。另外,設(shè)計時考慮到將來擴展的需要,還在系統(tǒng)上預(yù)留了輸入輸出接口。
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