便携式电网谐波检测装置在电力系统中的应用工学论文

便携式电网谐波检测装置在电力系统中的应用工学论文

　　摘要：电能质量的好坏严重影响电力系统的稳定运行，测量和分析电能质量的装置运行可靠性对检测电网谐波的检测具有至关重要的作用。采用小波变换分析理论作为电网谐波检测和分析的方法，基于嵌入式linux操作系统和GUI图形界面，以S3C2410为核心，研究设计电网谐波检测装置，用以对谐波进行检测。

　　关键词：电网谐波;电网安全;小波;S3C2410;GUI

　　电力系统的谐波严重危害电网的安全性、稳定性和可靠性。近几年，随着电力电子技术的发展，很多学者对于电网谐波的检测问题，进行了较深入地研究。

　　当前最主要的检测方法是基于傅立叶变换谐波检测法和基于小波变换的谐波检测法。本文拟采用最新的嵌入式linux操作系统并应用小波变换的方法对谐波进行检测。

　　1电网质量基本测量指标

　　电网电能质量检测的基本指标主要包括电压、电流有效值、频率、功率、电压波动和闪变以及三相不平衡的测量。小波变换作为一种新型的时频域分析工具，具有良好的时频局部化特性，可同时提取信号的时频特征，克服傅里叶变换仅有频域局部化而无时域局部化特性的缺点，适用于非整数次谐波的分离和突变谐波的检测，近年来在电力系统的谐波检测中得到了广泛应用。以电压和电流的有效值为例，电压的有效值表达式为：U=1TT0乙u2(t)dt姨(1)电流有效值表达式为：I=1Tr0乙i2(t)dt姨(2)式中：r(t)为电压的瞬时值;T为电压电流的变化周期，一般为0.02 s;i(t)为电流瞬时值。

　　电压的离散值为：

　　U=1NN-1k=0Σu2k姨(3)电流的离散值为：I=1NN-1k=0Σi2k姨(4)式中：uk和ik为第k个采样瞬间的值。

　　要想对电网的谐波进行很好地检测，就必须对谐波的各个分量都进行分析，并对混叠的谐波进行抑制。以电压值为例，设Au(t)∈L2(R)，对其进行小波变换得：Au(a，b)≤u，Φ(a，b)≥1a+∞-∞乙u(t)Φ(t-ab)dt式中：Φ(t-ba)为Φ(t-ba)的复共轭。

　　u(t)的二进制小波变换为：

　　Au(a，b)≤u，Φ(a，b)≥12j+∞-∞乙u(t)Φ(2-at-b)dt2系统硬件设计现在的电网谐波检测主要用数字信号处理器(DSP)，其高速的信号处理能力和较强的可扩展性，深受广大研究者的喜爱。本文采用三星公司的S3C2410为检测装置的CPU。其具有很多特点，如支持DSP的指令集，丰富的接口适合应用于各种场合等。系统框图如图1所示。

　　前置测量模块主要完成对电网信号的预处理和电能信号的采集，它包括模拟信号预处理模块和电能信号采集模块;接口模块主要是由USB模块、GPRS模块和RS485模块组成，其主要功能是实现前置测量模块与上位机及远程监控模块的准确快速通信，完成测量系统测量过程中数据的时时传输;远程监控模块是测量系统进入公共以太网的接口，是测量系统实现网络化的桥梁。

　　S3C2410高速的处理速度可完成繁重的数据采集、滤波处理及与上位机的通讯;同时还可作为上位机负责系统配置管理、人机交互、通信等。其不但可以有更高的信号采样频率、更大的信号处理量，而且能完成更多的测量任务，因而提高了开发效率。此结构还能充分利用CPU资源，通过无线接口与其他检测装置进行通讯。

　　3系统软件设计

　　电能质量参数采集模块采用ADE7758作为三相电量采集IC，其工作过程为：初始化S3C2410;等待数据;判断是否收到数据。如果没有收到数据，则继续等待数据;如果收到数据，则检测是不是初始化命令。

　　如果是初始化命令，则初始化ADE7758并进行校验，直到电压输入为0、电流输出为0;如果不是，则直接传给ADE7758，其电能参数数据采集模块流程图如图2所示。系统的主程序流程图如图3。

　　在设计嵌入式系统时，首先需要建立嵌入式Linux操作系统，通常分为以下4个步骤：BOOT-LOADER移植，为Linux的引导做准备;根据业务需求和硬件配置裁剪和移植Linux内核;开发驱动程序，如网络驱动、串口驱动、USB驱动、键盘驱动、显示驱动和HPI驱动等;建立文件系统。在进行信号处理时还包括量程的选择、闪变的测量、有功和无功功率的测量以及频率的测量等;在系统的应用软件设计当中，还包括显示子系统、初始化和参数设置子系统、应用业务处理子系统和用户图形界面的开发。用户图形界面的开发主要采用GUI技术，它是操作系统与用户之间的交互接口技术。电能质量检测系统的GUI子系统与业务处理模块之间采用类似客户端/服务器的方式进行通信，从而保证了模块之间的低藕合、高聚合性(如图4所示)。

　　4结语

　　电能质量的好坏严重影响电力系统的稳定运行，测量和分析电能质量装置运行的可靠性对检测电网谐波的检测具有至关重要的作用。本文采用小波变换分析理论作为电网谐波检测和分析的方法，基于嵌入式linux操作系统和GUI图形界面，以S3C2410为核心设计电网谐波检测装置，给出嵌入式在线电能质量检测系统的设计路线。

　　参考文献

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　　[5]李圣清.电网谐波检测方法的综述[J].高电压技术，2004(3)：49-52.

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