【《电能质量在线监测系统设计》23000字】

[45]。初始化包括设置串行肖像并将SMS模式设置为PDU模式。程序流程如图所示。程序开始后，判断是否有串行中断1，若没有则判断是否有串行中断2，若没有串行中断2则直接退回到开始。若有串行中断1则进行PDC编码，发送SMS信息成功发送后即可回到开始，若没有发送成功则判断重发是否超过三次，超过三次则会回到开始，重发没有超过三次便会判断为延迟。若没有串行中断1，有串行中断2，先读取SIM卡，然后进行数据解码，将数据发送到串口1，随即删除SMS信息然后返回到开始。开始开始有串行中断1Y进行P有串行中断1Y进行PDU编码N有串行中断2发送SN有串行中断2发送SMS信息YY成功？读S成功？读SIM卡数据解码数据解码重发超过3次重发超过3次Y发发送数据到串口1NN延迟延迟删除SMS删除SMS信息图4-5DSP与TC35i通信程序流程4.6本章小结本章提供有关系统软件过程的详细信息，并提供系统软件和核心通信过程的流程图。该软件系统也基于模块化设计思想，这些思想便于阅读和升级程序。5系统调试和分析仿真5.1算法仿真结果分析本文基于Matlab平台模拟仿真并分析了电能质量算法。相电压的基本平方值为220V，初始相角为0°，并且电压下降发生在0.04至0.08s之内。突降电压为110V。电压降伴随着相位跳变和跳变，角度为30°，电压波形如下图5-1所示。图5-1电压a相波形图5-2显示了通过均方根计算方法获得的电压降波形。通过均方根方法计算出的电压降几乎具有一个周期的误差。此外，均方根方法无法计算相位跳变。图5-2均值方根法计算的电压暂降图5-3和5-4显示了通过dq转换方法获得的电压降和相位跳变波形。显然，dq转换比原始的实类方法具有更好的实时性能和准确性，并且可以准确地计算相位跳变。图5-3电压暂降幅值图5-4电压暂降相位跳变Matlab有一个现成的FFT程序，它是电力系统的图形用户界面。（PowerGUI）一种有效的图形用户界面工具，用于通过使用Simulink功能连接各种电气组件来分析电源系统模型。谐波分析使用使用PowerGUI模块非常方便。图5-5显示了带有谐波的仿真电压波形。图5-5含有谐波的电压波形图5-6显示了通过使用电源系统分析组件Powergui分析谐波而获得的谐波分量含有率。图5-6FFT谐波分析5.2触摸屏界面与系统调试5.2.1触摸屏启动界面系统通过串口将电能质量参数发送到触摸屏，如图5-7触摸屏启动界面所示。图5-7触摸屏开机界面5.2.2实时电压、电流以及三相不平衡度监测下图5-8为没有异常的三相电压波形：图5-8没有异常的电压波形三相基本平衡，每相电压电流数值和相位波形都无异常，三相不平衡度为0.10.°。图5-9显示了触摸屏上显示的电压和电流的瞬时值以及三相不平衡度。图5-9电压电流以及电压三相不平衡度实时监控界面如果三相电压出现相异常，例如幅度变化，则三相电压将变得不平衡。如图5-10所示，B相电压为200V，A相和C相电压为220V，导致三相电压不平衡。图5-11显示了触摸屏上显示的三相电压A，B和C的瞬时有效值以及三相不平衡的程度。当B相电压为200V，A相和C相电压为220V时，三相不平衡率为3.09％。图5-10电压三相不平衡波形5-11电压电流以及三相不平衡度实时监控界面5.2.3谐波监测在实际电网中，工频电压通常主要与谐波混合，包括奇数阶谐波。对于每个谐波分量的数据，表5-1显示了包含谐波的电压波形。表5-1谐波含有率对照表谐波次数3次5次7次9次11次真实谐波均方根值（V）66.0055.0019．8050.6013.20谐波含有率30.00％25.00%9.00%23．00％6.00%实测谐波均方根值（V）66.4155.0219.3250.9413.67实测谐波含有率30．23％24.98％8.78％23.15％6.24％谐波次数13次15次17次19次21次真实谐波均方根值（V）8.826.618.8011.0013.20谐波含有率4.00％3.00％4.00％5.00％6.00％实测谐波均方根值（V）9.217.038.9810.7412.69实测谐波含有率4.21％3.09％4.08％4.85％5.96％图5-12含有谐波的电压波形谐波含有率在触摸屏显示如图5-13。图5-13触摸屏谐波监测界面5.2.4监控电压暂降图5-14显示了具有相位跳变的电压骤降波形。图5-15和5-16分别显示了通过触摸屏上的dq转换计算出的下垂幅度和跳跃相位。图5-14伴随着相位跳变的电压暂降波形图5-15触摸屏电压暂降幅值界面图5-16触摸屏电压相位跳变界面5.2.5历史报警数据记录图5-17为触摸屏历史报警界面，可以将重要事件记录下来，以便日后查找，排查故障。图5-17历史报警界面图5-17所示是记录在2020年5月17日发生电压暂降，时间持续0.04s。5.3GSM短信息模块调试当输入指令AT，收到OK则说明握手成功，即TC35i处于正常工作状态。图5-18为TC35i处于正常工作。图5-18TC35i测试成功如图5-19所示。当电网的监测点中出现电压暂降时，将电压暂降的消息通过GSM模块发送到监控中心，发送信息包括暂降时刻、暂降幅值、暂降持续时间。图5-19TC35i发送短信成功当监控中心收到短信报警时，便可以立即采取措施，以及当做今后排查故障的数据依据。图5-20为监控中心收到的短信界面。图5-20监控中心成功收到报警短信5.4本章小结在本章中，我们将对整个系统的谐波，三相不平衡和电压降特性进行仿真分析和实验分析。它还提供触摸和GSM通信，并保存过去的异常警报。结果表明，该系统具有良好的稳定性和准确性。6结论本文详尽地介绍了基于GSM模块的电能质量在线监测系统的设计过程，系统采用基于GSM网络的通信技术和基于Modbus协议的串行通信技术。本文主要结论如下：1.通过查阅各类关于电能质量问题的文献，对电能质量在线监测系统的原理进行了介绍，利用DSP的数字信号处理功能，选用了FFT算法分析谐波；瞬时电压dq分解法分析电压暂降（均方根值计算方法只能求出电压暂降的幅值不能求出当前相位）；计算三相电压的正负序分析三相不平衡度。2.结合国家电能质量指标标准，和市场主流应用硬件，对基于GSM模块对电能质量在线监测系统进行硬件设计。本设计利用ADI公司AD7656作为数据采集模块，进行模数转化，以TI公司TMS320F2812芯片作为核心处理器，GSM通信网络模块则由西门子公司的TC35i担任，以RS232作为触摸屏通讯接口以及控制GSM模块的借口。系统的模块化设置对系统调试已经升级都提供了便捷。3.该系统软件还基于模块化设计原则，使程序可读且可移植，这对于调试和升级系统软件很有用。4.通过该系统进行的软件仿真和硬件调试，实验结果和仿真表明了该系统的可行性。参考文献VannoyD．B．，McGranaghallM．F．，HalpinS．M，etc．Roadmapforpowerqualitystandardsdevelopment[J]．IEEETransactionsonIndustryApplications，2007，43(2)412-421．C．S．Chang，Y．S．Ho，andP．C．Loh．Voltagequalityenhancementwithpowerelectronicsbaseddevices[C]．IEEEPowerEngineeringSocietyWinterMeeting，2000，4：2937-2942．Geun-JoonLee，AlbuMM，HeydtGTA．powerqualityindexbasedonequipmentsensity，cost，andnetworkvulnerability[J]．IEEETransactionsonPowerDelivery，2004，19(3)：1504-1510．HarishPadiyar，UDavid，SMahantShetti．Asystemlevelsolutionforpowerqualityproblems[C]．IEEEPowerIndiaConference，2006：216-221．GuntherEW．Interharmonicsinpowersystems[C]．IEEEPowerEngSocSummerMeet2001，2(15)：813-817．RifaiM．R，OrtmeyerT.H，McQuillanW.J．EvaluationofcurrentinterharmonicsfromACdrives[J]．IEEETransactionsonPowerDelivery．2000，15(3)；1094-1098．H．Chung，G.H.Kwon，T.B.Park，K.Y.Lim．Voltagesagandswellgeneratorfortheevaluationofcustompowerdevices[C]．IEEEPowerEngineeringSocietyGeneralMeeting，2003：164-169．MilanovicJ.V，NegnevitskyM.Powerqualityproblemsandsolutions:currentunderstanding[C]．8thInternationalConferenceonHarmonicsAndQualityofPower，1998：30-35．Kee-youngNam，Sang-bongChoi，Hee-sukRyoo．DevelopmentofNewMonitoringSystemforPowerQualityManagementinKorea[C]．IEEEPESTransmissionandDistributionConferenceandExhibition．2006：1252-1257．F．J．Pazos，J．Amantegui，H．Gago．DifferentiatedMonitoringStrategiesforApplicationinLargeElectricalNetworks[J]．CIGRE/IEEEPESInternationalSymposiumQualityandSecurityofElectricPowerDeliverySystems，2003：225-230．McGranaghan．M，Vannoy．D．RoadmapforPQStandardsDevelopment[C]．IEEEPESTransmissionandDistributionConferenceandExhibition．2006：235-240．Shin，Y-J．Powers，E．Grady，M．Arapostathis，A．Powerqualityindicesfortransientdisturbances[C]．IEEEPowerEngineeringSocietyGeneralMeeting．2006：62-65．MorsiW.G.，El-HawaryM.E.．ANewPerspectivefortheIEEEStandard1459-2000viaStationaryWaveletTransfonilinthePresenceofNonstationaryPowerQualityDisturbance[J]．IEEETransactionsonPowerDelivery，2008，23(4)：2366-2365．RahimbinAbdullahA.，ZuribinSha'ameriA.．Real-TimePowerQualityMonitoringSystemBasedOnTMS320CV5416DSPProcessor[C]．InternationalConferenceonPowerElectronicsandDrivesSystems，2005：1668-1672．肖湘宁．电能质量分析与控制[M]．北京：中国电力出版社，2004：7-11．SanjeevSrivastava，SiddharthSuryanarayanan，PauloRibeiro．AConceptualPowerQualityMonitoringTechniqueBasedonMulti-Agentsystems[C]．Proceedingsofthe37thAnnualNorthAmericanPowerSymposium，2005：358-363．AielloM.，CataliottiA.，NuccioS.．SynchronizationTechniquesforPowerQualityInstruments[C]．IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement．2007，56(5)；1511-1519．Yingvivatanapong，W．J．Lee，S．Oraintara，D．Johnson．Robustgorithmsforhighspeedvoltagesagsandswellsdetection[C]．IEEEIndustrialandCommercialPowerSystemsTechnicalConference，2002：131-137．Arnold．Solutionstothepowerqualityproblem[J]．PowerEngineeringJournal，2001；15(2)：65-73．EdwardReid．PowerQualityIssues-StandardsandGuidelines[J]．IEEEPowerEngineeringSocietyWinterMeeting，1996，32(3)：625-632．林海雪．电力系统三相不平衡[M]．北京：中国电力出版社，1998：23-25．全国电压电流等级和频率标准化技术委员．GB/T14549-93．公用电网谐波[S]．1993.帅定新，谢运祥，王晓刚．电网谐波电流检测方法综述[J]．电气传动，2008，38(8)：17-23．张庆超，肖玉龙．一种改进的电压暂降检测方法．电工技术学报，2006，21(2)：123-126．徐永海，肖湘宁，杨以涵等．基于dq变换和ANN的电能质量扰动辨识[J]．电力系统自动化，2001，25(14)：24-28．亚飞，颜湘武，娄尧林．一种新的电压骤降特征量检测方法[J]．电力系统自动化，2004，28(4)：41-44.翁诗甫.傅里叶变换红外光谱仪[M].北京：化学工业出版社，2005冉启文.小波变换与分数傅里叶变换理论及应用[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001裴恒，宋立新，张开玉．基于DSP的电能质量参数采集装置的设计[J]．哈尔滨理工大学学报，2009，14(06)：56-60．VolkerKuhlmann，AlastmrSimon，MikeDeve，ChrisArnold．EffectsofSamplingRateandADCWidthontheAccuracyofAmplitudeandPhaseMeasurementsinPower-QualityMonitoring[J]．IEEETransactionsonPowerDelivery．2007，22(2)：758-764．苏奎峰．TMS320F2812原理与开发[M]．北京：北京航空航天大学出版社，2008：128-130．潘斌，郭红霞．短信收发模块