电能质量监测和监测仪器讲座第六讲基于DSP技术的新型电能质量在线监测
基于DSP的电能质量检测综述

基于DSP的电能质量检测综述摘要:本文综述了数字信号处理理论的发展现状,对其在控制和电能质量检测中的应用现状和趋势进行了总结。
同时叙述了数字信号处理器(DSP)的发展现状,并将其与GPP,MCU,FPGA进行了简单的对比,最后指出控制系统和电测系统采用DSP的必要性。
关键字:数字信号处理;DSP;电能质量检测中图分类号:TM933 文献标志码:AReview of power quality inspection based on DSPAbstract: This paper reviewed the development of the theory of digital signal processing, application status and trends are summarized in its control and power quality inspection. And, the development of DSP is reviewed, which is simply compared with GPP,MCU,FPGA,At last, it is pointed out that control system and electrical measurement system use DSP necessary.Keywords: digital signal processing; DSP; power quality inspection电能质量的标准和技术是随着电力系统的发展和用户需求的变化而变化和发展的。
大量电力电子设备的使用是新技术的运用,同时也是电能质量恶化的制造者和受害者。
有目共睹,电力质量问题是严重的。
近20年来全球范围内因电能质量而引起的重大电力事故已达20多起,每年电能质量扰动和电力环境污染引起的国民经济损失高达300亿美元。
其实,供电质量问题不仅对大型企业的正常生活影响较大,同时对重大活动,政治活动安全供电影响也较大。
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DSP的煤矿井下电能质量在线监测

s t a n d a r d.
【 K e y w o r d s ] P o w e r q u l a i t y ; D S P ; O n - l i n e m o n i t o r i n g
0 引言
数据通讯和实时在线监控。
随着大量 电力电子设备 的使 用造成大量 的非线性 负荷和不对 称 2 系统 硬 件 设 计 负 荷接入 电网 , 致 使 电能 质量不 断恶化 , 比如变 频 电动机 、 矿井提 升 2 . 1 电压和 电流互感器 机、 大量 的异 步电动机都是谐 波的主要来源和 电压波动 闪变的主要原 在实 际测量中 . 必须 对输入 的电压和电流进行必要 的处理 . 才能 因. 由于 以前 对电能质量 重视程度不 够 . 好多矿井 下的低压或 高压补 作 为采样单元 的输 入 . 为 了保证 系统工作安全 可靠 . 相电压采样 采用 偿 都不是滤 波器 . 会造成 谐波一定程度 的放大 . 并且 由于矿井 自 身 的 电压互 感器 . 电流采样 采用 电流互感 器隔离变换 . 为了保证谐波 测量 电力 系统 特点 . 电缆 长度一般很 长 . 出线很多 , 容易产生谐 振。煤矿作 的准确性 . 要求 电压和电流互感器在 5 0 H z ~ 2 5 0 0 H z 的频率范 围内具有 为一门特殊 的行业 . 面 临的电能质量 问题 日益严重 . 对 电能质 量的要 致 的频率响应特性 为防止直流分量使互感 器饱和 . 要使用抗直流 求 特别严 格 本文针对煤矿行 业的特殊性 . 提 出一种基 于 D S P 的井下
基于DSP的电能质量监测系统的研究的开题报告

基于DSP的电能质量监测系统的研究的开题报告一、选题背景随着电力电子技术的不断发展和电力系统的日益复杂化,电能质量问题日益凸显。
电能质量问题会对电力系统的稳定性、运行效率和电能利用效率产生很大的负面影响。
因此,建立一套高效的电能质量监测系统对于维护电力系统的稳定运行、提高电能利用效率意义重大。
二、研究目的和意义本项目旨在研究基于DSP的电能质量监测系统,对电力系统中常见的电能质量问题(如电压变化、电流不平衡、谐波等)进行监测和分析。
具体目的如下:1. 设计一种高效的、具有智能化和自适应性能的电能质量监测系统。
2. 通过该系统实现电能质量参数的实时监测、分析和诊断,及时发现和解决电能质量问题。
3. 为电力系统的改善、优化和运行提供科学的决策依据。
三、研究内容和方法研究内容:1. 基于DSP的电能质量监测系统的设计与实现。
2. 电能质量参数(电压、电流、功率因数等)的采集和信号处理。
3. 电能质量参数的分析和诊断方法。
4. 系统智能化和自适应优化算法的研究。
研究方法:1. 研究电能质量监测系统的结构和特性,确定系统的工作原理和功能模块。
2. 选用合适的传感器和采集装置,实现电能质量参数的实时采集和处理。
3. 设计合适的信号处理算法,实现电能质量参数的数字化处理和存储。
4. 通过数据分析和建模等方式,研究电能质量参数的分析和诊断方法。
5. 研究智能化和自适应优化算法,提高系统的自适应性和优化控制能力。
四、预期成果1. 基于DSP的电能质量监测系统的设计与实现。
2. 电能质量参数的实时采集和数字化处理算法。
3. 电能质量参数的分析和诊断方法。
4. 系统的智能化和自适应优化算法。
五、可行性分析1. 技术可行性该研究运用DSP技术、数字信号处理技术和智能化算法,这些技术已经成熟并广泛应用于电力电子和信息技术领域,因此在技术上具有高度可行性。
2. 经济可行性电能质量监测系统的价值非常显著,可以在电力行业、工业生产和民生用电等领域中大幅提升电能利用效率。
基于DSP与组态软件的电能质量监测系统

基于DSP与组态软件的电能质量监测系统乔和;陈庆旭;侯洪强【摘要】According to digital transformation of a substation, this paper designed an acquisition and processing system which took three-phase voltage,current and power signals as content. The system usedTMS320F2812 as the core processor. Data acquisition system consisted of the Hall voltage, current, power sensor and A /D chips. Digital signal processor and algorithm were responsible for data processing. The digital signal which is get from data processing is transmitted via Ethernet to the control room. The configuration software provides digital data for relevant personnel to analysis, then make decisions, which is benefit for maintain the stable operation of the grid. Experiments show that the system has some promotional value and its precision is high.%针对变电站数字化改造,设计了一种以三相电压、电流及功率信号为内容的采集与处理系统,采用TMS320F2812为核心处理器,信号采集系统由霍尔电压、电流和功率传感器和A/D芯片组成,数据处理由数字信号处理器和算法负责,得到的数字信号通过以太网传送给调度室,用组态软件实时显示数据并提供报表给相关人员分析以做出决策来维护电网的稳定运行.实验表明:系统精度高、实时性好,具有一定推广价值.【期刊名称】《仪表技术与传感器》【年(卷),期】2011(000)008【总页数】2页(P55-56)【关键词】数字信号处理器;组态王6.53;以太网;霍尔传感器;电能质量【作者】乔和;陈庆旭;侯洪强【作者单位】辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,辽宁葫芦岛125105;辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,辽宁葫芦岛125105;辽宁工程技术大学电气与控制工程学院,辽宁葫芦岛125105【正文语种】中文【中图分类】TP2161 系统硬件电路设计监测系统硬件的整体架构如图1所示,整个硬件系统包括传感器模块,模数转换电路,数字信号处理器模块,接口电路与上位机。
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DSP的新型多功能电能质量监测仪表的设计

AD73360的串口时钟SCLK信号作为McBSP的发送时钟信号(CLKX0)和接收时钟信号(CLKR0);McBSP的发送引脚(FSX0)、接收帧同步引脚(FSR0)与AD73360的输入引脚(SDIFS)、输出帧同步(SDOFS)连接到一起,使McBSP的发送信号(FSX0)和接收帧同步时钟信号(FSR0)与AD73360的输出帧同步信号(SDOFS)保持同步。AD73360的数据输出引脚(SDO)和输入引脚(SDI)分别与McBSP的数据接收引脚(DR0)和数据发送引脚(DX0)相连。AD73360的激活信号SE由锁相倍频电路的输出倍频信号AD_SE触发,实现同步锁相采集。AD73360的驱动时钟信号MCLK可以由DSP分频得到,也可以由晶振直接产生,AD73360的最高输入时钟为16.384 MHz。2.2 锁相倍频电路及频率测量 傅里叶变换要求每周期采样点数等间隔,且采样时间要涵盖整周期。因此对采样点数的要求非常严格。实现同步采样的方式有软件同步和硬件同步两种,硬件同步采样比软件同步采样响应迅速,能实时追踪频率变化。本装置中采样脉冲产生电路由过零比较器、锁相器以及分频电路组成。锁相电路选择了一种性能优良的CMOS锁相环路CD4046,同时CD4046提供给计数器74LS393来产生所需的分频信号。 倍频锁相电路,首先将所检测的信号送入方波发生器,输出一个与输入信号同频率的方波f 1,然后送入由锁相环CD4046和计数器74LS393构成的128倍频锁相电路。将74LS393分频后的输出信号接到CD4046比相器输入端3,与f 1进行比较,直至3端和4端的输入信号相位差不再随时间变化,进入锁定状态。此时Vout输出端对方波信号实现了128倍频,依此方波对AD73360进行数据采集触发。同时,74LS393的9脚输出信号送入DSP的捕获端口,用于测量频率。
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收稿日期:2006-03作者简介:许卫兵(1973 ),男,讲师,从事检测与控制技术领域的科研和教学工作。
电能质量监测和监测仪器讲座第六讲 基于DSP 技术的新型电能质量在线监测许卫兵1,2,孙 佐1(1.池州师范专科学校,安徽池州247000;2.东南大学电气工程系,江苏南京210096)摘要:提出一种基于DSP +M CU 的双内核结构新型电能质量在线监测方案。
该设计方案在体积、性能和成本上较现在已有设计更有优势,适合安装在现场,有利于作为永久性在线监测电能质量的设备。
关键词:数字信号处理器;在线监测;电能质量;实时性中图分类号:TM 933.4 文献标识码:B 文章编号:1006-2394(2006)03-0070-03Power Qua lity OnlineM onitor Based on DS P TechnologyXU W ei b i n g 1,2,SUN Zuo1(1.Depart m ent ofM echan i ca l and E l ectrical Eng i nee ri ng ,Chizhou T eachers Co ll ege ,Chizhou 247000,Chi na ;2.D epa rt m en t of E lectrica l Eng ineer i ng ,Southeast U n i versity ,N anji ng 210096,Chi na)Abstrac t :The design of a new po w er qualit y onli ne m onitor based on DSP +M CU techno l ogy i s put for w ard .It i s m ore advantageous in ter m s of vo l u m e ,perfor m ance and cost i n co m par ison w ith the ex i sti ng design .It i s s u itable for on the site i nstall a ti on and used per m anentl y as an onli ne m onito r for powe r qua lity .K ey word s :D SP ;onli ne m on itor ;po w er quality ;rea l ti m e电能质量监测系统正在朝着在线监测、实时分析、网络化和智能化的方向发展。
除了传统的监测功能外,它在功能和技术上更加强调:①各种信息的提取、收集、分类和管理;②分析手段智能化;③电网运行性能和条件的自动评估;④为用户提供决策支持;⑤对问题进行预测。
基于这种需求,文中介绍一种基于DSP +MCU 的双CPU 的设计方案。
1 硬件系统设计1.1 硬件设计系统要处理的任务种类繁多,既有数据采样、各种计算等周期性任务,又有通信、人机交互等随机性事件。
因此在硬件设计上,不但要考虑处理设备本身具有高速的处理速度和处理能力,而且还要具有实时任务调度能力,并还要考虑到设计成本问题。
本文所搭建的系统硬件平台采用DSP+M C U 的双CPU 主从式结构。
选用性能价格比较高的16位定点DSP 芯片T M S320LF2407作为下位机,主要完成数据的采集、滤波处理及与上位机的通信。
T M S320LF2407是美国T I 公司的TM S320系列的一员,它采用增强的哈佛结构,应用高性能静态COM S 技术生产,为了降低功耗,采用3.3V 电源供电,具有特殊的DSP 指令和33ns 的指令周期,具有16通道10位A /D 转换器,其最小转换速率为500ns ,内有高达32K 16位的FL ASH 程序存储器。
高达2.5K 16位的数据/程序RAM,544 16位双端口RAM (DARAM ),所以本设计:(1)采用DSP 内部的A /D 转换器进行模/数转换。
(2)DSP 和MCU51之间的数据交换通过16位片内544 16位双端口RAM (DARAM )实现。
(3)运用DSP 的片内看门狗定时器(W DT )。
(4)可扩展的外部存储器总共192K 16位,其中程序存储器空间、数据存储器空间、I/O 寻址空间各为64K 16位。
同时TM S320LF2407引脚较少,价格适中,用它构造电脑决策数据采集系统不但可以满足系统的设计要求而且降低系统的复杂性,性价比也有很大提高。
利用DSP 数字信号处理速度高的优势来处理大运算量的实时任务,M C U 负责系统配置管理、人机交互、通信等,系统硬件框图如图1所示。
双CP U 采用DSP 和MCU 相结合的办法,二者采用主从结构(M C U 为上位机,DSP 为下位机),通过DSP 片内的双口RAM (DARAM )实现数据交换和协同工作,而DSP 的人机接口则由MCU51实现。
M C U 采用AT M EL 公司的AT89C55WD,它除兼容M CS-51外自带硬件看门狗定时器。
MC U 用来分担部分实时性要求不高的系统任务,主要包括液晶显示、键盘管理、时钟控制、系统配置管理、人机交互等。
在70 仪表技术2006年第3期图1 系统硬件框图通信方面,设备具有RS422和CAN 两种设备网接口和一个RS232接口,设备网接口可以让设备集成到企业级的电能质量分析与管理系统中,RS232接口可以和台式机或笔记本电脑实现点对点的通信,方便维护人员进行现场设备维护和故障诊断。
这种由两个处理器对系统任务并行处理的方式,能更有效地发挥DSP 的功效和MC U 的特长。
同时这种结构又可以保证系统资源有一定程度的冗余,易于今后系统功能的升级和改进。
1.2 系统功能该系统具有以下功能:(1)具有友好的人机交互功能,能通过键盘实现对被监测的量进行选择性的显示。
(2)带有RS232通讯模块,可以实现远程通讯功能。
(3)能实现对三相电压、电流信号实时跟踪,实时计算电流有效值、电压有效值、电压电流三相不平衡度、有功、无功、视在功率、频率、功率因数,能够分析稳态谐波。
(4)具有事件记录、故障报警和故障波形跟踪记忆功能。
(5)系统资源丰富,升级空间大,DSP 内建的32K 16位的FLAS H 程序存储器可以方便地多次擦写,便于软件升级,M C U 提供20K 的可编程FLASH 程序存储器ROM 空间,可重复擦写1000次。
(6)开关量输入功能,DSP 具有相当多的I/O 口,系统除了监测电压、电流信号外,还要监测各种开关信号,如断路器的分断状态,以便了解系统运行状况。
2 软件系统设计2.1 软件设计原则本系统软件设计采用模块化设计方法,针对本系统要实现的是对电网数据实时采集分析计算,做到在线监测的目的,在软件设计上有以下原则:(1)实时性:电能质量检测装置要实现的是对电网数据实时采集分析计算,不间断的采集数据达到在运行期间的同步计算。
(2)快速性:在硬件上要求采样和计算芯片的高速性,软件上要求算法的高效率,从而可以在采样间隔的时间内完成各个电能质量参数的计算和数据存储,达到计算和采样的同步性。
(3)可扩展性:对于软件系统来说,可通过对DSP 程序的更新来达到算法的升级,如在将来版本的装置中采用小波变换的算法等进行数据分析和变换,实现对暂态电能质量的分析。
2.2 软件设计软件设计包括下位机DSP 芯片的软件设计和上位机MCU 单片机的软件设计。
二者都采用模块化结构设计,软件系统任务分配模型如图2所示。
实时性要求强的部分,采用中断处理。
DSP 软件采用C 语言和汇编语言混合编程方式,用汇编语言编制FFT 算法部分,在一个周波20m s 时间内实现对电压电流6路信号的128点基二FFT 分析,以获取每周波的谐波信息。
DSP 软件还可得到电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数、基波相位因数、频率、相角等多项测量结果。
M C U51单片机部分软件采用C 语言编码,每3s 接收一次DSP 计算出来的结果,统计最大、最小、95%概率大值、合格率,存储正常记录、事件记录、波形记录。
在人机对话方面、处理按键、刷新显示等方面,通过RS232接口或电话线与主站通讯。
通讯协议采用基于I EC870(I EC 第57技术委员会制定的国际远动规约标准《远动设备与系统》)协议的扩展协议,通讯的数据量比较大。
I EC870协议以16进制形式传输数据,比ASCII 码方式传输速度快,且它将一个长帧分成小于255字节的多帧通讯,在一帧出错时,可单独重要这一帧数据,从而提高了通讯成功率。
系统图2 软件系统功能模块71 2006年第3期仪表技术采用主从式结构,即将DSP 及所包含的A /D 模块看作M C U 的一个子模块,但DSP 软件模块自成体系,也有自己的功能模块和调度方式。
按照两个CPU 系统所承担的不同任务,规定M C U 为上位机,DSP 为下位机。
MC U 主要负责系统管理,包括人机交互,通信等,DSP 负责实时数据计算,完成数据的采集、滤波处理及与上位机的通信。
DSP 的任务是采集从片内A /D 转换器中读取的数据,进行计算和分析,然后将数据提供给M C U,M C U 利用这些数据进行显示、通讯等。
系统校准的参数保存在EEPROM 中,M C U 在初始化过程中会读取这些系数并提供给DSP ,这和DSP 自身的初始化程序一起作为DSP 模块的初始化部分。
系统需要显示何种数据都由MC U 发出请求,由DSP 进行处理,系统的主动权始终在M C U 手中。
对M C U 而言,DSP 子系统就相当于MCU 的一个 外设 ,它进行频繁数据读取和计算。
将数据保存在内部RAM 中,当M C U 有中断请求,就解析命令并执行MCU 所提交的任务。
在系统实际运行中,DSP 始终处于繁忙的计算中,而M C U 可能并不繁忙,只是在等待用户输入,处理远程通讯等,这样才能保证M CU 图3M C U 程序流程对于外界输入做出实时响应。
这样,在MCU 软件系统设计上,应该注重人机界面,系统的稳定性。
在DSP 的软件设计中,应该保证在整个软件系统及算法设计上具有较强的实时性和稳定性。
整个系统软件设计是由主程序和外部中断服务子程序和软件中断子程序组成。
M C U 的所有功能都是在图3所示的主流程下实现的。
DSP 的开发工具包括代码产生工具和代码调试工具。
代码产生工具对用户开发的高级语言或汇编语言源代码进行编译,生成可以在目标DSP 上运行的可执行代码。
代码调试工具根据调试者的命令观察DSP 的状态,控制DSP 代码的执行,进行结果显示,对用户的代码进行调试或性能测试。