可用于检测单相或三相交流供电系统的电能质量检测分析平台

一、项目概述

1.1 引言

随着现代工业的蓬勃发展，基于大功率电力电子开关设备的普及及应用，使得电力网中的非线性设备及电力负荷大量增加，同时由于为了提高系统效益而不断地采用电子装置，这些现象所带来的各种电能质量问题已日益突出。特别是冲击性和非线性负荷容量的不断增长，使得电网发生波形畸变和三相不平衡等电能质量问题，严重影响电力系统和电力用户供用电设备的安全运行。

电能质量的优劣将直接影响整个系统的稳定性和可靠性，已经引起了各国电力工作者的高度重视。电能质量所带来的问题和其他环境问题一样成为公害，电能质量的检测分析和质量控制越来越引起电力供应企业和电力用户的关注。电能质量的问题取决于供电和用电方，要提高电网的电能质量水平，使用户用上优质的电能，同时也为了电力设备的安全运行，必须由电力部门和接入电网的广大电力用户来共同维护。为了切实维护电力部门和用户的利益，保证电网的安全运行，净化电气环境，必须加强电力系统电网电能质量的检测和管理。

1.2 项目背景/选题动机

电能质量越来越引起电力企业与用户的关注，如何准确的评定电能质量的好坏，如何可靠的检测电能质量参数，已成为电能质量研究中必要的一环。研究电能质量并制定相应的标准，是评定电能质量以及电力技术工作者选用补偿方法、装置和技术措施的依据。

目前在国际上主要有两大电能质量标准体系，分别是IEEE标准和IEC标准，我国在参考这些电能质量标准的基础上，结合自己国家的国情，制定出自己的电能质量标准。我国电能质量有5项指标:电压偏差，频率偏差，谐波，电压波动和闪变，三相电压不平衡度，这些标准分别为：

《电能质量 供电电压允许偏差》(GB12325)

《电能质量 电力系统频率允许偏差》(GB/T 15945)

《电能质量 公用电网谐波》(GB/T 14549)

《电能质量 供电电压允许波动闪变》(GB12326)

《电能质量 三相电压允许不平衡度》(GB/T 15543)

与这些标准相关的测试应用范围广阔，工作方式和测试项目也比较多。这些测试要求同其他的自动化系统相比具有一定挑战性，电力应用决定了它是一个高速和实时性的应用，连续的测试分析统计又需要大的数据吞吐量，而作为测试分析设备或仪器又对分辨率和精度有较高要求。

为了满足电能质量的检测需求，有关电能质量检测和分析设备的研制开发一直都在进行中。国内外采取了许多先进的软、硬件技术以及数学仿真方法，涌现了许多研究成果和相应的产品。目前电能质量研究分析的方法主要有：时域仿真方法、频域分析方法和基于变换方法；这些实现有基于微处理器开发的嵌入式系统，也有运行于计算机上的基于各种高级编程语言开发的软件系统。其中，嵌入式的电能质量在线检测仪，由于其抗干扰能力强、精度高、耗电低、体积小、免维护、费用省等特点，成为电能质量在线检测的首选设备，而且，通过快速的数据传输通道，将所获取的原始数据传输计算机系统上，可以进行一些需要大量的存储空间和运算能力的复杂的分析计算和统计。

经过分析，我们认为这些测试要求具有一定的共性，将电能质量检测分析共性的部分抽取出来，开发一个检测分析平台，然后在其基础上开发不同的测试功能和不同运行模式的产品，是可行的。本项目的核心是基于PIC32设计开发电能质量检测分析平台，采用高性能RISC处理器，高速实时采集检测点的三相电流和三相电压模拟信号，对数据进行实时分析处理，计算电网的各种电能参数，分析电网的电能质量，对这些信息进行即时显示，将检测数据进行就地存储，并能通过通信接口将数据传输到后台计算机系统。

二、需求分析

2.1 功能要求

测试平台要完成功能的主要要求有：对电压和电流通道信号进行高速采集，设计各种数据电参量计算的算法和统计算法，开发可灵活组织的人机界面程序，系统具有大吞吐量的数据传输方式。配备PC机端软件，数据通过以太网口或USB接口与PC机端软件进行通信，PC机软件可以进行数据的读取、处理、存储、显示等操作。

本设计的检测系统用于单相或三相交流供电系统，适用于低压220/380V系统，也可以经由电压互感器检测高压系统，电流信号输入为0-5A，直接测量或经由电流互感器接入。电能质量检测装置主要由信号调理模块、PIC32采集处理模块和 PC机软件模块这三大模块构成。系统的整体架构见图1。

图1 系统架构

2.2 性能要求

性能方面要求：三相电压，三相电流输入，采样速率每周波128点，100M以太网或/和全速USB接口等。

2.3 可扩展性

此设计完成后，可以进一步开发不同的功能，完成诸如谐波测试分析，闪变测试，无功功率