基于单片机的电网基本参数测量Word文档格式.docx
- 文档编号:8703752
- 上传时间:2023-05-13
- 格式:DOCX
- 页数:41
- 大小:367.24KB
基于单片机的电网基本参数测量Word文档格式.docx
《基于单片机的电网基本参数测量Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机的电网基本参数测量Word文档格式.docx(41页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
关键词:
电网参数单片机电能质量数据显示
I
Abstract
Followthefastevolutionofnationaleconomyandhighstandardof
livingonpowersystemhigherandhigherrequirementforqualityof
powerenergyandindustrialproduction.So,inreal-timedetectionand
analysisofpowerparameterhasimportantsignificance.Inorder
completethepowerquality,thefirsttoestablishtheindicatorsofthe
powerqualitymonitoringandanalysissystem,realtimeupdateofdata
acquisitionandmeasurementofvariousindexinpowersystem.
OnthemarketuseofenergyqualityteachingInstallationisdivided
intotwocategories,generalusersisgoodtofinditdifficulttoasaccept.
Anotheristhatcheapbutsimplefunction,couldnotfullyrashthevarious
kilometersofqualityofelectricenergy.So,thisdesignistodesigna
full-featured,suitableforthemarketdemandofpowerparameter
measurementsystem.
Inthispaper,onthebasisofdiscussingtheconceptofqualityof
electricenergy,introducedtheresearchofpowerparametersystemwith
51microcontrollerasthecoreofthehardwaredesign,softwaredesign.
Theyaremainlyasfollows:
Thesoftwareandhardwaredesignwiththe
characteristicsofthe51singlechipmicrocomputerforpowerdistribution,
digitalcoversion,datamodule.Theparametersweremeasuredusing
instrumenttransformerchipmoduleonthegrid,theprincipleof
mesurementofvoltage,current,frequencycircuitisgivenavalueis
II
displayed.Measurementofparametersusingsignalprocessing
technology,inordertoimprovetheaccuracy,real-timeandsystemlevel
hasuniqueadvantage.
Keywords:
gridparameterssinglechipmicrocomputerpower
qualitydatashow
III
目录
摘要........................................................I
Abstract....................................................IV
1绪论........................................................1
1.1研究背景.................................................1
1.1.1课题研究背景及意义.................................1
1.1.2电能质量的定义.....................................1
1.1.3电网质量问题的研究现状.............................1
1.1.4现阶段电网质量测量装置的调查.......................3
1.2研究目的和意义..........................................3
1.3研究方法和构想..........................................4
1.3.1总体设计思路理论综述:
.............................4
1.3.2总体设计思路原理框图:
2电网参量测量系统硬件电路设计............................6
2.1互感器(变压器)模块....................................6
2.1.1互感器介绍.........................................6
2.1.2电压互感器.........................................6
2.1.3电流互感器.........................................8
2.1.4电压、电流测量回路................................10
2.1.5互感器模块采集电网参数电路图......................12
2.1.6监测与保护电路设计................................12
2.1.7频率的测量........................................12
2.2模数转换(A/D)模块....................................14
2.2.1ADC的定义........................................14
2.2.2A/D转换芯片的选择................................14
2.2.3A/D模块和单片机模块硬件连接......................17
2.3控制器模块..............................................18
2.3.1单片机最小系统....................................18
2.3.2MCS51单片机......................................19
2.4显示模块................................................21
2.4.1LCD12864液晶显示模块简介........................21
2.4.2模块主要硬件构成说明.............................22
2.4.3模块接口说明....................................22
2.4.4LCD12864显示电路硬件电路图......................24
2.5电网参量测量系统总原理图................................25
IV
2.6元器件清单..............................................26
3电网参量测量系统软件程序设计...........................27
3.1A/D数模转换程序.......................................27
3.2LCD液晶显示程序......................................28
4总结与展望................................................32
致谢.......................................................33
参考文献...................................................34
V
1绪论
1.1研究背景
1.1.1电网的定义
在电力系统中,电网属于运送和分派电能的中间环节,被称作发电和用电的
关联设施。
变配电所、配电线路和输送电线路构成输电网。
一般把由输电、配电、
用电设备组成的联系发电与用电的统一整体称为电力网,简称电网。
电压等级可
以分成超高压的有330kV到750kV;
特高压:
直流800kV、交流1000kV,这两
种基本上就是大负荷电网了。
然后高压110、220kV;
中压6、10、20、66kV。
一般情况而言,传输的距离越远,电压的等级越高。
10kV属于小区域供电,大
概是涉及范围在6-10公里。
66kV为较大地区供电,它的供电范围大约在80公
里;
而平常我们说的380/220V是供居民用的电压。
1.1.2电能质量的定义
随着电力事业的迅速发展,电网负荷不断加剧,冲击性和非线性负荷也在增
长,供能系统电能质量因此受到了污染。
供电质量对用户使用设备时也作为了一
种高档的要求去使用,现代电力系统的新特征是电能质量新的定义和意义。
严格的讲,频率、电压是衡量电压质量的主要标准。
普通的说法则是指高质
量的电能,包括供电、用电、电压、电流的质量[3]。
通常是说导致用电设备不能
正常使用的电压、电流或频率的偏差是电能质量问题。
1.1.3电网质量问题的研究现状
1、1980年前,电力专家认为,能保证供电电压处在合适的范围之内以及电
网频率的正常,也就能确保供电电网的质量;
同时,电力企业也认为提高功率因
数是极其重要的举措。
2、随着生活条件的改善,工业负荷量急剧增加,电网快速的发展,电能是
种需要多种物理参数才能全面地描述其性能的复杂商品。
这些参数一般有谐波、
电压偏差、负序、电压波动等。
这方面是当前热门的电能质量研究方向。
3、最近几年,电能质量对于人们已不再陌生,人们普遍说电力系统电能的
输送是能量的传递,但也是一种输送信息。
其主要内容有频率、电压、电流,但
1
这些东西中又却依附了许多“坏”信息,包括谐波电压、电压波动、谐波电流等
等,同时还有一些所谓的暂态电能质量依附在其中。
可以预言,暂态电能质量问
题将是我们研究的重要课题。
4、随着大量高新企业进入中国市场,在这个瞬息万变的时代里,电网电能
质量能否与经济技术发展同步将会成为我们所关注的问题,所以对电能质量的研
究显得尤为重要。
同时降低网损、减少电力生产事故可提高电能质量,直接带来
经济效益。
随着电力系统进入市场,区域间电网竞争悄然来临,谁控制好电网电
能质量,谁就将成为最终的赢家。
所以对电能质量分析和运用将成为现代电力生
产发展的紧迫要求
[10]
。
5、目前的研究主要基于以下几个方面:
(1)建立电能质量体系
主要研究电能质量的定义、在电子消费市场,智能仪器中的应用及各路综合
的评价体系。
(2)对电能质量暂态信号分类
主要讨论暂态的各种电能质量突变现象,比如说电压暂降、电压闪变等产生
原因、信号辨别及控制等。
市场上采用的分析方法数不胜数,比如粗糙集、小波
变换、S变换等等。
(3)谐波分析
电能质量测量装置中谐波分析的开发正处在欣欣向荣的阶段,各种装置源源
不断出现。
硬件方面有基于双CPU系统、基于DSP芯片、基于单片机等,软件方
面,充分利用了CAN总线、Web技术等,实现了实时在线监控。
(4)算法的开发
电能质量检测中算法是重要内容,目前国内外算法相关研究主要使用电压偏
差分析、电压波动和闪边处理、高次谐波研究、三相不对称的情况处理、频率偏
离其标称值等方面的处理等等,这方面的参考文献很多。
2
1.1.4现阶段电网质量测量装置的调查
1、电能质量测量分析与评估主要内容
作为大型电能质量测试分析与评估,主要包括以下四个方面:
(1)公共电网
电能质量监测;
(2)电网设备兼容性的检验;
(3)负荷的干扰测试与电能的质量
评估纠纷测试。
2、测量方法
测试时间长度:
干扰负荷的运行全概况。
测试间隔:
当干扰负荷运行时,一般用到5s至5min。
测试参量:
三相电压及电流大小。
3、电能质量产品化测试装置现状
第一,通常的电能质量监测方法在对电能质量的实时监测方面有不足。
除非
电能质量波动较大,便不能全面接收到电能质量。
一般情况下只有在必要时才对
电能质量进行校验。
第二,传统的电能质量监测已经满足不了国际规定的五项电能质量监测的要
求了。
传统的方法测量不能及时地监测其中的几项指标,原因很多,比如说实现
方法的困难大及国家单位的重视程度。
第三,传统的电能质量监测装置只涉及稳态电能质量的监测,质并不能全面
监测动态电能质量,是因为重视程度不够以及实现的困难及监测系统只能监视其
中的一项。
第四,传统的电能质量监测装置精度往往达不到要求,由于多采用模拟元器
件,受器件性能和信号处理方法有局限性。
1.2研究目的和意义
1、大型工业生产对电力系统的电能质量要求越来越高,是因为科学技术进
步了和经济的迅速发展,故实时测量与分析电网的参数具有重要意义。
建立电能
质量各项指标的分析和监测系统,是解决电能质量的第一任务,即对电网中的
各种参数进行实时同步,即有测量和数据采集两大步。
在测量过程中,更为重
要的是监控环节,例如,当电路中出现短路电路怎么实施保护,当电路中出现
过负荷怎么实施保护,这些都是测量电网参数的意义的所在。
3
2、在电气电网系统中,测量电压和电流是最为首要的。
而且是要快速并且
准确地采集。
依据不同的采集信号要求和实现方法的准确度,一般可分为交流
采样、直流采样两种方法,直流采样的一般过程是交流电压、电流信号经过变送
器转化为0-5V的直流电压由仪表采集,此方法设计简单很容易得到被测量的数
值,可是采集的不是实时的信号;
另外测量精度和稳定性无法保证,满足不了
电力系统实时性和可靠性的要求。
然而交流采样法是通过二次测得的一次侧的
电压、电流,它们经过TV、TA转换为A/D芯片可处理的交流小信号,然后再
将输出的数字量送入计算机进行处理,故这种方法比直流采样更精确,更可
靠。
因为51单片机运行速度快再加上内部程序并行运行、处理复杂功能的特
点,故采用51单片机和交流采样相结合,可以满足我的设计系统的一般要求
[4]
1.3研究方法和构想
1.3.1总体设计思路理论综述:
在我不断学习和探索了多种测量方法之后,于是我决定采用51单片机为核
心控制A/D转换器,将电网变换后的小幅交流模拟量转换为数字量,再送入单
片机进行处理数据、实现电网参数的准确测量。
即在模数转换模块采用高速转换
芯片ADC0809,在控制部分则利用51单片机直接控制ADC0809对模拟信号的
交流采样。
然后迅速将转换好的8位二进制数存到51单片机内部的存储器中去
通过显示电路显示电压电流的实时值。
同时更为重要的是,在一次高压电路中我
选用了熔断器和负荷开关来设计保护电路,即在一次电路正常工作时和短路故障
条件下,高压一次设备工作安全可靠,运行维护方便。
1.3.2总体设计思路原理框图:
测量系统的组成电路主要包括供配电模块、互感器模块、A/D转换电路、51
单片机模块、LCD12864液晶显示模块。
测量系统框图如图1.3.2所示
4
图1.3.2系统硬件系统图
6-10kv高压电网经过电压互感器、电流互感器、变压器后的输出电压为-5v-
+5v,该信号符合电压芯片ADC0809输入端的范围要求,通过ADC0809将输入的
小幅模拟量信号转换成对应的数字量信号传送到51单片机中,通过液晶显示电
路分别显示电压和电流的大小。
5
2电网参量测量系统硬件电路设计
2.1互感器(变压器)模块
2.1.1互感器介绍
1、互感器的工作原理、构造各方面与变压器差不了多少,因此也是一种变
压器,它可以将高电压、大电流变成低电压、小电流。
由此得到电流互感器(TA)
和电压互感器(TV)两种测量仪器,另一方面它也可用来隔离高压,保障安全[4]。
2、互感器的功能:
(1)隔离高压电路。
互感器的两边不可能有电的联系,只会有磁的关联,这
样它就能使测量仪表、保护设施与高压电路隔离开,保证了设备和人员的安全;
(2)二次设备的使用范围可以扩大。
例如一只5A量程的电流表,通过TA就
可测量很大的电流;
同样,一只100V的电压表,经过TV就能测出很高的电压;
(3)为了有利于更好地生产,降低成本,可以尽量使测量设备和继电器小型
化,标准化的。
2.1.2电压互感器
1、工作原理:
TV是由铁心、一次绕组、二次绕组构成的。
TV的一次绕组匝数多,二次匝数少,其工作原理和降压变压器相似,如图
2.1.1所示。
工作时,高压电网回路上有一次绕组并接着,二次绕组和电压线圈
并接用于测量,TV工作时二次绕组常常是空载状态因为电压线圈的阻抗大。
TV的额定变比为:
图2.1.1电压互感器原理图
6
K=U1N/U2N=N1/N2
(2.1)
式(2.1)中:
K-电压互感器的变比;
U1N-一次线圈的额定电压;
U2N-二次线圈的额定电压,一般规定为100V;
N1-一次线圈的匝数;
N2-二次线圈的匝数。
2、TV的分类及型号
(1)双绕组和三绕组的;
(2)单相、三相和五芯柱的;
(3)户外和户内的;
(4)干式和油浸式的等等。
3、电压互感器的选择和校验
电压互感器应按以下条件选择[18]:
(1)其额定电压绝不能小于供电电网的额定电压。
(2)其类型匹配应和实际安装地点的工作条件及环境条件(单相、三相;
户
内,户外)相似。
(3)TV应满足准确度等级的要求。
(4)TV准确度等级要求我们选择器件时,必须保证二次侧所接负荷容量大
小应小于或等于额定二次容量。
因为TV的一、二次侧均有熔断器(FU)作为
保护用,故不需要校验动、热稳定度了。
4、电压互感器使用注意事项
(1)鉴于电压互感器一二次侧是并联运行的,一旦发生短路时,将会产生很
大的短路电流,很可能烧毁互感器,严重地将影响一次电路的安全工作。
所以电
压互感器使用中二次侧不允许短路,应使电压互感器的一、二次侧都必须安装熔
断器通过切除内部故障实现短路保护的功能,一般熔断器的额定电流为0.5A。
(2)在使用电压互感器时应校验电压互感器的极性,否则其二次侧所接仪表
或者继电器中的电压大小就不是理想的电压值,一来造成误测量,二来引起保护
装置的误动作。
7
5、本设计采用的电压互感器接线方式
两个单相电压互感器接成V/V形,如下图2.1.2所示,广泛应用于工厂变配电所
的6-10kV高压配电输电网中,测量、监控线电压值的任务由各仪表和继电器来
测量。
图2.1.2电压互感器接线图
2.1.3电流互感器
电流互感器结构和电压互感器类似,如下图2.1.3所示。
其中二次绕组和仪表、
继电器的以及电流线圈串接组成这里的闭合回路。
因为仪表、继电器的电流线圈
阻抗很小,故TA工作时二次回路接近于短路的状态。
TA的额定变比为
K=I1N/I2N=N2/N1
(2.1.3)
图2.1.3电流互感器原理图
式中(2.1.3):
K-电流互感器的变比;
I1N-一次线圈的额定电流;
I2N-二次线圈的额定电流,一般规定为5A;
8
2、分类及型号
按接线方式可以分为单相、三相星形;
按原理分,有电磁式、电子式的;
按
用途分,有测量用的和保护用的;
按用途分,有保护用和测量用两种。
3、电流互感器的选择和校验
电流互感器应按以下条件选择:
(1)其额定电压应不小于供电电网的额定电压。
(2)所接线路的额定电流大于或者等于其额定电流应。
(3)其类型应和具体安装位置的工作条件及环境条件相适应。
4、电流互感器使用注意事项
(1)电流互感器二次侧不能开路。
(2)电流互感器连线时,一定要注意其端子的极性,要不然其二次侧所接
继电器或者仪器中经过的电流就不是理想的电流,这样一来导致误测量,二来引
起不必要的事故。
5、本设计采用的电流互感器接线方式
TA通常连在A、C相上,这样的接法也叫
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 电网 基本参数 测量