分散式智能化交流电参量测控节点的设计和开发

1、哈尔滨工程大学硕士学位论文分散式智能化交流电参量测控节点的设计和开发姓名：董寒光申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：谢红20060101：宝釜鎏；登盎：兰警土主篷鎏奎摘要是动控制系绫作为现代信怠纯中豹个薰要组成部分，广泛应用于各种工业控制、信号检测等方面。其中，最蘑要的组成部分之一就是它的终端智能化测控节点。它主要突成采集数据，处理数据和传输数据等功能。其性能的优良直接关系着熬个系统的可靠性。在交流电参照测量中，它的数据处理无疑是最重要的。这要求找到一萃孛算法，既能保证系统娶求，又便于荦片梳实瑰。在实际应阁中，这些节点又多分布在不同地方，它要求适当的通信组网与之匹配。本文选用加甯插

2、值算法、分布式的通信组阏方式，成功地在单片机系统中设计了分欺式鬻熊化交滚电参量测控萤点，使缳节点运行结果满足了系统要求。文中首先玲板了多种算法，在参考仿真结累的基础上选用了加密插镳算法作为交流电参量测控节点韵数攒处理。并在搿綦碗上分析了影响交流电参量的实时准确测量因素和交流电实时测量方法。结合弛内部却的结梅特点帮采集转换过程，在信号调理电路中设计了荜电源双极性信号放大电路。在通讯设计中讨论了三罩中通信方式米完成各秽信息的交换。并在这些技术豹基础上设计了攘个智能测控终端。虢个过程在城市照明远程醯控的背景下开展的，并进行了技术上的验证，结果表明，这神智能测控节点在技本上是霹行、可靠的，为城帝照明系

3、统豹交流电参量采样技术应嗣提供了一种新的途径。关键词：交流电参数；溺控终端；加窗插值算法；短消息：低功耗哈尔滨：穰人学硕士学位论文鼬娃，廿它猷，尉嘶砸，缸彘，也矗、鹏，晡黜，洲镀诂髓氆毛龇镧黼氆，髓墩蕺重癌辩鑫酶嚣饿豫穗妇簸氆筏翻岫糟也体疏。璜懈铂赫嚣壤把戤鞠黜量童粥搦髓聃辖粥醋彭珏蕊细潜婕鞴话蛀蛾黼藏酝鹣恕，糯州蛙攒鑫醢黼穗舔档珏遮攮主穗尚鲢娃雠蠢氇糙蠡蠡穗嚣秘豳酶妇嚣眭鑫娃。黼怒薹蘸，也妇重龇鼯蹴醯蓼鼯，沁畦蠊戚氆嫡瓣蹦糯洫趟转妇萨辨酶礅醴穗鬈氆揿哈尔滨：疆大学硕士学位论文一曲羚，“圭馨躲魁糖鑫稻至印棚锄露娃。】；董沁粕：毯；仃哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作

4、，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用己在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：茎墼整日期：占年，月牛日譬玺鎏：拦当兰：土：量鲨耋第章绪论引言信息化是当今产业优化升级和实现自动化、现代化的个重要环节。而其中的工业控制、测量、数据通信领域的智能化是产业信息化过程中的关键环节。从数据的采集现场到高度自动化的控制中心足一个十分复杂的信息系统，其中一个非常重要的部分就是现场的数

5、据采集装置和控制终端，一个完整的智能信息系统都必须从个智能化的测控终端开始。在实际应用中，这些终端（分散式节点）常分布在不同的地方，它需要终端组网通信与之匹配。以城市照明系统为例，根据我国政府提出的节约能招战略方针，各城市对电力设旋节电控制系统的智能化需求非常迫切。其中最重要的就是对电能的准确计量和对测控节点与控制中心高效、方便的通信控制。通过列电参量的监测，就可正确调控照明设施的工作状态，为维护和控制提供方便：得到的准确电能计量也可为节能提供可靠依据。而合适的通信则可为设备安装、维护提供方便为智能化的中央监控实施提供保障。传统的照明系统既无通讯功能，又无对交流市进行采集、计算功能或者说没有高

6、精度准确的计量这样通过电功率来监测设备运行状态就成了盲点，要获取设备的工作状态信息，就只有靠白天巡线，夜问巡灯以及群众的电话报警，不仅导致处理设备故障的效率很低，而且浪费了大量人力物力。史无法实现集中监控口】。如果在测控节点上采用先进的市电测量技术和高效、方便的通信方式，就可大大改善这种状况。在其它技术领域，如电力自动化、工业生产和科研教学实践中，也需要经常对交流电参数进行测试与分析，其中，电参数的采集成为最基本的环节。通过对这些电参数的实时检测和分析能够了解设备的性能、运行状况和健康状况。而在各种电参数的测试中电压、电流和功率又是三个展为基本的检哈力；滨啊等人学硕十学位论文测量，在传统的交流

7、电参数测量方案中硬件电路复杂，软件运算量大，测量精度低等问题。随着电子信息技术和信号处理技术的小断提高，已有不少针对交流电参量测量的智能化仪器仪表。但大都没有通信功能，在低功耗方面也有待进一步改善，在交流采样的信号处理算法乜有待进步研究。本论文在城市照明远程监控系统项目背景，提供一套行之有效的解决方案，即分散式智能化交流电参量测控节点的研制。课题的技术背景存交流电气参数的测量方面，先后出现了直流采样、霍尔原理法、模拟乘法器法等交流参数的测量方法。以上方法虽然可将输出的直流电压信号转换为数字输出，但对测量信息的主要处理仍然是模拟形式的。由丁模拟元件存在温度特性差、宽动态范围内线性度差、校准困难等

8、缺点，限制了测量精度与稳定性的提高。随着交流采样理论、模数转换技术以及微处理器技术的发腱，使基于微处理器的数字化测量方法迅速发展起来，利用对被测电压和电流信号进行瞬时采样，微处理器以软件程序的方式完成测最算法，不仅消除了由硬件电路固有的缺点所引入的测量误差，而且由于软件的灵活性，使校准。补偿等功能变得容易实现使测量功能得以极大的扩大日。与此同时引发出多种理论算法。课题在综合分析多种因素之后，决定采用非同步交流采样方法，在软件的信号处理中利用加密插值算法，对参量进行处理。在通信方式上，多种无线通信技术的发展，使得分散式测控节点的安装、维护更加方便，安装区域的美观也可大大改善，同时也为测控节点与监

9、控中心通信提供便捷。短信息业务是无线通信方式之一，它是移动通信网络提供的一项主要电信业务，具有安全有效、传送的信息量较大等优点而且能戏向传输、支持的用户数大，同时由于网络在全国范围内基本实现了联网和漫游，具有在网络覆盖范围上其它系统无法比拟的优势。论文中引入短消息技术作为数据的传输载体，用软件实现了符合和标准的贺氏指令，解决了智能测控终端的数据远程传输以及终端和用户之间交互的问题。哈尔滨程大学硕士学位论文课题的主要研究工作和各章内容论文研究了传统的智能化终端的软件和硬件体系【】，并因项目需要，针对性地对城市照明远程监控系统做了进步的调研，再根据设计要求对所设计节点中的单片机进行了选型。接着介绍

10、现有的交流电的交流采样技术以及短消息技术，在测控节点的软件和硬件结构方面提出了新的设计和应用。在改善节点性能，如低功耗和抗干扰方面做了详细的分析和处理，使得对交流电参量一电压、电流、电功率的计量精度得以大幅度提高，为交流电参量测控节点的智能化控制提供了可靠依据。论文在章节上安排如下：第章概括性地介绍论文研究的目的和技术背景，对论文中的研究所涉及的行业背景和技术背景进行了说明，并对论文研究工作的具体内容做了概括性的简单介绍。第章对城市照明远程监控系统进行了整体介绍，对采集数据的采样技术的现状和传统办法进行了探讨说明。文中还对终端的数据远传通信接口的技术手段做了介绍。第章通过对当前的交流采样算法分

11、析，选定了加窗插值算法对交流电参量进行数据处理。然后对加窗插值算法作了详细介绍，并用对其进行了仿真。第章针对论文的目标，既设计开发一种智能化的交流电参量测控节点，对该终端结构层面的设计工作进行了详细的阐述。文中根据硬件和软件的不同分成两个部分来对终端结构的设计进行说明。第章列举了在城市照明远程监控系统中对节点的测试结果；分别从硬件和软件对节点的抗干扰设计作了介绍；最后详细论述了低功耗技术的实现。啥尔滨程大学礤七学靛论文第章城市熙明远程测控节点介绍城市照明远程监控系统介绍当翦救城市照明监控系统，鞍以瓣的定时控铡、光电控剑、路灯控制仪等技术先进。定时控制、光电控制、路灯控制仪只解决了小范围的开关灯

12、控制问题，没有对市电进行实时跟踪计爨，无法调控电参量。而城市照明髓控系统是综合斑丽电子通信技术、计算梳技术来完成交流电数摇的实辩采集、处理以及时按等功能，扶瑟迭至遥控、遥测、遂售款基熬“。目前的城市照明系统一般由远程终端单元（）、外部供电系统、通信系统和传感器（电流互感器和电压互感器）组成。最核心的部分是，它主要完成时撩（按设定的时间控带照鞠设施的开关）和对交流工频电的实时采集、鲶瑾，并透过各释逶绩方式患中心传送、揍浚遥控指令帮发送交流电参爨数搬。城市照明终端中，对交流工频电的采集、处理和传输是城市照明远程监控系统中最重簧的环节之一，因为通过对电压、电流和电功率的测撩，可知系统是甭停电、电压是

13、否缺稆、泡疆，电流是否霪限、照鬻设施是否舜常开，关（关灯拔态，电溅不必魏癸灯状态，电滚为），如不派常，则遽过大功率三相晶闸管的电子斩波原理来实现调控指令，从而延长照明设施寿命、节约电能和为系统智能化提供依据。本论文主要研究对交流工频电的采样投术及奠处理。另外，照明系统中在城市布嚣的节点设备较多，为了系统实现方便、裹效，设计了分帮蕊靛缀鼹遴镪方式；考虑籍节麓靛褡翡，在设计时，还皮尽可能地隆低功凝积远纛监控及远程舞缀功能，必今蜃系统蛇维护和升级奠定基础。其中交流电参量的采集处理是霪点。城市照明远程监控系统中的交流王频毫参釜采样技术交流电参璺测量有两种技术：盥流采样和交流采样，大多采用交流采样。哈躺

14、滨疆丈学疆学挝沦文河北大学刀：发的城市照明监控系统对交浚枣电懿罴集处理翔的是交流采撵、真商效值算法。秦皂岛的城市路灯自动化监控系统也是真有效值法【。所谓真商效值算法，是根据交流电有效值定义（交流电压瞬时值的平方值在个周期内豹平均值的歼平方值），通过终端对输入交流电采祥后，平方一求平均焦一开平方的运舅获褥。优点是诗纂璧辐对较小，蘸缳涯一定糖度。缺点是：精度不离，程谐波影响下，误差很大。而且由于电子技术的发展，非线性电子设备大量应用给电网带来了大艇谐波，这给使用真有效值算法准确计凝电能带来难度。蟊藏，锌对谐波，遣力系统交流电参墓捡蒺普遍采雳快速傅立时交换（勰衙下，麓称）冀法，基于的技零已经相当戏熟

15、。采用傅立叶级数对日正弦连续时删周期函数进行分析时，是把连续时间馆号的一个周期箨分成个点，在等分点进行采样而得到一系列离散时间信号，然螽采嚣避行谐波分轿，最终褥出所需要的各次谐波魄流豹幅德、频率和翱位。当测整对阂是傣号阚鬏戆整数绩娃及采样频率大予鞠频率对，该方法检测精度离、实现简单、功能多且使方便，程频谱分析和谐波检测蘸方厦均得到广泛应用。城市照明监控系统就是使用变流采样、快速傅立奸（）算法来完成交流市电采集处理。目前，专用来测交流工频窀参数酶终端或纹表也不臻襄有效篷巅蠲算法“。毽它娶求对蜀期信号邀行燮屦期馥取，并严格等时间闻瞒采样。虽对菲整数次谐波的梭测鸯频谱泄漏和栅栏现象簿缺点，从而使检测

16、出的谐波幅值、频率和相位有误麓。综上。现有的交流工频电参爨采样技术虽能达到一定嗣的，但猩复杂情况下，不麓满怒高精度静要求，丽翻窗舔值冀法怒针对算法提出豹，它遴过选择合逶的塞蘧数能大大降低黩谱遗潺，逯过疆矗铯较磐遮改善撵栏现象。它在稳态谐波下能很好的实现我们的需求，为准确计鐾，离效测控提供保障。城常熙瞬遂稷监控系统中的数据逶信方式近年来，貔国城市照明监控系统应用了计算机技术，可以将交流电的电压、电流有效值帮电功率经童通信有线网、短波佰道等进行远蹲离俦输处淫。喻尔滨样人硕十学位论文目前比较成熟的数据通信方式有通信有线网、无线通信方式（包括短波通信、超短波通信、卫星通信）。现在，移动通信技术已经非常

17、成熟，而且网络在全国的覆盖也基本到位，的移动通信运营商能够提供专业的高质量的数据通信服务】，基于的服务为城市照明监控系统的远程通信提供了一种新的途径盼】。本章小结本章对当前的城市照明远程监控系统的组成、基本功能作了简要地介绍。指出交流电参量测控作为智能化特征之一，是系统最重要的部分之一，可为照明设施的工作状态的监控提供依据。并简述了系统目前用的较多的真有效值算法和算法的优缺点及加窗插值算法的优越性；确定了短消息（）作为系统的通信方式。哈尔滨程大学硕士学位论文第耄交流电参量的采样技术，交流采群算法简介电力控制自动化系统中，实时测璧交流电量（即有功功率、电压有效馕及敷滚蠢效僮）方法有两辨：一秘为壹

18、溅袋襻方式，帮先道过交流交送器将待测的和变换或与之或比例的直流电蕊，然后对遮楚直流量进行测量与处理。由于使用了变送器，造成该方法响应速度慢，不能及时反映故障瞬问情掇，数据准确瞧受变送器稳定性影响，炎送器精度随时阍及温度变往会发生瓤移。为了缣诞交送器耱发，螯须定弱对变送器稳验。另一静为交流采样方式，这种方法用舢取代传统的变送嚣，充分发挥微机功能强、灵活可靠、使用方便等优点，克服了因使用传统变送器导致的一系列不良影响。交浚慕样受熬一令最主要静强务裁是在线羧速采集交滚麓著骧臻诗算出电蕊电流的有效值及平均功率簿电量的实对数据。其中，箨法是至关煎要的，是测量的核心环节。一般瓤吉，测量龟糖三个环节：信号预

19、处理。分析和工频量计算（信号分析）。结聚再处理。其中、是辏韵算法，为蔼等分褥骚务，戬优徒溅量缝糍。它嬲涛在璐面的软件设计的第四章中加以阐述。工频潋计算及信号分析算法有以下几种：。囊存效傻法。俊速簿立时变换（善）。加窗插髓算法。小波算法及希尔伯特黄变换等。一甏麓擎圭垂会鬻这黧葜鍪算法。哈尔滨：样大学硕十学位论文真有效值算法根据电工基础理论，一个随时问周期性变化的电压“（）或电流，（），在一个周期内的有效值定义为：厢丽（一），据出（）负载任一、周删冈捎耗嗣碉功功军定义为：睾砸）（）在实际交流采样中是直接对电压、电流波进行离散采样，通过数值计算的方法计算出相应的电气量。例如从电压有效值定义可以得到：

20、冉岫后缸删血羼丙污缸阪咖（）上式中“（叫）是”（）在，叫时的离散值。利用采样保持技术，可以方便地将离散值转换成数字值，即、“（叫）（）上式中为模拟量到数字量的转换系数，所以有。再？（）即浚电压有效值可以用数字计算方法得到。同理，功率也可以用数字计算方法得到：哈尔滨工样人学硕士学位论文虬咒。（根据电压、电流有效值定义式（），（），将连续函数离散化，得到电压、电流有效值表达式：斤矿一持善矿）（）抟蕃）矿一（均）式中为一个周期均匀采样点数，“（疗）和，（）分别为电压、电流第月个采样点的值，由连续函数有功功率定义式（）得离散表达式：寺”（）（竹）（）其中“（疗），（）为电压、电流第”点同一时刻的采样值

21、”。此算法的计算精度与样本数、信号中谐波次数及含量等因素有关。样本数愈大精度愈高，而谐波次数或其含量增大，则精度降低。快速傅立叶变换（）众所周知，交流电采样样本为谐波，它是周期性电气量，根据傅立叶级数分析，可分解成基波分量和具有基波频率整数倍的谐波分量。是一种求解的快速算法，直接用计算需要的复数乘法运算，而且还要作”（一）复数加法计算，而采用的基本思想是把一个的矩阵分解为个矩阵（），使被分解的矩阵具有复数和复数积的次数最少，与的算法时间之比为。算法是把连续时闻信号的一个周期等分成个点，在等分点进行采样而得到一系列离散时间信号，然后采用进行谐波分析，最终得出所需要的各次谐波电流的幅值、频率和相位

22、。当测量时间是信号周期的整数倍以及采样频率大于奈奎斯特（）频率时，该方法检测精度高、实现简单、功能多且使用方便，在频谱分析和谐波检测两方面均得到广泛应用。但由于不能严格同步对非整数次谐波的检测有频谱泄漏和栅栏现象等缺点，从而使检测出的谐波幅值、频率和相位有误差旧【】。堕尘：羞生銮兰鎏！：主篁鲨銮小波变换（）小波变换是近几年国际前沿领域的一个热点。它是在傅早叶变换的基础上发展起来的新的信号处理方法。其突出特点就是可以通过数学变换充分突出信号的某些方面的特征，是继傅立叶变换之后出现在信号分析领域中的又一强有力的工具，不仅适用于稳态信号的研究，也适用于时变信号的研究。它克服了在频域完全局部化而在时域

23、完全无局部性的缺点，在频域和时域同时具有局部性，因而能算出某一特定时间的频率分布并将各种不同频率组成的频谱信号分解成不同频率的信号块。从原则上讲，儿传统使用傅氏变换都可以用小波变换来代替。近年来一些文献将小波变换应用于电力系统电能质量分析、故障检测及继电保护等方面，表明小波变换在电力系统具有广阔的应用前景。它主要利用正交小波在以）空间线性张成的标准正交小波基和小波函数时域局部性的特点。将谐波时变幅值投影到小波函数和尺度函数张成的子空间上从而把时变幅值的估计问题转化为常系数估计，利用最小二乘法即可实现时变谐波的检测。同时递推最小二乘法的应用使该方法适用于谐波在线跟踪。这种方法在理论和仿真上证明了

24、它的有效性，但是在实际现场应用还有一定难度，因为数据处理精度依赖恰当的小波基，而小波基的构建是一复杂过程，在这方面还需要进一步研究与探讨。变换年，美国国家宇航局的提出了一种称为啊变换（）的新的信号处理方法。其核心是经验模态分解（，），把复杂的信号分解成若干个本征模态函数（，）；再对进行希尔伯特变换，得到每个随时间变化的瞬时频率和振幅，最后求得振幅一频率一时间的三维谱分布。由于是自适应的，因此其分解非常快速有效；同时是基于信号的局部变化特性，从而可用于非线性和非平稳过程分析。与频谱分析方法（）相比，得到的每个的振幅和频率是随时变化的，消除了为反映非线性、非平稳过程而引入的多余无物理意义的简谐波。

25、与小波分析方法相比，具有小波分析的全部优点，在分辨率上消除了小波分析的模糊和不清晰，具有更准确的谱结构因而在分析非线性和非平稳过程中具有很高的应用哈尔滨卜群人学硕十学位论文价值比。但它还处于研究探索阶段，尝未用于实践（工程）中：】。加窗插值算法如前所述，应用算法分析周期信号频谱的静提是要求对信号进行同步采样，即要求采样长度与信号周期成整数倍关系。否则，会产生频谱泄漏和栅栏现象，引起较大误差。而且，实际电网频率通常总会在额定频率（我国为）附近波动。为了保证同步采样，在交流采样中，等间隔采样的实现可有两种方式实现。方法之一是在采集系统中加入锁相同步技术，由硬件实现同步采样；另一种方法是首先通过均匀

26、（大部分为非同步）采样（利用定时器实现定时采样），然后由一定的算法解决非同步问题。前一种方法的优点是信号处理比较简单，但需要专门的测量电路，不但使测量成本增加，而且由于电路变得更加复杂，锁相环响应速度较慢，不能及时跟踪信号频率的快速变化，从而不能实现真正意义上的同步采样，增加了测量的不确定因素，会使精度降低。后一种方法具有一定的通用性，目前的测量方法中几乎不采用硬件上的同步方法，而是通过采样信号，经过一系列的算法之后，通过利用计算机的强大数据处理功能来实现同步，从而完成交流电信号（谐波）的测量。有人提出了采样数据的软件同步化算法，该算法首先由过零检测法估计信号基频”，然后通过插值对原始数据进行

27、同步化处理，并作分析，算法的精度对基频估计的准确性有很大的依赖性，同时由于插值过程带来的非线性，导致谐波的相位估计误差过大。又有人提出加窗插值算法列。分析了各种升余弦窗在插值算法中对减少泄漏的作用，运用一定的窗函数选择准则和加窗宽度的估计公式，对谐波参数的计算公式作一定修正；用插值改善栅栏效应有效地改善了对谐波幅值的估计精度，进一步人们可以得到了更为精确的谐波参数估计：】。通过曲仿真分析，利用插值来消除栅栏效应引起的误差，通过加窗的方法滤波消除谐波间泄漏引起的误差的加窗插值算法结果比较理想，能满足精度要求。另外考虑到小波谐波分析算法和变换的复杂程度和目前应用状况，结合当前运算能力，决定选用这种

28、改进的加窗插值算法进行电网谐波参数估计，由其对电网电能计量。下面将对加窗插值算法作详细介绍。哈尔滨程火学硕：学位论文加窗插值算法原理加窗插值算法原理在谐波测量中，所要处理的信号均是经过采样和转换得到的数字信号。设待测信号为（），采样间隔为秒，采样频率出满足采样定理，即大于信号最高频率分量的两倍。则采样信号为虹（月），并且采样信号总是有限长度的，即”一。也就是说，所分析的信号的持续时间为：。出，这相当于对无限长的信号做了截断，因而造成离散傅立叶变换的泄漏现象。设信号为单一频率信号：（）”刚（）矩形窗为：“压（）佰（）纠其余持续时问为的信号相当于靠与的乘积：（，）（）（）（一）。（）的傅立叶变换为

29、（）硝卅（甜），即在处有一条单一的谱线。矩形窗的傅立叶变换为：珊、忡）：竺窘唧争睇（）（一产）一根据傅立叶变换的乘积定理，。（）的傅立叶变换为（）和（甜）的卷积为：工。（国）石以（珊一）屯）珈篓磬刚华）石苦（一孑丁）净，。，若不计相位的变化，五。（）的幅叠如图所示。可以看出。（）已不再哈尔滨。稃入学硕：学位论文是单一静谱线，蠢是势奄在整个频率辍上，遮就是说熊量不孬集宁，鼯产生了泄漏现象。图矩形窗豹泄漏现象图（）的离散频谱如果采用这穆纛接截叛方法湛纾谐波分毫陲，各次谐波艨泄漏孵能量会檩互影响，造成计算误差，齑接影响谐波检测的精度和准确性。减小谱泄漏的骞效捺燕是采臻塞涵数，在辩越蠛榜分辑落号与寤函

30、数稷黍。紫孀豹密丞数有：三角留（）、汉宁窗（粕）、哈明窗（）、布莱克曼窗（妇）簿譬辩“。密函数不仪影响信号静辩闽域形状，也影响蕻频率域形状，由离散博立时变换性质可知，窑函数的傅立时变换的主瓣宽度决定了被截断以后所得序列的频率域分辨率，而旁瓣峰值有可能淹没信号频谱分量中较小瓣藏分。因此，纂望主瓣尽爨避警，旁瓣峰僮爆量小，使频率域的能爨主要集中在生瓣内。由文献【，比较窗函数，可以看出，矩形留具有最窄静主瓣，餐也是最大躬旁瓣晦餮帮最後豹衰减速度。稻的主瓣稍宽，但商较小的旁瓣和较大的衰减速度，是较为常用的窗函数。考虑到谐波蜜时算法实现的难翁程度和运行时间的长短，在处理电器捡溅僚号时选用汉宁塞“。汉宁窗

31、可表示为：群”（）篇二（一（二三）一董一（）豳是肇一工颓信号用汉宁（）窗截断后的离散傅立时变换的嘱频特性，穰处，谱蟋宽度变小，对比图可照汉宁簿在一定程度上减少了谱泄漏，提高了频谱分析的计算精度。哈尔滨稃火学硕士学位论文。拯“拯槲甜雷，。雷图矩形窗幅频特性图汉宁窗幅频特性序列加窗后在进行时，各次谐波的幅值将会出现偏差，这主要是因为加窗是对信号的不等加权，导致分析结果变化。不同的窗函数对应不同的幅值恢复系数，如表所示【。表窗函数及其幅值恢复系数窗函数表达式恢复系数汉宁窗（）一（册）哈明窗（）；一（删）布莱克罗窗（）；一（，）（雕石）对于离散傅立叶变换（）来说，从频率的离散化得到：而（珊）（一）式中

32、万丁。离散化的频谱如图所示。从图可以看出，离散傅立叶变换（）是对（彩）的采样，如果不是整周期采样，即信号不是甜的整倍数，那么即使信号只含有单一频率，也不可能求出信号的准确参数，它只给出频谱在离散点（万）七上的值（一），而无法反映这些点之间的频谱内容，有时频谱的峰值可能正好在两个离散点之间，这样离散傅立叶变换无法检测出此峰值，这一现象通常叫做栅栏效应。改善栅栏效应的一种办法是在厂】后面补若干零值点，例如增补个零值，使序列人为地改变为点由于厂】的有效数据为个，所以（）并没有变化，增补零的效果实际上相当于改变了采样点的位置。通过内插技术可以得到任何频谱值。睛捧滨：羁大学颤学位淹文文献（中提出了双峰谮

33、线插值修算法。本文简述如下：簸设一个频率为磊辐毽为翘鞠位为目的蕈一鞭率话号（，在经过采样牢为的模数变换后得到如下形式的离散信号：（口号口）（）如采蒲翔塞函数虢时壤澎式为州），葜连续籁谱为（，），潮盔窗籀该信号的连续傅立叶变换为：飙厂）“）（）“”寺一芦产一一啊鼍，螺果葱旗受频赢一磊处凝蜂斡旁瓣嚣响，在委壤煮磊黔透携连续频谱斌数可以表达为：取力；芸。口妒（至萼超）（嘲）砖式（一勰）递簿褰教撼样，邸霹褥嚣它匏离散博立时变换靛裘这式兔：（）。，）”（，矗），）（）技中离散频率闻辆为髟点，是数赛截叛长度。峰值频率氐鲈很难厄好位于离散谱线频点上，也就是说，。一般不是整数。设峰撞点发表嚣豫鳇谱线分别为第是

34、秘女，条谱线，这嚣条港线也藏该是峰值点附近幅值最大和次最大的谱线。最然，屯！女。，令这嚣祭谗线蝠蠛分裂是冀爿贾（；够），款最寿鲈），出于岛一是基，艨以可以引入个辅助参数七一也一。显然，的数值范围憋一】。这样：煦二丝：！竖！兰！二！：里！型：竺！二！二婴！型（）魏（石（一琏丰），）（石日一，鞋令；（：一）亿），文献通过多项式逼近的力法得到不同窗函数所对痕的修正公式，为了馁于下嚣算法鲍理解，本文对修疆公式赫最如下：汉宁窗函数，（”）一（，）蜓）印，一）哈尔滨样人学碗十学忙论文口（咒）（日口）哈明窗（月）一（）（，一）卢卢卢卢（虬）（十口布莱克曼窗函数（）一（丌月，）（玎，）（，】，一，）卢十卢十卢

35、一（乃）（】口】日口）为了验证上述算法的准确性，假定电网波形可表达为（）（呱，）（）所示。表谐波参数的设置谐波次数幅值（）初相（戎）利用对基于普通算法和基于窗的插值算法仿真）。分析表结果，可得出以下结论：（）基于插值算法的谐波参数分（）基于普通丁以内，完全可以满足国家标准，且在本设计加窗擂值算法的仿真结果其中：基波频率设为仞相为。各次谐波的幅值按实际电网信号的特点设置”，各谐波相位如表所得的电网幅值估计结果如表（本设计只关心次以下谐波，根据义献，宽度选为，采样频率为析精度明显优于基于普通算法的谐波参数分析精度；算法谐波幅值分析耩度达不到电能质量的国家标准，而基于插值算法的基波幅值分析精度可控制

36、在要求范围以内。釜警鎏耋淼：警：耋芷鎏耋寝谐、波幅值修正前属结果对比表谐渡次鼗谐波实际蠕壤（），修正，幅值（）福，。值偏差热密拯燕幅值，（）粕霸插擅偏差一（）本耄小结测控节点采样电参量并褥出电压、电流乖屯功牢等的实时数扔：，算法匙其中的关键。本章阐述了交流电测爨的两种方法：囊流采样和交流采样。并指出于直流采样不能保证精度和实时性，大多采用交流采样。，还详细分板真有效值法、快遗停立时辣法（）、如衡插值，算法、小波簿法和希尔伯特黄变换筹交流采样算法的原理和优缺点。经过对和加窗擂值算法仿真较，最磊逸用热衡插值算法作为本设计韵交流电采样算法。哈尔滨科人学硕七学位论文第耄交流电参量测控节点设计毒，总体设

37、计交流电测控节点作为前端终端，除了基本的时控功能外，另一重要应用是采集交浚电戆电量数攘、瞬慰量数摆、失压竣秘蕊意等。与主菇系统逶傣可采用茏线数传电台、短消息（）通信方式（本设计采朋短消息方式）；支持本地和远方的参数下载、远方诊断等功能。蕊点总体余绍结构介绍及框图测控节点由以下几部分组成：（）通饿模块：邋讯模块是剥掰零片辊上的遴傣接目来传辍数摄、上传僚惠，接受控铡孛心静擦制命令及广播命令等。（）模拟最采集模块：采集模块用来采集模拟赞（电压、电流等），对采集的数据进行处理、根据菜种算法运算、输出模拟爨，将萁计算结果传到控制孛。（）开关最采集电路：可采集的开关量是电气特性适合传感器的任何外界状态量，

38、如火警烟雾、门窗开闭等传感信号，诸多告警信号通过缓冲输入进入革片孝蔻，塞荸片极邋建软馋缓程实壤怼簧惑嚣数握的采集、分掇和报警粼断。（）控制输出模块：采用抗干扰能力强的光藕隔离设计，以单片机为控制核心，接收、管理和监测计算机的搬令以控制多缀开关，如路灯、节目灯、半夜耔等豹器关。（）时钟模块：为节点提供走时。并在节点掉电下提供时钟。（）键盘控制及显示模块：实时熙示当前时间，通过按键调憋时间，显示参数念令及梭溅量，为系统维护撬袋方便。交流电参量测控节点组成电路豚理框图如图。哈尔滨榉火学硕十学位论文图节点电路原理框图测控节点间组网方式图分布式组网示意图堕玺鎏：；登盔誊鎏主：鲨盛鎏吝零系统遴信接嗣采雳梅

39、准的厥接舀，通信渗议结合上佼辊软件自定。无线通讯模块利用本地的公共移动数据传输网，即短消息方式（便于升缀为）进行数掇传输（无线数传电台可作为备用）。有中继功能，监控中心和节点网采用令牌环轮询方式交换傣息。如图。联示。接口留作备用（见图）。节蠡工作建程系统上电后首先启动“看门狗”电路，读取本站地址，确定传输速率，系统裙戆亿，亨丁开中叛，开菇采榘数据并进行数蠢处理，按渡上髂数疆命令，向上传送数据，接收上级广播、遥控命令，执行遥控命令，本地提示电压、电流商效值、有功功率、遥信状态、遥控信息，记滚遥信变位时间，显示当前时蚓。并搬握设鼹时阍控制各种照明设施懿开关；节点的微控制器选型微擦制器一单片机选堑要

40、求文子交雾襄邀为模攮信号，要将其卷糖在数撂存锘器内，必矮潺过象样、量化转化为数字信号，采样和量化可通过变换完成，精度要求在以内，联鏊铸逡荦片税最好集成了植蔽上盘静；交流毫参爨溺控节点要避行电参量的实时处理，算法复杂，计算量大，采样频率要求较高（掇据奈囊艇特准则，采样频率离于信芍频率倍以上，电网谐波一般在次以内，则采样频率至少瞪以上），铸选单片枧瑟振要农发右、稷彦和数撼存臻器要求在以上、最好还有硬件乘法器；另外，设置按键，进行人机交互以及黠乡援行控铡麓能等都要逶蓬营逶国与蕈冀税通讯，舞潋船数嚣要多；交流电参量数字信号要通过串行接口传送给机，舞给远程抄表传送电量，所戳遥需要个串行通信接日；为了测控

41、节点的广泛使用（如用于交流电测量仪表中），还应考虑低功耗性能。综上所述，待选单片桃性能要求为：（）燕叛在联焘右。（）有位。（）个串彳亍缓日。（）硬件乘法器。哈尔滨：摧人学硕十学位论文（）多个普通，。（）以上存储器。（）低功耗。根据交流电参量测控节点对单片机的性能要求，遍历目单片机的主流产品，如系列“系列，公司的“等等，本设计选择了公司的。其优异的性能和在功耗与体积方面的突出优点，完全满足我们的设计要求。系列单片机系列单片机是美国德州仪器公司（）近几年开发的新一代位单片机，该单片机在设计上打破常规，采用了全新的概念，其突出的优点是低电源电压、超低功耗，非常适合各种功率要求低的应用。有多个系列和型

42、号，它们分别在一些基本功能模块按不同的应用目标组合而成。由于其功能远远超过其他系列单片机的功能因而又称之为混合型单片机。典型应用足智能家庭仪表、医疗设备和保安系统等方面。由于其较高的性能价格比，应用已日趋广泛。系列单片机具有以下一些共同特点。（）低电压、超低功耗系列单片机，在电驻、的时钟条件运行，耗电电流（在之间）在不同的工作模式而不同（有种低功耗模式可选）；具有个中断源，并且可以任意嵌套，使用灵活方便；用中断请求将唤醒只要“，可编制出实时性特别高的源代码：可将置于省电模式，以用中断方式唤醒程序。（）强大的处理能力系列单片机，为位结构，具有丰富的寻址方式（种源操作数寻址，种目的操作数寻址）、简

43、洁的条内核指令以及大量的模拟指令：大量的寄存器以及片内数据存储器都可以参加多种运算：还有高效的奄表处理方法；有较高的处理速度，在晶体驱动下，指令周期为。（）系统工作稳定上电复位，先出振荡器肩动，保证程序从正确的位胃开始执哈尔滨科人学硕十学位论文行，保证晶体振荡器有足够的时间起振及稳定时间。然后可通过软件来设置系统的时钟频率。如果晶体振荡器在用作时钟日、发生故障，会自动启动，保证系统常运行；如果程序跑飞，可用看门狗将其复位。（）丰富的片上外围模块系列单片机的各成员都集成了较丰富的片内外设，它们分别是以下一些外围模块的不同组合：看门狗（）、定时器（）、定时器（）、比较器、串口（、串口（）、硬件乘法器、液晶驱动器、位位，位、数十个可殳现与）。向设置及中断功能的并行输入输出端口、基本定时器（）方便离效的开发环境系列单片机均可由仿真工具（）提供支持。该是一种完整的集成开发环境。包括源代码缀调试器、仿真器、汇编，链接器、编译器等。对于型则有更方便的丌发调试环境因为通过器件片内的调试接口，还有可电擦写的，可以采用先下载程序到内，进行程序凋试。开发语言有汇编语言和语言。即”。（）多种时钟模块单片机有三种时钟源可以选择提供给，。其中【提供给外围设备的对钟亿可以提供商达的时钟供单片机运行使用，为单片机内部提供，并具有锁相环，为系统提供一个内部时钟源，当没有提供时，系统依靠运行，整个时