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基于ADE7758的电力监测分析仪设计

作　者: 谢小鲲
导　师: 谢运祥
学　校: 华南理工大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 电力监测分析仪故障检测 Visual C++ 谐波分析系统校准
分类号: TM76
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 3次
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内容摘要

多功能电力监测分析仪是对电力线中传输的电力信号及电力装置进行实时测量的装置,它不仅可以测量传输的电压、电流值,而且可以测量有功、无功、视在功率、功率因数以及谐波成分和双向电能等,并且对基本的电力故障进行实时监测,对用户和电力部门都具有重要的实际意义。根据用户及电力部门的需求,本论文对电能参数测量的实现以及精度提高和实时故障监测进行了深入的研究。首先介绍了电力仪器技术的发展情况以及基本电力参数的测量理论,对目前常用的多种监测仪在计量精度、故障检测、成本以及可靠性等方面进行了分析比较,随后根据系统的技术要求和功能特点确定了一种电力参数监测仪器的总体设计和实现方案。硬件设计部分重点研究了如何简化电路、降低设备成本并能够实现多功能故障检测及高精度计量,采用高性能电能计量芯片取代了传统的采样电路进行信号的采集,并在设计时采用集成化元件简化外围电路,选用高速的低功耗单片机作为下位机的主控芯片,在通信上选用RS- 485串口,并根据电力部门的抄表协议确定通信方案。并系统地研究了硬件设计的抗干扰技术。论文的软件设计部分对电能计量芯片结合单片机实现多功能测量及监测原理进行了阐述,详细介绍了多种电能参数的测量方法、以及通信方式。总体设计时注意采用多种抗干扰技术。并很好的采用多重中断技术实现各个任务的实时快速处理。上位机应用软件使用Visual C++进行设计,主要分为三部分,其中用户应用界面部分实现动态数据显示以及实时监测及报警;数据查询部分实现基本参数的定时保存到Access数据库中,以便随时查询及分析,回溯负荷的历史运行状况;数据分析部分是对电压和电流谐波参数以柱状图表的方式显示出来,达到更加直观的分析谐波含量。经调试本文设计的电力监测分析仪实现了多种报警功能以实时监控以及多种电力参数的测量,在达到高测量精度的基础上同时降低了仪器体积,本设计构成的监测分析仪测量系统精度高,功能多,成本低,实时性好,在电力仪器仪表会有很大市场空间。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-16
  1.1 课题研究背景及意义  11
  1.2 国内外的研究现状  11-14
    1.2.1 国内外的研究现状  11-13
    1.2.2 未来发展趋势  13-14
  1.3 课题的研究依据与意义  14-16
    1.3.1 高性能dsPIC单片机  14
    1.3.2 高性能三相电能计量芯片ADE7758  14-15
    1.3.3 装置研发的意义  15
    1.3.4 课题研究任务和文章结构分布  15-16
第二章电力参数测量理论基础  16-29
  2.1 三相交流电信号模型  16
  2.2 电压、电流有效值的计算  16-17
  2.3 功率的计算  17-19
    2.3.1 有功功率的计算  17-18
    2.3.2 视在功率的计算  18
    2.3.3 无功功率的计算  18-19
    2.3.4 功率因数的计算  19
  2.4 电能的计算  19-21
    2.4.1 四象限电能测量介绍  19-20
    2.4.2 四象限电能计算  20-21
  2.5 频率的计算  21
  2.6 三相不平衡度的测量  21-23
  2.7 电网谐波  23-28
    2.7.1 谐波的基本计算  23-25
    2.7.2 离散傅立叶变换（DFT）原理  25-26
    2.7.3 快速傅立叶变换(FFT)原理  26-28
  2.8 本章小结  28-29
第三章硬件电路设计  29-42
  3.1 硬件电路的总体设计  29
  3.2 测量模块  29-32
    3.2.1 专用测量芯片ADE7758  29-30
    3.2.2 ADE7758 的引脚功能  30-32
  3.3 ADE7758 外围电路设计  32-34
    3.3.1 电压采样电路设计  32-33
    3.3.2 电流采样电路的设计  33-34
    3.3.3 其他外围电路的设计  34
  3.4 dsPIC芯片及其外围电路设计  34-37
    3.4.1 dsPIC30F系列基本特点介绍  34-36
    3.4.2 dsPIC复位电路与震荡电路的设计  36
    3.4.3 电源及掉电保护电路设计  36-37
  3.5 通信模块  37-39
    3.5.1 RS-485 接口介绍  37-38
    3.5.2 RS-485 通信电路  38-39
  3.6 按键及显示电路设计  39
  3.7 硬件抗干扰设计  39-41
  3.8 本章小结  41-42
第四章系统软件设计  42-64
  4.1 系统软件的总体设计  42
  4.2 下位机系统软件设计  42-56
    4.2.1 MPLAB集成开发环境(IDE)  42-43
    4.2.2 底层软件的总体设计  43-44
    4.2.3 系统初始化  44-47
    4.2.4 电参数的测量  47-50
    4.2.5 数据分析  50-52
    4.2.6 故障报警管理  52-53
    4.2.7 面板显示及按键处理程序设计  53-54
    4.2.9 RS485 通信设计  54-56
  4.3 上位机应用软件设计  56-62
    4.3.1 Visual C++集成开发环境  56-58
    4.3.2 串口通信设计  58-60
    4.3.3 动态数据实时显示  60-61
    4.3.4 数据保存与查询  61-62
  4.4 软件抗干扰设计  62-64
第五章系统调试  64-73
  5.1 误差分析  64
  5.2 测量的校准  64-71
    5.2.1 校准原理  65-66
    5.2.2 校准流程  66-67
    5.2.3 校准算法  67-70
    5.2.4 上位机校表软件设计  70-71
  5.3 现场调试结果  71-72
  5.4 本章小结  72-73
第六章结论与展望  73-74
参考文献  74-77
攻读硕士学位期间发表的学术论文  77-78
附录实验样机  78-79
致谢  79

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