基于DSP和LabVIEW的分布式电能质量监测装置设计
基于 Labview 的电能质量监测系统设计
基于Labview 的电能质量监测系统设计以虚拟仪器技术为基础来进行监视电能质量的研究，在应用Labview 软件进行解析的前提下，设计出强大的信号处理和数据分析能力的虚拟仪器检测装置，能够满足实时捕获电能质量的多种指标数据的功能，实时参数可以通过各模块准确显示。
标签：Labview；电能质量；监测0 前言Labview 故名思意，是以图形为基础的一种编译开发语言，以框图的样式展现在我们面前，目前在开发测量和控制系统方面被经常使用。
Labview 的开发环境具有研发人员和工程人员在工作中所需要的各种工具。
1 系统总体设计电能质量的监测将在Labview 中进行，首先，三相信号通过信号调理电路后把数据转换成适于数据采集板（DAQ）的电压信号（一般是±5V～±10V），DAQ 板将模拟信号装换能软件能识别的数字信号，之后模拟信号被传输进入Labview 软件，再进一步分析，完成测量任务。
本系统的特色之一就是结合了电力系统分析、虚拟仪器技术以及模拟电子技术，选用了适合的传感器，使得测量更加准确。
并利用模拟电子技术的知识，设计出合适信号调理电路。
该系统不但可以在电力系统正常运行时监测电能质量，还可以在电力系统暂态波动时，对电压的急剧变化进行监视和记录，在实际使用中有着优秀的表现。
该系统逻辑性，数据解析能力和控制力较强，因为使用了高级语言编译软件，所以高稳定性和高挪用性也是该系统的特点。
以MPU 和MCU 为核心的常规电能质量检测仪器，功能比较单一，解析处理数据和信号的能力不够优秀，比较适宜于电能质量的定时巡检和专项检测，在电能质量检测方面不具有主动性，并且没有全面展示电能质量问题的能力。
现如今，测控技术的发展方向和大体趋势是以虚拟仪器为代表，所以推行和探究以虚拟仪器技术为基础的电能质量监测装置和系统是电能质量监测领域当前发展的方向，也是一种新方法、新技术。
2 Labview 开发平台设计Labview 开发平台主要由功率测量模块、谐波分析模块、不平衡度和相角模块、基础参数模块等4部分组成。
基于DSP与虚拟测量技术的电能质量在线监测系统研制
Ｔｈ ｖ ｌｐ ｎ ｆｔ ｅ ｏ － ｎ ｗｅ ａｉｙＭ ｏ ｉ ｒｎ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ ｅ Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｈ ｎ ＬｉｅＰｏ ｒＱｕ ｌ ｎ ｔ ｉｇ Ｓ ｓｅ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｏ
ＤＳ ａ ｒ ｕａ ｅ ｓ ｒｎ ｃ ｏ ｏ Ｐ ｎｄ Ｖｉｔ ｌＭ ａ ｕ ｉ ｇ Ｔｅ ｈｎ ｌ ｇｙ
管理 能力 和Biblioteka 入式 控 制功 能 ， 特别 适 用 于 有 大批 量 数 据处 理 的测控 场合 。近年 来 ， Ｐ技 术 已被应 用 于 一 ＤＳ 些 电力 系统产 品 中 ， 并充 分发 挥 出它 的优 势 ｌ 。 ＿ １ ］ 虚拟 测量 技术 基于 Ｇ 图形 语 言 编程 ， 文采 用 基 本 于 Ｇ 语 言 的 虚 拟 仪 器 软 件一 Ｌ ｂ Ｅ 开 发 平 台 。 ａ ＶＩ ｗ Ｌ ｂ Ｅ 继承 与满 足 ＧＰ Ｂ、 ａ ＶＩ Ｗ Ｉ ＶＸＩＲＳ２ ２和 ＲＳ４ ５ 、 －３ －８ 协议 的硬件及 数据 采集 卡 通 讯 的全 部 功 能 ， 有 强 大 具 的数 据分 析 和处理 能 力 ， 供 大量 与 外 部 代码 或 软 件 提 进行 连接 的机 制 ， 支持 常 用 网络协 议 ， 方便 网络 、 程 远 测控 仪器 的开 发 。 本 文将 ＴＭＳ ２ Ｌ ２ ０ ３ ０ Ｆ ４ ７与虚拟 测量 技术 相结 合 ， 应用 于 电 能 质 量 在 线 监 测 系 统 。Ｄ Ｐ体 现 了强 大 的 Ｓ 数 字处 理功 能 ， ａ ＶＩ Ｗ 带 有 大量 内置 功 能 ， 供 了 Ｌｂ Ｅ 提 广 泛 的数据采 集 、 分析 和数据 显示 功能 ， 提高 电网 自 对 动 化水 平 ， 强 电网 的实 时 性 监测 以及 提 高 电 网 的安 增 全 性与 可靠性 具有 重要 的意 义 。
基于LabVIEW电能质量监测仪设计
基于LabVIEW电能质量监测仪设计西南交通大学本科毕业设计（论文）电能质量监测仪设计DESIGN OF THE ELECTRIC QUALITY MONITOR年级: 2009级学号: 20098470姓名: 方夏专业: 铁道电气化指导老师: 吕晓琴2013 年6 月院系电气工程系专业铁道电气化年级 2009级姓名方夏题目电能质量监测仪设计指导教师评语指导教师 (签章)评阅人评语评阅人 (签章)成绩答辩委员会主任 (签章)年月日毕业设计（论文）任务书班级电气2009级1班学生姓名方夏学号 20098470 发题日期：2013年2 月 25日完成日期：2013年的6月21日题目电能质量监测仪设计1、本论文的目的、意义随着电力电子技术的快速发展，电力系统电能质量问题成为学者关注对象。
通过学习和使用相关软件，设计基于Labview的电能质量监测仪，使能够较准确的检测出电网三相视在功率、有功功率、无功功率、功率因数、电压电流有效值等。
2、学生应完成的任务（1）收集电网电能质量指标等方面资料：（2）熟悉软件使用方法；（3）设计软件部分和硬件电路；（4）给出相关结果及结论。
3、论文各部分内容及时间分配：（共 14 周）第一部分收集相关资料文献，掌握LABVIEW应用。
(3周) 第二部分掌握电能质量监测仪设计方法。
(2周) 第三部分相关计算。
(4周) 第四部分主电路模拟图。
(2周) 第五部分完成论文写作及整理。
(3周) 评阅及答辩审定，答辩。
(2周)论文整改 (1周)备注指导教师： 2013年 2 月 25 日审批人： 2013年 2 月 25 日摘要目前国家对于能源重视度越来越高，并且大力提倡节能减排，各个企业对于电网中电能的质量问题的重视度也在逐渐提高，与之同时对于电能质量的检测问题也由此而产生。
由于市场供求关系的影响，电能质量监测仪器被广泛运用于电力电子设备和非线性装置之中。
本文重点介绍了基于模拟软件VI的电能质量监测仪的现状和发展状况，以及如何使用VI构建合理的模拟电路模型。
基于LabVIEW电能质量监测仪设计
毕业设计（论文）题目基于LABVIEW的电能质量监测仪设计摘要目前，供电企业和用户开始高度重视对电网电能质量监测的问题。
一方面是因为影响电能质量的因素日益增多，如今广泛使用非线性设备和电力电子装置，使电网中的电流和电压波形发生畸变，导致电能质量的恶化。
另一方面，各种精密、复杂的，对电能质量敏感的电气设备的普及，使人们对电能的可靠性及其质量的要求与日俱增。
因此，研究供电质量监测的方法，找出导致电能质量下降的原因具有重要的工程和理论价值。
本论文设计并给出了以测控领域的最新技术——虚拟仪器平台为基础的电能质量监测系统。
该系统能够对电流、电压、频率、相位、电网谐波、三相电压不平衡度、电压波动和闪变等电能质量参数进行实时地监测，并且具有在线分析功能。
本文是使用美国NI公司开发的图形化开发软件LABVIEW进行系统程序构建，结合使用NI公司的配套设备PCI-6024E（数据采集卡）以及传感器、变送器等硬件设备，组建了一套电能质量监测仪系统。
关键词：电能质量，在线监测系统，LABVIEW，虚拟仪器AbstractPower quality is an essential concern of electrical utilities and customers. On one hand, the factors which affect the power quality are increasing, for example, the distorted wave of voltages and currents caused by the extensive application of power electronic apparatus and nonlinear equipment has worsened the power quality. On the other hand, the popularity of the complicated, exactitude and power quality-sensitive electricity appliances has made power quality more important. Research on the power quality monitoring and analysis method is of great value in both theory and practice.This paper was designed based on the latest technology in control field - power quality parameters monitor system on the virtual instrument technology platform. It can monitor electric power parameters including voltage, electrical current, phase, frequency, three-phase voltage unbalance, harmonic and the voltage fluctuation and flicker, and can also provide detailed power quality analysis in realtime. This paper is to use American NI company's graphical LABVIEW software to built the system,by using a combination of construction program NI company auxiliary equipment PCI - 6024E (data acquisition card) ,sensor and transmitters hardware equipment, established a set of power quality monitoring with precis measurement ability .Keywords: power quality, on-line monitoring system,LABVIEW,virtual instrument目录摘要 (I)Abstract .............................................................. I I 目录.............................................................. I I 1. 绪论 (1)1.1 课题研究背景与意义 (1)1.2 国内外对电能质量的监测研究现状 (2)1.3 本论文主要工作 (2)2. 电能质量指标及测量方法 (4)2.1 电能质量指标简介 (4)2.2 电网电压允许偏差 (4)2.3 电网频率允许偏差 (5)2.4 电网三相电压允许不平衡度 (6)2.5 公用电网谐波 (8)2.6 电压波动和闪变 (11)3. 电能质量测量过程中的相关问题 (13)3.1 采样定理 (13)3.2 混叠现象与FFT分析 (13)3.3 闪变测量的数字化实现方法 (14)4. 基于虚拟仪器技术的电能质量监测系统设计 (17)4.1 硬件部分设计 (17)4.1.1 传感器 (17)4.1.2 信号调理器 (18)4.1.3 数据采集卡 (19)4.2 LABVIEW虚拟仪器简介 (20)4.3 虚拟仪器技术的电能质量监测系统软件设计 (21)4.3.1 供电电压和频率允许偏差测试的程序设计 (21)4.3.2 谐波测量主程序的设计 (23)4.3.3 三相电压不平衡度测量模块 (25)4.3.4 电压波动和闪变的测量程序的设计 (27)5. 结论与展望 (32)5.1 结论 (32)5.2 存在问题与展望 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录部分仿真结果 (36)1. 绪论1.1 课题研究背景与意义目前，电能已经成为人类社会不可或缺的一种资源，人们利用它完成各种所需要的工作，它已经成为人类赖以生存和发展的重要部分。
试论基于LabVIEW的电能质量监测系统软件
试论基于LabVIEW的电能质量监测系统软件作者：柳莺来源：《数字技术与应用》2015年第08期摘要：电能质量分析是电力系统中一项十分重要的工作之一，对于电力系统安全、稳定的运行具有十分重要的意义。
传统的电能质量分析仪的主要核心是硬件，同时存在着数据处理缓慢、成本高、功能少等缺陷，已经无法满足电力系统高速发展的需求。
对此，可以LabVIEW 为基础，设计出新的电能质量监测系统。
该系统能够很好的处理谐波含有率、三相电压不平衡度、电压偏差、电压波动、频率偏差等问题，是一种综合性的电能质量在线监测系统。
在实际的应用实践当中，该系统体现出了监测参数多、拓展灵活、操作简单、处理能力强、所需应减少等优势。
关键词：LabVIEW 电能质量监测系统中图分类号：TM764 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）08-0000-00在当前的社会生产和人们的日常工作生活中，对于电力能源的需求量越来越大，对电力能源供应的稳定性要求也在不断的提高。
同时，随着科技的发展，人们应用的非线性负载和电力设备大增，从而给电网运行带来了巨大的压力。
而在这些工业交直流电变换器、静止变流器等非线性负荷中，正弦电压并不能产生出正弦电流。
同时，非正弦电流还将会引起非正弦压降，进而造成电网电压的波形畸变。
在这种情况下，将会发生三相不平衡、电流闪变、电压波动等电能质量问题。
因此，需要利用基于LabVIEW的电能质量监测系统对其进行监测，及时发现和解决其中的问题，从而保证良好的电能质量。
1 电能质量监测系统的基本结构在电能质量监测系统当中，主要包括了带有虚拟仪器系统的计算机、数据采集部分、信号调理器等。
在信号调理部分当中，主要包括电流传感器、电压传感器、信号校正电路等部分。
在数据采集部分中，主要是数据采集卡。
在计算机当中，装有虚拟仪器应用软件，为了使其能够更好的应对较为恶劣的应用环境，选用的工控机应当具备较强的抗干扰能力。
2 电能质量参数的测量原理2.1电压的偏差电力系统在运行当中，在额定电压与供电电压之间，可能出现一定的偏差，进而会对用电设备的使用寿命、运行参数等产生影响。
基于 DSP的电能质量监测器的设计
基于 DSP的电能质量监测器的设计
黄丽霞
【期刊名称】《洛阳师范学院学报》
【年(卷),期】2010(29)5
【摘要】@@ 随着工业化进度的高速发展,越来越多的功率、超大功率非线性负载和各类不同功率的电子设备投入使用,造成电力系统的严重污染,也影响到电力用户的用电质量和用电安全.电能质量问题越来越受到人们的关注,主要的电能质量问题可分为稳态和暂态两大类,前者以波形畸变为特征,主要包括谐波、间谐波、波形下陷以及噪声等;后者通常以频谱和暂态持续时间为特征,可分为脉冲暂态和振荡暂态.目前,数字信号处理器(DSP)已广泛应用于智能化电力装置中.电能质量分类体系都是相对完善的,然而就实际的电力系统,尤其是面向用户的供用电系统而言,不加区分地研究所有的电能质量现象是没有必要的,因为用户所关心的只是一些基本的电能质量指标.文中采用TMS320F28335浮点处理器作为整个电能质量监测器的CPU,完成采集、数据处理、对外接口和通信等.
【总页数】2页(P200-201)
【作者】黄丽霞
【作者单位】宁德师范学院物理与电气工程系,福建宁德352100
【正文语种】中文
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基于DSP的电能质量监测器的设计
高数字 分辨 率 问题 ．它 能 够快 速 执行 中断 ， 自动 并
质 量分 类 体 系 都 是 相 对 完 善 的 ，然 而 就 实 际 的 电 力 系 统 ， 其 是 面 向用 户 的 供 用 电 系 统 而 言 ，不 尤 加 区分 地 研 究 所 有 的 电 能 质 量 现 象 是 没 有 必 要 的 ，因 为用 户所 关 心 的 只是 一 些 基 本 的 电能 质 量 指 标 ．文 中 采 用 Ｔ ３ ０ ２ ３ ５浮 点 处 理 器 作 为 ＭＳ ２ Ｆ ８ ３
件 的 配置 和 特 点 ，也 要 考 虑 软 件 的 快 速 性 和 功 能
处理结 果 实 现 显 示 、操 作 、数 据 通 信 等 功 能 的 流
程， 监测 器硬件 分为 模 块量 输 入通 道 、数 据处 理 与
控制 、开关 量输 出 、人 机交 互 、通信 和 电 源 ６个 模
块．
用 于 电力 系统 的 现场 设 备 首 先要 能 抗 外 界 电磁 干
扰 ，同时也要 限制 自身 对 外 界产 生 的电磁 干 扰 ．因 此 在硬 件 电路 设计 中要 考虑 电磁兼 容性设 计 ．为 了
提高模 数转换 （ Ｄ） Ａ 的精 度 ，需 采 用 外 接 的参 考 电
压 ．Ｔ ３０ ２３５由于 增 加 了单 精 度 浮 点 运 算 单 ＭＳ２ Ｆ８３
Ｒ Ｍ，１８ Ａ ２ ｋ片 内 Ｆａｈ ｍ ｍ ｒ ，１ ｌｓ ｅ ｏｙ ６路 １ ｂｔ ／ ２ ｉ Ａ Ｄ和
１ ６路 Ｐ ＷＭ 等功 能 ．其 内置 的 １ ２位 Ａ Ｄ， ／ 能实 现高 精 度 的模数 转换 ， 电能 信号 经 调理 电路 后 的实 现 对 高精度 的测 量 和分 析计 算 ．Ｆ ８ ３ ２ ３ ５含有 ３ ３ ２× ２位
基于LabVIEW电能质量测量系统设计
近年来 ， 随着电力供应 紧张局 面的初步缓 解 、 电能质 量 的 日益恶化和 用户对 电能质量 要求 的不断 提高 ， 一问 题 这 已引起 了各级 电力部 门的高度 重 视 ， 国家 已颁 布 了有关 的 技术标准 。专 门监视记 录电压合格 率 的 自动装 置已在一 些 电力部 门投入实际运 行 ， 不少 的微 机式故 障录波 器 、 电站 变 自动化系统等 装置 中也 考虑 了兼顾 电能质 量监 视 的问题 。 然而 ， 目前 为止 ， 到 国内对 电能质量 的检测 分析手 段 比较 落
中图 分 类 号 ：ＴＭ３ 文献 标 识 码 ：Ａ
Ｐｏ ｒ ｑ ａ ｉｙ ｍ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｙ ｔ ｍ ｅ ｉ ｎ ｂ ｓ ｄ ｏ ｂ ＥＷ ｗｅ ｕ ｌｔ ａ ｕ ｅ ｎｔｓ ｓｅ ｄ ｓｇ ａ ｅ ｎ Ｌａ ＶＩ
Ｌｉ ｅ ｎ’ Ｓ
（ ． ｈ ｎ ｓ ａ ｏ ｙ ｅ ｈ ｉ ， ｏ ｇ ｈ ｎ ５ ８ ０ ； ．Ｓ ｔ ｉ ａ Ｕｎｉ ｅ ｓｔ ｆＴｅ ｈ ｏｏ ｙ， ａ ｇ ｈ ｕ ５ ０ ４ １ Ｚ ｏ ｇ ｈ ｎ Ｐ ｌ ｔ ｃ ｎ ｃ Ｚｈ ｎ ｓ ａ ２ ４ ４ ２ ｏｕ ｈ Ｃｈ ｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｃ ｎ ｌｇ Ｇｕ ｎ ｚ ｏ １ ６ ０）
ｒ ｓ ｌ ａ ｄ ｄ ｔ ａ ｋ ｅ ｕｔ ｎ ａａｂ ｎ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｖｒ ｕ ｌ ｎ ｔ ｕ ｎ ；Ｌ ｂ Ｅ ；ｐ ｗｅ ｕ ｌ ｙ；ｄ ｇ ｔ ｌ ｉｎ ｌ ｒ ｃ ｓ ｉｇ ｙ ｒ ｓ ｉｔ ａ ｉ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ａ ＶＩ Ｗ ｏ ｒ ｑ ａｉ ｔ ｉｉ ｇ ａ ｏ ｅ ｓｎ ． ａ ｓ ｐ
ｐ ｅ ｉ ｕ ｌ ａ ｒ ｄ ｏ ｔｂ ａ ｄ ｒ ． Ｔｈ ｙ ｔ ｍ ａ ｉｐ ａ ｈ ｅ － ｈ ｓ ｏｔ ｇ ｖ ，ｐ ａ ｅ ａ ａｙ ｓ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ ｒ ｖｏ ｓｙ ｃ ｒ ｉ ｕ ｙ ｈ ｒ ｗａ ｅ ｅ ｅ ｓ ｓ ｅ ｃ ｎ ｄｓ ｌｙ ｔ ｒ ｅ ｐ ａ ｅ ｖ ｌ ｅ ｗａ ｅ ｈ ｓ ， ｎ ｌ ｅ ａ ｕ ｅ ｎ ａ…电子测
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电力自动化设备
Electric Power Automation Equipment
Vol．30 No．1 Jan. 2010
基于 DSP 和 LabVIEW 的分布式 电能质量监测装置设计
邹正华，刘永强，王 强 （华南理工大学 电力学院，广东 广州 510640）
摘要： 设计和开发了一套以 DSP 和虚拟测量技术为核心的分布式电能质量实时监测装置。 装置由 EOC 模块、
馈线监测单元以及监控单元 3 个部分组成。 EOC 模块主要实现母线电压高速采样，并将采集数据通过以太网
送至监控单元进行瞬态扰动的监测、定位与分类；馈线监测单元对馈线的监测数据实时采集、处理；监控单元对
GPS 信号 分频电路
U1
…
U2 信号调 理电路
A ／ D 转换
Un
EOC
CPU
以太网 接口
图 2 EOC 模块结构图
Fig.2 Block diagram of EOC module
1.3 馈线监测单元 馈线监测单元结构图如图 3 所示，主要由信号调
理 电 路 、A ／ D 转 换 电 路 、DSP 以 及 RS － 485 电 路 构 成。 从一次设备电流互感器（TA）、电压互感器（TV） 传送过来的电流、电压信号经隔离互感器隔离变换 后经低通滤波至模数转换器，由 DSP 完成对电气量 的采集、数据处理和存储。 由于监测单元处理数据 量 大 ，对 输 出 结 果 实 时 性 要 求 高 ，综 合 考 虑 DSP 芯 片运算速度、精度、硬件资源等因素，因此选用 TI 公 司的定点 DSP 控制器 TMS320LF2407［6］，该芯片采用 高性能静态 CMOS 技术，使得供电电压降为 3.3 V，减 小了控制器的功耗；30 MIPS 的执行速度使得指令周 期缩短到 33 ns；片内具有 32 KB 的 Flash 存储器和 2 KB 的 RAM。 这样可将程序固化在 CPU 内部，降低了 成本，减小了体积，而且它功耗低，资源配置灵活 ， 非 常适合现场数据采集处理。 为了提高测量精度，保 证对电压、电流同步采样，在本装置中，采用 AD7656 高精度同步采样芯片。 它的并行接口数据访问和总线 释放的定时特性与绝大多数 DSP 芯片的特性兼容 ， 可与这些处理器直接连接而不需要等待状态，完全
1 系统硬件结构设计
1.1 系统概述 整个系统硬件配置由 EOC（Ethernet On Chip）模
块、馈线监测单元以及上层监控单元 3 部分组成①。 如图 1 所示。
收稿日期：2009 － 06 － 21；修回日期：2009 － 08 － 29
数据采集同步脉冲 GPS
数据
…
U1 U2
交叉网线
定标 电话线 或光纤
号的分析。 对稳态谐波分析而言，FFT 是分析谐波特
征量的最好算法之一，它可以直接得到波形所含的
各频谱分量。 因此，将小波变换和 FFT 分别应用于
暂态过程和稳态过程。
3.1 暂态电能质量数据处理算法
对暂态电能质量进行监测分析，实质上就是对
电能信号进行突变监测。 傅里叶变换是研究函数奇
异性的主要工具，但难以确定奇异点在空间的位置和
2 系统软件设计
2.1 上层管理软件 上层监控软件基于 LabVIEW（Laboratory Virtual
Instrument Engineering Workbench）软件进行开发［7］。 LabVIEW 是面向最终用户的工具，采用易于编程的图 形 化 语 言 — —— G 语 言 来 代 替 传 统 的 文 本 式 编 程 语 言，简化了科学计算、过程监控和测试软件的开发过 程。 监测装置上层管理软件主要包括管理功能、监控 功能、数据处理与分析以及数据库功能 4 个部分［8］。
EOC 模块
工控机
供电部门电能 质量监测中心
Un
RS － 485 接口 RS － 485 接口
馈线监测单元 馈线监测单元
…
RS － 485 接口 馈线监测单元
图 1 硬件配置结构框图 Fig.1 Hardware architecture of instrument
EOC 模 块 通 过 交 叉 网 线 实 现 变 电 站 各 母 线 电 压信号高速数字化传输，在工控机中完成对电压暂 态指标的分析。 馈线监测单元主要实现各馈线电 压 、电 流 实 时 采 集 和 数 据 处 理 ，并 通过 RS - 485 总 线与上层工控机实时通信。 上层监控单元主要由工 控机、电话线或光纤等组成，通过工控机可以实时监 测、分析各母线电压异常情况，包括电压瞬时脉冲、 电压瞬时突变、电压骤降、电压骤升以及瞬时断电等 暂 态 指 标 ［5］， 同 时 监 测 各 馈 线 的 电 压 和 电 流 谐 波 、 三 相不平衡度、电压波动和闪变、频率偏差等各项指 标。 还 可 以 利 用 全 球 定 位 系 统 GPS （ Global Positioning System） 给 数 据 按 时 间 定 标 、 存 储 ， 通 过 电 话线或光纤实现与供电部门电能质量监测中心的 数据传送，对以后各条线路数据综合分析和确定干 扰源带来方便。 1.2 EOC 模块
信号经隔离互感器隔离、信号调理电路转换后将保 持在 ADC 允许范围之内。 由 CPU 完成对数据的采 集 和 处 理 ，CPU 采 用 Atmel 公 司 的 Atmega128 单 片 机，主频达到 16 MIPS，同时片内 128 KB 的 Flash 存 储器，存储固化程序。 A ／ D 转换器采用内部带采样保 持 器 的 高 速 16 位 、6 通 道 同 步 采 样 芯 片 AD7656①， 转换速率最高可达 250 ksps，能够满足数据转换时间 与精度要求。 为了实现与上位机进行高速数据交换， 采 用 OTECH 公 司 单 片 智 能 以 太 网 控 制 器 EOC 芯 片，该芯片通过内嵌实时操作系统，提供通用 TCP ／ IP 协议，网络速度为 10 M ／ 100 M 自适应以太网，8 路并行总线实现数字信号高速传输，使得通信速度 远远超过了普通的串口转以太网模块的功能。 由于 信号传输过程只涉及到 0 与 1 两种状态，与传统基 于模拟信号的传输方式相比，具有抗干扰性强、无噪 声积累、波形失真度低等特点，从而使电压信号能够 实现高质量、远距离传输以便于准确进行暂态分析。
GPS 信号 锁相倍 RS - 485 接口 频电路
ua ub uc
电压 调理电路
ia ib ic
电流 调理电路
A／D转 换电路
DSP
TMS320LF 2407
图 3 馈线监测单元结构图 Fig.3 Block diagram of FCU
满足系统时间和精度的要求。 为了分析各馈线在同一 时刻的状态，必须采取措施保证各条馈线同步采 样。 GPS 能够提供误差在 1 μs 以内的高精度时钟，可 以实现采样的高效、准确定位，因此将 GPS 时钟网络 作为系统的时钟网络，为变电站装置提供统一的 GPS 对时。 AD7656 的采样时钟信号每隔 1 s 被 GPS 的秒脉冲信号同步一次，确保同步脉冲信号的前沿 与 GPS 时间同步。 同时，GPS 接收模块经标准串口与 工控机连接并将时间码送给工控机，给数据以时间 定标，以便于数据传送与处理。
3 电能质量分析与计算
电能质量的分析计算涉及对各种干扰源和电力 系统的数学描述，需要开发相应的分析软件和工程 方法来对各种电能质量问题进行系统的分析，为改 善电能质量提供指导。
目前，采用 3 种方法对电能质量问题进行分析［9］。
① Analog Devices Incorporated，AD7656 - 250ksps，6 - Channel，Simulataneous Sampling，Bipolar16 - Bit ADC. http：∥.
分布情况。 小波变换不仅具有由粗及精作多分辨率
目前，市场上的电能质量监测装置大多基于电 压偏差、频率、谐波、三相不平衡度、电压波动和闪变 等稳态电能质量进行分析，文献［2］提出的监测装置 虽然能对稳态电能质量进行很好监测，但是对电压 跌落、短时断电等暂态参数监测灵敏度不高，难以实 现对电能质量的全面监测。 由于电力暂态信号在远 距离传播过程中易发生畸变，所以很难准确分析其 结果，因此对于变化速度极快、持续时间极短的暂态 信号的采集，需要高速 A ／ D 转换单元以及高传输速 率［3-4］。 本文首先利用 DSP 的强大数据处理能力对采 集馈线电压、电流数据进行实时分析、处理并通过 RS - 485 总线传到上位机，同时运用小波分析对经以 太网传输到上位机的母线电压信号实现瞬态扰动的 监测、定位与分类，然后利用工控机的友好界面和大 容量存储技术保存历史数据以及在线显示信号波 形，最后开发了一套可以对稳态电能质量指标和暂 态电能质量指标进行实时监测的分布式装置。
a. 时域仿真法：主要利用各种时域仿真程序对电
能质量问题中的各种暂态现象进行研究。
b. 频域分析方法：主要用于谐波问题的分析计
算，包括频域扫描、谐波潮流计算等。
c. 基于变换的方法：主要指傅里叶变换方法和
小波变换方法。
本文采取基于变换方法，由于小波变换具有时 -
频局部化的特点，特别适合于突变信号和不平稳信
各采集单元上传的数据进行进一步分析和处理，实现数据存储和管理。 用于母线电压暂态分析的 Mallat 算法由监
控单元的软件实现，而用于馈线电压和电流分析的数字滤波、加窗、软件定频采样法、线性插值以及 FFT 运算等
工作主要由 DSP 芯片完成。 因此，该监测装置可以对一个变电站所有母线暂态电压以及馈线的状态进行实时
为了实现母线电压信号高速、准确地传输，采取 了基于 EOC 模块的以太网传输方式 。 EOC 模块如 图 2 所示，从一次设备电压互感器传输过来的电压
① EOC 及评估板用户手册，http：∥.