侯秀梅

(張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北張家口075000)

單片機(jī)在10KV電站電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

侯秀梅

(張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北張家口075000)

隨著國民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定持續(xù)快速的發(fā)展，人民生活水平不斷提高，家用電器使用量日趨增多，用戶負(fù)荷種類日漸復(fù)雜，致使電能污染越來越嚴(yán)重，電能質(zhì)量大大降低，嚴(yán)重影響了變電站的正常運(yùn)行，使其不能保證安全可靠地供電，經(jīng)濟(jì)效益因而大大降低。通過對10KV電站的電能質(zhì)量進(jìn)行在線監(jiān)測，并依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，提出以MCS－51單片機(jī)技術(shù)構(gòu)建電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件及軟件總體設(shè)計(jì)方案。

電能質(zhì)量監(jiān)測;MCS－51單片機(jī);監(jiān)測系統(tǒng)

電力作為國民經(jīng)濟(jì)中不可或缺的一種能源，是國民經(jīng)濟(jì)的命脈，因此，一個(gè)國家電力水平的高低直接制約著一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和人民的生活水平，是每一個(gè)國家都不能忽視的。作為一個(gè)經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的能源形態(tài)，電力不光有數(shù)量問題，同時(shí)也有質(zhì)量指標(biāo)。過去，我國在電力供應(yīng)上存在的主要問題是由于電力不足而導(dǎo)致生產(chǎn)停頓、人民生活受到影響，電能的質(zhì)量問題還不算非常突出。但是隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高和電力電子設(shè)備的不斷出現(xiàn)，電能質(zhì)量的高低已經(jīng)成為制約生產(chǎn)過程的主要問題，急需得到解決。

關(guān)于電能質(zhì)量(power quality)，從不同的角度考慮，有不同的含義。對用戶來說，電能質(zhì)量就是優(yōu)質(zhì)供電，即能保證用戶及電器設(shè)備正常工作的電能參量;對電力管理部門來說，電能質(zhì)量即是電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，即電能參量符號國家標(biāo)準(zhǔn)。理想的電能質(zhì)量應(yīng)該是對稱的正弦波，但是在現(xiàn)實(shí)生活中，一些因素會導(dǎo)致交流電的波形變得不規(guī)則。電能質(zhì)量的各項(xiàng)指標(biāo)如下:

1.電能幅值。對于35KV及以上電壓級允許變化范圍為額定值的±5%，10KV及以上電壓級允許變化范圍為±7%。

2.頻率。目前，我國電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz，正常運(yùn)行時(shí)允許的偏移為±0.2～±0.5Hz。

3.諧波。正常的電壓為正弦波形，但由于某種因素總會產(chǎn)生一些諧波，造成電壓波形的畸變。為此，對電壓的正弦波形畸變率也有限制。波形畸變率是指各次諧波有效值平方和的方根對基波有效值的百分比。對于6～10KV供電電壓不超過4%，0.38KV電壓不超過5%。

電能質(zhì)量的監(jiān)測內(nèi)容有三項(xiàng)指標(biāo)，分別為電壓、諧波和頻率。電壓指標(biāo)具體又表現(xiàn)為電壓波動和閃變、電壓偏差、欠電壓和過電壓以及三相不平衡;頻率表現(xiàn)為電力系統(tǒng)頻率偏差;諧波即是電壓波形的畸變。

數(shù)據(jù)采集是電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)的核心部分，監(jiān)測系統(tǒng)中電壓及電流的轉(zhuǎn)換，模數(shù)轉(zhuǎn)換等控制方案均通過其實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能是采集電壓、電流，并對電壓電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲;然后由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對所采集的信息和國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對，從而達(dá)到質(zhì)量監(jiān)測的目的，便于工作人員實(shí)時(shí)觀測電能質(zhì)量參數(shù)，并對監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

利用單片機(jī)的軟硬件技術(shù)來對變電站電能質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，是目前電能監(jiān)測中最實(shí)用的一種方式，這種監(jiān)測可以提高監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和實(shí)用性，便于調(diào)試和維護(hù)。本文主要介紹的就是利用AT89C51單片機(jī)設(shè)計(jì)的10KV變電站電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)。

ATMEL 89系列單片機(jī)是美國ATMEL公司生產(chǎn)的與MCS－51系列單片機(jī)兼容的產(chǎn)品，是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器(EPEROM－Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)，是低電壓、高性能的CMOS 8位單片機(jī)。這個(gè)系列產(chǎn)品的最大特點(diǎn)是在片內(nèi)含有Flash存儲器，因此，有著十分廣泛的用途和很好的前景。

下面以電壓參數(shù)為例來說明電能質(zhì)量的監(jiān)測電路和相應(yīng)的程序流程。

1 電壓轉(zhuǎn)換電路

(1)電壓轉(zhuǎn)換電路。圖1為電壓轉(zhuǎn)換電路。由變壓器輸出的交流電壓信號經(jīng)R10后再經(jīng)過二極管D7進(jìn)行半波整流，整流后得到直流電壓;電容有通高頻阻低頻的特點(diǎn)，所以再經(jīng)過電容C8將高頻信號濾除，這樣就將原電壓信號中的脈動電壓濾除掉了，得到穩(wěn)定的直流電壓;然后再通過調(diào)節(jié)R13，將電壓從有效值轉(zhuǎn)換到平均值;最后再將平均值接入到模數(shù)轉(zhuǎn)換器MAX187中，實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。

圖1 電壓轉(zhuǎn)換電路Fig.1 Diagram of voltage conversion circuit

(2)本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中采用的A/D轉(zhuǎn)換芯片是美國美信公司(MAXIM)的MAX187。MAX187是串行12位逐次逼近型模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，工作電壓+5V，接受0至4.096V的模擬輸入，有內(nèi)部基準(zhǔn)，基準(zhǔn)值為4.096V，內(nèi)部集成高速采樣保持器，快速采樣/保持1.5μs，可通過一個(gè)外部時(shí)鐘從內(nèi)部讀取數(shù)據(jù)，可節(jié)省掉外部硬件而與絕大部分微控制器通訊以及一個(gè)高速的三總線串行接口，接口與SPITM、QSPITM及MicrowireTM兼容。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，采用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓，故需在4腳接一個(gè)4.7μF電容。MAX187只有一路輸入模擬通道，而本系統(tǒng)要檢測多路數(shù)據(jù)，所以要外接多路模擬開關(guān)CC4051，MAX187受單片機(jī)的P1口控制。MAX187與單片機(jī)接口電路見圖3:

圖2 轉(zhuǎn)換電路原理圖Fig.2 Diagram of conversion circuit

2 程序設(shè)計(jì)

在實(shí)現(xiàn)硬件電路的基礎(chǔ)上，再輔以相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)，可更直接地實(shí)現(xiàn)監(jiān)測目的。圖4為數(shù)據(jù)采集部分流程圖。

圖 4數(shù)據(jù)采集程序流程圖Fig.4 Flow chart of data acquisition program

結(jié)論

以上是對10KV變電站電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的論述。電能質(zhì)量是必須考慮的問題，提高電能質(zhì)量對有效減少電能消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益有實(shí)際意義。

［1］林學(xué)海.論電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［J］.中國電力，1997，(3):16－17.

［2］肖湘寧.電能質(zhì)量分析與控制［M］.北京:中國電力出版社，2004.9－10.［3］李慧，董愛華.基于單片機(jī)的電能質(zhì)量檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.科技信息，2010，(33):466－467.

Application of Single－chip Digital Control Technology in the Power Quality Monitoring System for 10KV Power Plant

HOU Xiu－mei
(Zhangjiakou Vocational and Technical College，Zhangjiakou，Hebei 075051)

With the sustainable and rapid development of national economy，and the rising of living standards，the number of household appliances used are growing larger and larger，which result in industrial automation boom，and the complexity of load types.This situation will make the electric pollution more and more serious and the quality of power greatly reduced.It will also affect the normal operation of the substation，making it unable to guarantee the safety of power supply.By monitoring the power quality of the 10KV power plant，this paper proposes a quality monitoring system based on the MCS－51 microcontroller technology.

power quality monitoring;MCS－51 microcontroller;monitoring system

TM933.4

A

1008－8156(2012)02－0059－03

2012－04－02

修回日期:2012－04－19

侯秀梅(1972－)，女，河北張家口人，張家口職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣工程系講師，碩士。研究方向:電氣工程。