變電站無(wú)功控制裝置設(shè)計(jì)【獨(dú)家畢業(yè)課程設(shè)計(jì)帶任務(wù)書(shū)+開(kāi)題報(bào)告+外文翻譯】,變電站,無(wú)功,控制,節(jié)制,裝置,設(shè)計(jì),獨(dú)家,畢業(yè),課程設(shè)計(jì),任務(wù)書(shū),開(kāi)題,報(bào)告,講演,呈文,外文,翻譯 第 1 頁(yè) 共 16 頁(yè) 基于 分布式電能質(zhì)量評(píng)估測(cè)量系統(tǒng) 摘 要 工業(yè) 系統(tǒng) 已經(jīng) 幾乎完全轉(zhuǎn)向復(fù)雜的電子設(shè)備 時(shí)代 。電能質(zhì)量 (析對(duì)經(jīng)濟(jì) 十分重要，因?yàn)楦鞣N電氣設(shè)備對(duì)電能質(zhì)量的變化十分敏感。 工業(yè)過(guò)程的控制和 監(jiān)測(cè)主要 集中在電氣保護(hù) ，而很少集中在電能質(zhì)量上?，F(xiàn)在先進(jìn)的測(cè)量和通信系統(tǒng)使安裝基于網(wǎng)絡(luò)的電能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成為現(xiàn)實(shí)。從某種意義上說(shuō)，本文提出了一種創(chuàng)新的低成本測(cè)量系統(tǒng)，本文還研究了 分布式電能質(zhì)量測(cè)量系統(tǒng) 存在的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢(shì)。 關(guān)鍵字 ： 分布式系統(tǒng)；電能質(zhì)量；智能傳感器。 1 簡(jiǎn)介 隨著越來(lái)越多的電子設(shè)備進(jìn)入工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域，電能質(zhì) 量和電能質(zhì)量測(cè)量裝置越來(lái)越受到用戶(hù)的關(guān)注，其中，電能質(zhì)量主要由兩方面表征： (1)電能質(zhì)量的技術(shù)術(shù)語(yǔ)包括：供電可靠性和電壓質(zhì)量，其中供電可靠性表征持續(xù)穩(wěn)定供電的能力，電壓質(zhì)量表征電壓電平的變化和抗擾能力。 (2)相關(guān)的商業(yè)服務(wù)規(guī)范（如與電網(wǎng)延遲連接等）以及電能零售商業(yè)服務(wù)客戶(hù)的規(guī)范。 當(dāng)發(fā)生持續(xù)中斷，電壓下降到 0V 超過(guò) 1 分鐘，這個(gè)問(wèn)題是每個(gè)用戶(hù)都遇到過(guò)的問(wèn)題，也是電網(wǎng) 供電中 常見(jiàn)的現(xiàn)象。 系統(tǒng)平均中斷頻率 、 客戶(hù)平均中斷持續(xù)時(shí)間 ，這些指標(biāo)并不能表征電能質(zhì)量。 要根據(jù)理想正弦電源的電壓、電流的電磁偏差來(lái)評(píng)估電壓質(zhì)量 和電源干擾。電壓質(zhì)量的干擾因素主要源于對(duì)設(shè)備操作，其可能導(dǎo)致的結(jié)果有： 電壓瞬變 、電壓跌落、電壓驟升、浪涌。一些常用的術(shù)語(yǔ)可以從文獻(xiàn) [2]中找到。供電系統(tǒng)中電能質(zhì)量的好壞存在很大差別，并且取決于多方面的因素。例如照明、工廠投切大容量負(fù)荷或者非線性負(fù)荷、由于動(dòng)物、樹(shù)枝、車(chē)輛或人為因素導(dǎo)致的相間短路或接地短路，這些都會(huì)影響供電質(zhì)量。一些電力供應(yīng)商在建設(shè)時(shí)遵守參考文獻(xiàn) [3]的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行電力設(shè)施建設(shè)。 在所有類(lèi)別的干擾中，電壓跌落和瞬時(shí)供電中斷是自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)中最常見(jiàn)的干擾[4]。 電壓 跌落 通常定義為實(shí)際電壓 跌落 超過(guò)額定 電壓的 10%并且持續(xù) 周期。此外，電壓驟升（電壓驟升不那么常見(jiàn)）通常不會(huì)破壞敏感負(fù)載，但會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害。瞬時(shí)電壓中斷通常是指實(shí)際電壓下降為額定電壓 10時(shí)間為 周期。自然因素（例如大樹(shù)倒塌壓倒輸電線路或者雷擊等）、負(fù)荷變化（例如線路投切或者人為失誤）、電力活動(dòng)（如電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)），這些都可能導(dǎo)致電壓跌落。在輸電線路中，電壓跌落的種類(lèi)根據(jù)輸電線路在輸電網(wǎng)絡(luò)中位置的不同而不同 [5]。由于這些短暫的過(guò)程，普通用戶(hù)很少會(huì)覺(jué)察到這些電壓質(zhì)量變化過(guò)程。然而，對(duì)于大多數(shù)工業(yè)用戶(hù)，造 成停電 第 2 頁(yè) 共 16 頁(yè) 的另一個(gè)顯著原因是大規(guī)模整體頻率偏移，由于這個(gè)原因可能導(dǎo)致停電時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)小時(shí) [6]。研究發(fā)現(xiàn) 85%的供電中斷的原因是電壓質(zhì)量達(dá)不到要求，而電壓驟降是電壓質(zhì)量達(dá)不到要求的主要原因。 另一些主要問(wèn)題與線路電壓無(wú)關(guān)（特別是長(zhǎng)時(shí)間電壓驟降），包括設(shè)備跳閘、停轉(zhuǎn)、過(guò)載，如果敏感設(shè)備對(duì)電壓要求較高，在供電過(guò)程中發(fā)生波動(dòng)，如果電網(wǎng)沒(méi)有足夠的能力抵抗波動(dòng)，則敏感設(shè)備將停運(yùn)。這些因素隨后將導(dǎo)致供電效率降低，更高的電力需求，更高的花銷(xiāo)，控制電路受到電磁干擾，電纜和設(shè)備過(guò)熱，并且增加設(shè)備受損的幾率。線路電壓調(diào)整仍然是提高工 業(yè)生產(chǎn)力的內(nèi)在要求。調(diào)整線路電壓的方法有幾種，這些方法被廣泛應(yīng)用于市場(chǎng)中。其中最常用的是不間斷供電系統(tǒng) (近年來(lái)，例如基于電力電子技術(shù)的定制電源設(shè)備的新技術(shù)得到不斷發(fā)展，這給提高電能質(zhì)量提供了一套解決方案 [7]。然而阻礙提高電能質(zhì)量的障礙是電力參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和存儲(chǔ) [8]。 準(zhǔn)規(guī)定了電力參數(shù)測(cè)量的方法并規(guī)定了與電壓質(zhì)量相關(guān)的參數(shù)的測(cè)量方法。根據(jù)精度的不同規(guī)定測(cè)量裝置的等級(jí)。當(dāng)對(duì)測(cè)量精度要求嚴(yán)格時(shí)，則必須使用 A 類(lèi)測(cè)量?jī)x器。例如，合同中的應(yīng)用，驗(yàn)證符合標(biāo)準(zhǔn)，解決糾紛，等等。 B 類(lèi) 測(cè)量?jī)x器被用來(lái)確定統(tǒng)計(jì)值和調(diào)節(jié) /糾正錯(cuò)誤。因?yàn)殡娫磾_動(dòng)的發(fā)生是高度不可預(yù)知的，所以需要一個(gè)適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)能夠連續(xù)不間斷的檢測(cè)電能質(zhì)量參數(shù)的變化。 先進(jìn)的電能質(zhì)量測(cè)量?jī)x器的特性和趨勢(shì)可以從參考文獻(xiàn) [11查到。最近幾年，提出了一些實(shí)驗(yàn)解決方案。在 [14]的系統(tǒng)中，該系統(tǒng)使用了標(biāo)準(zhǔn) P 技術(shù)構(gòu)建了低壓供電網(wǎng)絡(luò)，這一網(wǎng)絡(luò)可以看成大型供電網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)化模型。和以往類(lèi)似，硬件系統(tǒng)由多臺(tái) 構(gòu)成，每臺(tái) 通過(guò)電壓變送器連接到一個(gè)電力系統(tǒng)，并且每臺(tái) 使用 圖形化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言模擬虛擬儀器。此外，現(xiàn)在許多電力公司在高壓和中壓變電站利用電能質(zhì)量測(cè)量裝置來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量 [16]。在過(guò)去十年中電力科學(xué)研究院的發(fā)展是其中最具有意義的一個(gè)里程碑 [17]。然而目前安裝的最廣泛的裝置是 [18]。另一方面，許多自動(dòng)化的工廠目前使用專(zhuān)用的 量設(shè)備，但只用于公共耦合點(diǎn)（ 在 件中確定事故責(zé)任。 然而，在工廠內(nèi)，沒(méi)有任何可提供參考的整合分布式測(cè)量 需要一種低成本的裝置來(lái)連續(xù)不間斷的監(jiān)控電力參數(shù)。這是必要的，因?yàn)楹芏嚯[性故障不是 源于諸如操作失誤或者不正確的接線設(shè)計(jì)。雖然所有主要的事件都可以捕獲，但是，這樣可能會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的非關(guān)鍵的數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。維護(hù)人員必須整理這些數(shù)據(jù)來(lái)分析干擾的來(lái)源。手動(dòng)的方法昂貴，耗時(shí)，而且容易出錯(cuò)。使用定制軟件來(lái)分析每個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，成本非常昂貴而且難以維護(hù)，并且其底層擴(kuò)展也很難。因此，設(shè)計(jì)一種能夠在電能質(zhì)量測(cè)量中具有分析、存儲(chǔ)和解釋大量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)是相當(dāng)具有挑戰(zhàn)性的。本文介紹了一種基于網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量測(cè)量裝置，本裝置適用于工業(yè)或者商業(yè)。 第 3 頁(yè) 共 16 頁(yè) 本文結(jié)構(gòu)如下 : 第 2 節(jié) ， 總結(jié)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)策略 ； 第 3 節(jié) 描述傳感器的配置 ； 第 4 節(jié)講述測(cè)量 的誤差；第 5 節(jié)說(shuō)明定時(shí)協(xié)議的兼容性；在第 6 節(jié)中描述了系統(tǒng)的操作；最后，第 7 節(jié)得出結(jié)論。 2 設(shè)計(jì)策略 求 基于網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量系統(tǒng)作為一種檢測(cè)儀器，這種檢測(cè)儀廣泛依賴(lài)于工廠配電網(wǎng)中低成本傳感器（如 ）的安裝。這些傳感器連續(xù)不間斷的檢測(cè)電量的消耗以及記錄各種件詳細(xì)數(shù)據(jù)， 包括停電，限電，短時(shí)持續(xù)時(shí)間的擾動(dòng)，電壓 跌落 和驟升 。除了這些功能，更先進(jìn)的功能，例如節(jié)能，提高能源利用率，這些功能也應(yīng)該得到實(shí)現(xiàn)。 另外， 也可以從各個(gè)廠房 的站點(diǎn) 內(nèi)收集所有測(cè)量的 據(jù) 。 從 感器的數(shù)據(jù)可以識(shí)別 件，并確定 其對(duì)單個(gè)機(jī)器的影響。另外，由于 檢測(cè)器所測(cè)量 的數(shù)據(jù) 是 通過(guò)因特網(wǎng)上傳 ，我們可以將各個(gè)站點(diǎn)測(cè)得的數(shù)據(jù)建立聯(lián)系，以便確定其中某一個(gè)站點(diǎn)測(cè)得的數(shù)據(jù)是否被檢測(cè)到或者是否對(duì)其他站點(diǎn)產(chǎn)生影響。從這些信息中，我們可以確定某一電力事件的起因以及其對(duì)公司的影響。 雷擊引起的高頻脈沖 ，電壓調(diào)整不足引起的長(zhǎng)時(shí)間過(guò)電壓，這兩個(gè)原因都會(huì)影響量。測(cè)量裝置的精度也會(huì)影響測(cè)量參數(shù)的選擇。一般來(lái)說(shuō)，這些傳感器用于測(cè)量以下參數(shù)： 電壓，電流，有功功率，視在功率，總無(wú)功功率，基本頻率的無(wú)功功率， 用電量，電費(fèi)， 功率因數(shù) ，電源電壓的總諧波失真（ 九個(gè)最重要的諧波電壓， 三相電源電壓和 頻率的不平衡 。電壓驟升，驟降和中斷。 檢測(cè)儀可以按秒、分、小時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。最簡(jiǎn)單的 測(cè)儀僅僅檢測(cè)上述的電力參數(shù)，包括電壓電流的變化。 可以將 在線和離線分析作為實(shí)施方案。 在線分析用于需要得到立即響應(yīng)和處理的事件（例如電壓驟降和中斷）的分析。在線數(shù)據(jù)分析可以在監(jiān)測(cè)儀器內(nèi)進(jìn)行，也可以集中在一個(gè)中央處理器內(nèi)進(jìn)行。為了降低數(shù)據(jù)容量，將各種電力事件分成三類(lèi)： 瞬變，中斷或電壓驟降和驟升 。由于可能會(huì)在同一時(shí)間內(nèi)收到多個(gè)報(bào)警信號(hào)，所以必須使用一些自動(dòng)分類(lèi)排序電力事件的算法。這可以通過(guò) 使用各種不同的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，例如，最大持續(xù)時(shí)間，最大幅度或能量最大的變化。 以下信息通常包含 于一份 關(guān)于離線 析 的 報(bào)告中 ： （ 1） 穩(wěn)態(tài)變化統(tǒng)計(jì)（電壓電平，諧波，不平衡，或閃爍）。 （ 2） 從事故產(chǎn)生的事件統(tǒng)計(jì)（驟降，短期中斷，驟升，或瞬間）。 （ 3）識(shí)別 干擾的可能原因。 （ 4） 電磁兼容性的表征設(shè)備和安裝的水平。 第 4 頁(yè) 共 16 頁(yè) （ 5） 成本效益和建議維護(hù)解決方案。 此外，有必要采取近似的措施，區(qū)分局部近似于和全局。因此，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)的 Q 報(bào)告兼容： （ 1） 現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告（如詳細(xì)介紹了足夠質(zhì)量報(bào)告，規(guī)劃的無(wú) 功功率，對(duì)于使用各種設(shè)備）。 （ 2） 工廠網(wǎng)絡(luò)報(bào)告（如給簡(jiǎn)單的網(wǎng)站指數(shù)所有的測(cè)量點(diǎn)，為投資計(jì)劃和電壓驟降等干擾管理，提供關(guān)聯(lián)記錄地質(zhì)事件的能力圖形化分散的地方）。 本報(bào)告的所有的情況下，隨著站點(diǎn)指數(shù)的平均化以及事件的記錄，會(huì)得到不同的測(cè)量值和事件記錄。 現(xiàn)方法 基于網(wǎng)絡(luò)的 測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)分為以下三個(gè)步驟。首先，要以一定的采樣頻率和分辨率獲得采樣電壓。對(duì)于每一個(gè)事件，采樣電壓以一定的采樣頻率（每秒采樣的次數(shù)）和采樣分辨率（表示電壓大小位數(shù)）獲取。 因?yàn)榇蠖鄶?shù)的 件低于 5 頻率 ，所以許多商業(yè) 量?jī)x器采取每個(gè)周期 256 個(gè)采樣點(diǎn)的方法進(jìn)行采樣。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)發(fā)生故障時(shí)，存儲(chǔ) 的數(shù)據(jù) 能 為工程故障排除 提供 最詳細(xì)的信息 。 然后，從采樣電壓計(jì)算出事件的特征函數(shù)。 這 些 特性包括電壓有效值，電流有效值，負(fù)序，零序 分量 ，有功和無(wú)功功率，諧波失真和 個(gè)別 諧波分量 。對(duì)于三相電路，三相電壓在時(shí)間上有不同的特性。 這三個(gè)額外特性 是必須的。 已經(jīng)提出了幾種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。盡管主要是基于單相測(cè)量 [10]，在 多 通道測(cè)量中 ，當(dāng)需要進(jìn)一步分析計(jì)算單項(xiàng)指標(biāo)，應(yīng)該考慮最糟糕的情況。 這將在下面進(jìn)行分析。 作為補(bǔ)充，持續(xù)不間斷測(cè)量可以開(kāi)始于一個(gè)通道 并結(jié)束于另一個(gè)通道； 這種方法提出了 跌落特性，也可以擴(kuò)展到中斷和電壓驟升中， 這兩個(gè)過(guò)程減少過(guò)度計(jì)數(shù) ， 是一種 ''相聚合 ―技術(shù)。 最后，該方法從事件和變化特征計(jì)算單指標(biāo)。關(guān)鍵的一點(diǎn)是分析所需的時(shí)間檢索數(shù)據(jù)。然后， 據(jù)可以被重新計(jì)算并打包放入目錄中，這樣 據(jù)就可以重新收集并通過(guò) 行存儲(chǔ)。 這包括電壓驟降和驟升的幅度，持續(xù)時(shí)間的表，瞬變表， 這些表包含最大電壓幅值，瞬態(tài)時(shí)間，瞬態(tài)頻率， 或用戶(hù)指定的大小持續(xù)時(shí)間曲線 [19]。 另外，它可以提供各種最小，平均，最大值，標(biāo)準(zhǔn)偏差，計(jì)數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析， 這些都是測(cè)量諧波 指數(shù)所必要的。在離線系統(tǒng)中， 單指數(shù)給用戶(hù)準(zhǔn)確的診斷 。 總 件的匯總是每一個(gè)單一事件數(shù)據(jù)測(cè)量的匯總，這是標(biāo)記計(jì)算的目的。總事件 第 5 頁(yè) 共 16 頁(yè) 收集相關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)（幅度，持續(xù)時(shí)間，等），總事件與故障相關(guān)聯(lián)。 許多設(shè)備、工藝或者誤操作都會(huì)導(dǎo)致電壓下降。因?yàn)檫@個(gè)過(guò)程不會(huì)重新啟動(dòng)，所以保護(hù)電路不會(huì)導(dǎo)致誤操作。鑒于一個(gè)電力系統(tǒng)發(fā)生的多次事件可能會(huì)降低供電質(zhì)量。因此，一個(gè)聚集期應(yīng)選擇和時(shí)間序列相關(guān)的保護(hù)方案?？梢匀我膺x擇時(shí)間的長(zhǎng)度， 1366 中規(guī)定的時(shí)間為 5 分鐘，考慮到電壓驟降會(huì)影響工業(yè)負(fù)荷，一些公司采用 15 分鐘或者 30 分鐘。然而 1 分被認(rèn)為是最短的時(shí)間。 空間聚集是用來(lái)減少有效值的測(cè)量變化，多個(gè)設(shè)備的時(shí)間匯總測(cè)量與單個(gè)儀器的結(jié)合。這種類(lèi)型的聚集將會(huì)在單一變電站的有效值計(jì)算中產(chǎn)生影響。 3 感器配置 傳感器可分為電氣，機(jī)械，熱，輻射，光，磁，化學(xué) /生物化學(xué)傳感器。根據(jù)傳感器的大小可以將傳感器分為微型傳感器和一般傳感器。傳感器的分類(lèi)是靈活的。 功率測(cè)量中 ，傳感器輸出可以是電壓 信號(hào) 或電流信號(hào) ，這是傳統(tǒng)的模擬傳感器。通過(guò)一個(gè)傳輸通道可以將這些模擬信號(hào)送到中央控制模塊進(jìn)行處理。隨后出現(xiàn)了數(shù)字傳感器，這些數(shù)字傳感器可以 讀取模擬信號(hào)并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。在線監(jiān)測(cè)是工業(yè)發(fā)展的一個(gè)新趨勢(shì)。雖然數(shù)字傳感器可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，但是，數(shù)字傳感器同樣會(huì)給中央處理器帶來(lái)額外的負(fù)擔(dān)，例如數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)，網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。因此數(shù)字傳感器和模擬傳感器都被稱(chēng)為“遲鈍的”傳感器，這是因?yàn)檫@兩種傳感器都不具備數(shù)據(jù)處理能力。智能傳感器能和人類(lèi)的智慧相比。這意味著這種傳感器可以提供原始的數(shù)據(jù)。這種傳感器應(yīng)該叫做“智能”傳感器而不是“聰明”傳感器。智能傳感器由三個(gè)部分組成： 通信，數(shù)據(jù)采集和傳感器 ?，F(xiàn)在已經(jīng)可以在一塊芯片上集成上述的三個(gè)功能 [20]。 相較于 傳統(tǒng) 傳 感器，智能傳感器有自己的 ―大腦 ‖， 智能傳感器可以做出自己的決定。智能傳感器通常輸出數(shù)字信號(hào)，這些數(shù)字信號(hào)可以被 嵌入式微處理器內(nèi)核 處理。 傳感器的數(shù)目，電源，通信節(jié)點(diǎn)，該通信能力（單向，雙向，不間斷的或 間斷的 ） 這些因素都會(huì)影響智能傳感器的價(jià)格。然而，目前大多數(shù)智能傳感器通常都有一個(gè)用戶(hù)界面，有獨(dú)立的專(zhuān)有網(wǎng)絡(luò)，例如 總線或線 網(wǎng)絡(luò) 。由于歷史原因，這些現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議彼此之間不兼容，但都與以太網(wǎng)兼容。 近些年互聯(lián)網(wǎng)的使用程指數(shù)增長(zhǎng)。這也使得使用互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品成為一種趨勢(shì)， 這一趨勢(shì)的發(fā)展。通過(guò)公用網(wǎng)絡(luò)，互聯(lián)網(wǎng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信功能。它是基于標(biāo)準(zhǔn)的 務(wù)應(yīng)用程序，可以簡(jiǎn)單地集成到 其他 務(wù)的應(yīng)用程序和基礎(chǔ)設(shè)施。近十年來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)幾乎無(wú)所不在，圖 2 展示的傳感器可作為嵌入式 務(wù)器。其基本功能是采集各個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)可以直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器、客戶(hù)端訪問(wèn)，并且可以將數(shù)據(jù)通過(guò) 據(jù)格式導(dǎo)入到其他系統(tǒng)中。這樣就 第 6 頁(yè) 共 16 頁(yè) 可以通過(guò)局域網(wǎng)輕松的訪問(wèn)數(shù)據(jù)。 本文提出了一種基于 率測(cè)量芯片的分布式智能電力參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有測(cè)量精度高，帶有串口通訊功能，帶 有 二階 Σ數(shù)轉(zhuǎn)換器 ， 基準(zhǔn)電路，溫度傳感器， 能 。 一個(gè)高度穩(wěn)定的振蕩器被集成到 系統(tǒng)中以用來(lái)提供時(shí)序脈沖 。 該系統(tǒng)能夠測(cè)量包括增益，相位和偏移等參數(shù)。 片包含了波形采樣寄存器和能夠保持 5 秒的有功功率寄存器。 率測(cè)量?jī)x表包括以下幾個(gè)模塊： 量模塊，微控制器模塊（ 及通信模塊。 于在斷電時(shí)存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)。本文開(kāi)發(fā)的 B 類(lèi)版本能夠測(cè)量的參數(shù)有：電壓驟降，電壓驟升，過(guò)流次數(shù)以及停電次數(shù)， 最大和最小頻率 ，相位等 。如圖 1 所示，微控制器和的通信通過(guò)串口（ 實(shí)現(xiàn)。通過(guò) 口可以訪問(wèn) 所有寄存器，并且用戶(hù)可以通過(guò)串口來(lái)矯正 括 增益，偏移和相位誤差 等。 這種測(cè)量 集成了一個(gè)檢測(cè)電路 ，通過(guò)這一電路可以檢測(cè)短路持續(xù)時(shí)間和電壓的高低變化。外部 口可以為 片與嵌入式 務(wù)器提供通信。該模塊是一個(gè)設(shè)計(jì)用于連接工業(yè)設(shè)備的獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，使用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的 議。 它包含一個(gè)以太網(wǎng)服務(wù)器和 85/422 接口。標(biāo)準(zhǔn)功能包括： （ 1）使 用標(biāo)準(zhǔn)的 覽器（ 議）或 序以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。 （ 2） 通過(guò) 85/422 串行端口 實(shí)現(xiàn) 連接。 （ 3） 85/422 串行接口來(lái) 在使用 P 協(xié)議的服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù) 。 （ 4） 使用標(biāo)準(zhǔn)的主頁(yè)或使用自定義網(wǎng)頁(yè)特殊的小程序 圖 感器框圖 第 7 頁(yè) 共 16 頁(yè) 圖 型開(kāi)發(fā)板 4 測(cè)量誤差 這一部分將會(huì)提及最重要的的測(cè)量誤差，主要涉及 路測(cè)量誤差，這將是功率測(cè)量?jī)x表 [23]研究的重點(diǎn)，也是構(gòu)成功率測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)。以下提出了一些公式。 輸 出頻率的誤差用 示公式如下： ? ? 1F (1) 其中參數(shù) [23]中被提及。這一計(jì)算結(jié)果是用于調(diào)整 部寄存器產(chǎn)生的誤差。 相位誤差 可以 通過(guò)公式 （ 2） 計(jì)算 得 ，它參考 噪聲短期誤差的變化。 )3? (2) 其中用于測(cè)量的功率的相誤差 的公式是： 第 8 頁(yè) 共 16 頁(yè) a l c u l a t e d a l c u l a t e e a s u r e d P ?(3) 公式（ 2）用于校準(zhǔn)。 直流誤差在 產(chǎn)生，通過(guò)使用 [23]中的方法可以補(bǔ)償 直流誤差。 電流互感器是最常用的電流測(cè)量傳感器，電流互感器有良好的隔離作用，與設(shè)備相結(jié)合的電流相位線 [23];在畸變的條件下認(rèn)為有 非線性誤差。 通道之間的匹配是電能參數(shù)測(cè)量的關(guān)鍵。在 功率因素以及每相 相位誤差，將會(huì)在電力參數(shù)測(cè)量中產(chǎn)生 誤差。因此任何信道之間的匹配失衡將會(huì)導(dǎo)致測(cè)量時(shí)誤差過(guò)大，所以校準(zhǔn)時(shí)必須的。 與 關(guān)的其他測(cè)量誤差可以查閱 [23]文獻(xiàn)。 5 定時(shí)協(xié)議的比較和連接 簡(jiǎn)要的對(duì) 588 協(xié)議， 議和 451 協(xié)議 進(jìn)行對(duì)比。相對(duì)于其他專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)，分布式電力測(cè)量系統(tǒng)對(duì)時(shí)序的要求則沒(méi)有那么嚴(yán)格。分布式系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域使用的同步技術(shù)包括使用含有同步時(shí)鐘的系統(tǒng)組件，這些組件在系統(tǒng)中相互同步，因此又稱(chēng)之為網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議 (者 (現(xiàn)行時(shí)鐘系統(tǒng)符合 588 規(guī)范，如 [24]. （ 1）定時(shí)精度往往以亞微秒計(jì)算。 （ 2）該技術(shù)在一定范圍內(nèi)可用，例如以太網(wǎng)和其他一些工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)。 （ 3）縮小管理是非?？扇〉摹? （ 4）該技術(shù)可以降低成本，降低終端設(shè)備的使用量，減少對(duì)網(wǎng)路和計(jì)算機(jī)資源的占用。 為了提供精準(zhǔn)的時(shí)間 ，我們完成了 50 次測(cè)量。平均結(jié)果是 顯然是考慮到 588 屬于獨(dú)立于測(cè)量系統(tǒng)。 該系統(tǒng)符合 準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)定義一個(gè) 議，規(guī)定了媒體訪問(wèn)控制子層 (物理層規(guī)范 [25]。 智能傳感器接口標(biāo)準(zhǔn) 451 使智能設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的互聯(lián)變得更加簡(jiǎn)單[26]。本文提出的系統(tǒng)與 451 這一標(biāo)準(zhǔn)兼容。 6 系統(tǒng)操作 第 9 頁(yè) 共 16 頁(yè) 感器 中央控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖 3 所示， 每個(gè)用戶(hù)都可以注冊(cè)和配置的傳感器，調(diào)節(jié) 傳感器 靈敏度，并指定 和 部署 傳感器 的 位置 以及 電子郵件通知地址。 圖 統(tǒng)顯示來(lái)自站點(diǎn)信息網(wǎng)頁(yè) 網(wǎng)站還提供了一些方法，以查看單個(gè)或匯總監(jiān)視器的數(shù)據(jù)。客戶(hù)端軟件通過(guò)趨勢(shì)圖、表格或者電壓記錄的方式顯示分析結(jié)果。這些是站點(diǎn)采集一定周期的數(shù)據(jù)后獲得 計(jì)信息一種非常常見(jiàn)的工具。這些信息給工廠用電電能質(zhì)量的好壞提供了依據(jù) [5]。這種圖被稱(chēng)為持續(xù)幅值散點(diǎn)圖。它源于信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（ 線轉(zhuǎn)換信息，原名計(jì)算機(jī)商業(yè)設(shè)備制造商協(xié)會(huì)（ 線。曲線規(guī)定幅度和輸入持續(xù)時(shí)間的范圍，這樣輸入電壓的變化不影響電子設(shè)備的可靠性。此外，當(dāng)所有用戶(hù)都在 同一個(gè)局域網(wǎng)上，靜告可以生成并在服務(wù)器上發(fā)布。對(duì)于實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，用戶(hù)必須需要立即訪問(wèn)的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析診斷。 以自動(dòng)生成報(bào)表并通過(guò)郵件將報(bào)表“推送”給用戶(hù)。當(dāng)用戶(hù)對(duì)每日的數(shù)據(jù)報(bào)表有需求時(shí)，這種方法十分有用。像往常一樣當(dāng)數(shù)百個(gè)測(cè)量點(diǎn)分布在工廠網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須用一些規(guī)范來(lái)將這些信息組織起來(lái)。 文件格式數(shù)據(jù)交換必須足夠靈活，以包含不同類(lèi)型的擾動(dòng)。最常用的格式是準(zhǔn)。 能質(zhì)量數(shù)據(jù)交換格式（ 供了一個(gè)緊湊的，靈活的，可擴(kuò)展的，中立的平臺(tái)來(lái)交換這些不 同的 器和軟件之間測(cè)量數(shù)據(jù)。 被優(yōu)化的以最小化存儲(chǔ)和傳送時(shí)間的二進(jìn)制格式。然而，數(shù)據(jù)操作的便捷性比數(shù)據(jù)的大小更重要，因此人們提出另一種更容易解析的數(shù)據(jù)格式 件由 言構(gòu) 第 10 頁(yè) 共 16 頁(yè) 成。 最后，在一個(gè)企業(yè)系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)可以用于將數(shù)據(jù)推至一個(gè)用密碼保護(hù)的網(wǎng)站。這允許多個(gè)不同局域網(wǎng)的用戶(hù)訪問(wèn)這些數(shù)據(jù)。 據(jù)排序 事件數(shù)據(jù)包括事件的持續(xù)時(shí)間，事件類(lèi)型，開(kāi)始時(shí)間，結(jié)束時(shí)間，平均值，以及最小或最大值。事件數(shù)據(jù)也包含事件的方向，事件方向即事件源的相對(duì)位置。事件趨勢(shì)結(jié)果的診斷分為小 時(shí)曲線，周曲線，月曲線。此外，用戶(hù)可以找到在一天，一周，一個(gè)月時(shí)間段對(duì)應(yīng)的 件。以時(shí)間圖的形式顯示的事件數(shù)量累積圖 ,總結(jié)診斷某時(shí)期發(fā)生的事件序列。這些是站點(diǎn)采集一定周期的數(shù)據(jù)后獲得 計(jì)信息一種非常常見(jiàn)的工具。要確定事件的確切位置，系統(tǒng)還要求電力系統(tǒng)拓?fù)鋽?shù)據(jù)。對(duì)于事件的定位算法，用戶(hù)應(yīng)建立精確的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。從這些單一指標(biāo)得到的組合設(shè)施供電質(zhì)量?jī)?yōu)劣的信息 [5]。 圖 一年中 線 位置檢測(cè)異常 圖 4 代表標(biāo)準(zhǔn)的圖表 ; 它展示在監(jiān)視時(shí)段期間有效值的變化，這種圖也被稱(chēng)為幅度 是從 換信息（信息技術(shù)工業(yè)協(xié)會(huì)）曲線 [27]轉(zhuǎn)換而來(lái)的，該曲線就是原 算機(jī)商業(yè)設(shè)備制造商協(xié)會(huì)）曲線。該曲線被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)硬件的典型設(shè)計(jì)。曲線規(guī)定不影響電子設(shè)備的可靠性的連續(xù)電壓輸入幅值?？梢钥吹?，穩(wěn)態(tài)誤差在標(biāo)稱(chēng)電壓的 10%以?xún)?nèi)。在此范圍內(nèi)，設(shè)備將運(yùn)行正常。對(duì)于較短的時(shí)間事件公差會(huì)擴(kuò)大。 第 11 頁(yè) 共 16 頁(yè) 例如，電壓下降至標(biāo)稱(chēng)的 70％可以允許長(zhǎng)達(dá) ，而電壓驟升可以允許達(dá)到標(biāo)稱(chēng)的 120％。這種敏感曲線僅適用于 備 ; 對(duì)于大多數(shù)設(shè)備 [3] 并不具有完全不同的靈敏度特性。 線是專(zhuān)門(mén)在 60120 伏配電系統(tǒng)中使用。 該規(guī)定在歐洲的 50 30 V 配電系統(tǒng)中用于判斷電能質(zhì)量?jī)?yōu)劣 [10]。將這條曲線作為參考。研究表明，一個(gè)普通的站點(diǎn)每個(gè)月約有 45 次電壓驟降和五次瞬間中斷。 密度表是一種呈現(xiàn)電壓驟降的常見(jiàn)方法。以下推薦的 準(zhǔn)，和 個(gè)表給出了在給定范圍的大小與給定的時(shí)間范圍的電壓驟降（平均）值。得到累積電壓表的值的可以表示為一個(gè)用 2示的累計(jì)角頻率、幅度和持續(xù)時(shí)間。中間函數(shù)用插值算法計(jì)算。電壓驟降的等高線圖對(duì)應(yīng)于圖 5 圖 6 所示 ,與輪廓表示下降頻率等于 5、 10、 50、 100 和每年 200 個(gè)事件。 設(shè)備的靈敏度（電源）向電壓驟降通常用幅度和電壓驟降持續(xù)時(shí)間表示。因此提出“矩形電壓耐受曲線”。這條曲線表明，如果電壓跌落時(shí)間超過(guò)指定時(shí)間或者電壓幅度驟降太多將導(dǎo)致故障。從一個(gè)設(shè)備可以獲得電壓與設(shè)備直接相關(guān)的對(duì)應(yīng)的等值線圖的信息。因此，在這種情況下，如果電源能承受的電壓驟降下降到 37％，持續(xù)時(shí)間達(dá) 20 毫秒，設(shè)備將每年跳閘 53 次。 像往常一樣 ,當(dāng)數(shù)以萬(wàn)計(jì)有時(shí)數(shù)以百計(jì)的措施 ——共存表示―狀態(tài) ‖在工廠的分銷(xiāo)網(wǎng)絡(luò)必須規(guī)范的結(jié)構(gòu)中包含的數(shù)據(jù)這些測(cè)量。 電管理 電力中斷可能會(huì)導(dǎo)致重大的經(jīng)濟(jì)損失。工廠停電管理系統(tǒng)（ 以給工廠的工程師提供一種更好的響應(yīng)中斷供電和恢復(fù)供電工具。 主要功能包括識(shí)別中斷的位置和快速恢復(fù)供電中斷。在許多停電管理系統(tǒng)，故障電話被作為信息的主要來(lái)源。然而從故障的呼叫獲取信息來(lái)源并不完全可靠。最近的一篇論文 [28]引入了停電定位算法，結(jié)合分布式 統(tǒng)開(kāi)發(fā)重述信息提高了可靠性。該算法由兩部分組成：確定停電影響節(jié)點(diǎn)和中斷位置總數(shù)。配電系統(tǒng)建模是一個(gè)代表 感器的葉結(jié)構(gòu)的分支樹(shù)，該業(yè)結(jié)構(gòu)與 護(hù)裝置連接 。 物理結(jié)構(gòu)分布的徑向網(wǎng)絡(luò)總是有一個(gè)拓?fù)錁?shù)。在徑向系統(tǒng)，該系統(tǒng)在單個(gè)組件中的故障將影響所有的“下游節(jié)點(diǎn)”點(diǎn)。根節(jié)點(diǎn)代表 節(jié)點(diǎn)為傳感器。由于這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)可以有任意的子節(jié)點(diǎn)，這些網(wǎng)絡(luò)必須實(shí)現(xiàn)一個(gè)多樹(shù)模型結(jié)構(gòu)。該算法可使用 停電范圍分析分布系統(tǒng)。因此，在開(kāi)發(fā)的算法時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)具有以下信息：節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符，節(jié)點(diǎn)狀態(tài)（如果有或沒(méi)有反應(yīng)），指針父節(jié)點(diǎn)和動(dòng)態(tài)矢量的指針的子節(jié)點(diǎn)。最后的兩個(gè)結(jié)構(gòu)允許構(gòu)造多樹(shù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該程序所需要的輸入數(shù)據(jù)是在一個(gè)從文本輸入數(shù)據(jù)表的繪制文件。使用此表輸入數(shù)據(jù)的主要優(yōu)點(diǎn)是修改 簡(jiǎn)單。在第一列表包含節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符。第二列包含父葉節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符和最后一列子節(jié)點(diǎn)數(shù)。該算法被廣泛使用，特別是用于鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)。在確定故障位置的算法中，部分 第 12 頁(yè) 共 16 頁(yè) 使用了遞歸的原理。該算法可以分為三個(gè)主要部分。第一，形成隨著輸入數(shù)據(jù)的分布網(wǎng)絡(luò)。第二，通過(guò)傳感器找到干擾節(jié)點(diǎn)，并且通過(guò)一個(gè)稱(chēng)為“干擾節(jié)點(diǎn)”的列表找到這些節(jié)點(diǎn)。最后，停電影響節(jié)點(diǎn)被分組和升級(jí)來(lái)找到實(shí)際中斷的位置（“故障原因”表）。停電位置確定并且供電恢復(fù)后，確定工廠所有設(shè)備都得到供電是十分必要的。最后，在一個(gè)企業(yè)系統(tǒng)，嵌入式網(wǎng)關(guān)可用密碼保護(hù)的網(wǎng)站。這允許用戶(hù)在 不在同一局域網(wǎng)的多個(gè)位置的人訪問(wèn)這些報(bào)表。 圖 計(jì)傾角頻率 圖 壓跌落，等值線圖 第 13 頁(yè) 共 16 頁(yè) 7 結(jié)論 電力測(cè)量是一個(gè)復(fù)雜的領(lǐng)域，覆蓋了十幾個(gè)地區(qū)。目前 ,大多數(shù)高耗能設(shè)施受損一定程度上是由于電能質(zhì)量差，而大多數(shù)變電站已經(jīng)采取了一些措施。然而 ,沒(méi)有單一的解決方案。常見(jiàn)的電壓事件，不僅會(huì)導(dǎo)致停止生產(chǎn)，還會(huì)影響高度集成、高度自動(dòng)化設(shè)備的性能。在每次電壓事件，設(shè)備必須重新啟動(dòng)，并在某些情況下，要重新編程或修復(fù)后才能再次恢復(fù)生產(chǎn)。傳統(tǒng)的控制和監(jiān)控主要集中在電力網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)上，卻很少把注意力集中在電能質(zhì)量上。 現(xiàn)在 在市場(chǎng)有幾種類(lèi)型的商業(yè)工具可用于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)。 然而，盡管這些設(shè)備呈現(xiàn)良好的性能特點(diǎn)，他們通常都非常昂貴。本文介紹的開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)對(duì)電源管理和電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)是非常有用的，適用于工業(yè)或商業(yè)，并且可以降低成本。在信息領(lǐng)域，其中一個(gè)最流行的和通用的技術(shù)是萬(wàn)維網(wǎng)技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)技術(shù)），萬(wàn)維網(wǎng)技術(shù)在全球被廣泛使用。計(jì)量技術(shù)和通信系統(tǒng)的進(jìn)步，使得基于網(wǎng)絡(luò)的各類(lèi)傳感器的到飛速發(fā)展，電力測(cè)量也稱(chēng)謂一個(gè)非常重要的領(lǐng)域。 本文介紹的傳感器比傳統(tǒng)的 視器便宜（每套裝置€ 600– 500,傳統(tǒng)的 視器每套€５０００－１００００）。更重要的 是， 每個(gè)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的成本的降低意味著可以安裝大量監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn) 。同步很簡(jiǎn)單，在每個(gè)測(cè)試點(diǎn)添加 鐘即可實(shí)現(xiàn)同步。 因此 ,這種 電力 測(cè)量方法被視為互聯(lián)網(wǎng)低成本電力監(jiān)控手段 ,成本 底并且高效。 此外，依賴(lài)于標(biāo)準(zhǔn)的 覽器，無(wú)需對(duì)軟件進(jìn)行過(guò)大的投資，通常只需要硬件基礎(chǔ)設(shè)施和其它測(cè)量系統(tǒng)的支持即可。本文的主要目的是降低成本。 鳴謝 我們感謝西班牙外交部的科學(xué)和創(chuàng)新的項(xiàng)目 金。感謝政府資助。最后，感謝泰爾文特公司。 第 14 頁(yè) 共 16 頁(yè) 參考文獻(xiàn) [1] De A. 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