摘要：電能質(zhì)量的好壞嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，測(cè)量和分析電能質(zhì)量的裝置運(yùn)行可靠性對(duì)檢測(cè)電網(wǎng)諧波的檢測(cè)具有至關(guān)重要的作用。采用小波變換分析理論作為電網(wǎng)諧波檢測(cè)和分析的方法，基于嵌入式linux操作系統(tǒng)和GUI圖形界面，以S3C2410為核心，研究設(shè)計(jì)電網(wǎng)諧波檢測(cè)裝置，用以對(duì)諧波進(jìn)行檢測(cè)。

　　關(guān)鍵詞：電網(wǎng)諧波;電網(wǎng)安全;小波;S3C2410;GUI

　　電力系統(tǒng)的諧波嚴(yán)重危害電網(wǎng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。近幾年，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，很多學(xué)者對(duì)于電網(wǎng)諧波的檢測(cè)問題，進(jìn)行了較深入地研究。

　　當(dāng)前最主要的檢測(cè)方法是基于傅立葉變換諧波檢測(cè)法和基于小波變換的諧波檢測(cè)法。本文擬采用最新的嵌入式linux操作系統(tǒng)并應(yīng)用小波變換的方法對(duì)諧波進(jìn)行檢測(cè)。

　　1電網(wǎng)質(zhì)量基本測(cè)量指標(biāo)

　　電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)的基本指標(biāo)主要包括電壓、電流有效值、頻率、功率、電壓波動(dòng)和閃變以及三相不平衡的測(cè)量。小波變換作為一種新型的時(shí)頻域分析工具，具有良好的時(shí)頻局部化特性，可同時(shí)提取信號(hào)的時(shí)頻特征，克服傅里葉變換僅有頻域局部化而無時(shí)域局部化特性的缺點(diǎn)，適用于非整數(shù)次諧波的分離和突變諧波的檢測(cè)，近年來在電力系統(tǒng)的諧波檢測(cè)中得到了廣泛應(yīng)用。以電壓和電流的有效值為例，電壓的有效值表達(dá)式為：U=1TT0乙u2(t)dt姨(1)電流有效值表達(dá)式為：I=1Tr0乙i2(t)dt姨(2)式中：r(t)為電壓的瞬時(shí)值;T為電壓電流的變化周期，一般為0.02 s;i(t)為電流瞬時(shí)值。

　　電壓的離散值為：

　　U=1NN-1k=0Σu2k姨(3)電流的離散值為：I=1NN-1k=0Σi2k姨(4)式中：uk和ik為第k個(gè)采樣瞬間的值。

　　要想對(duì)電網(wǎng)的諧波進(jìn)行很好地檢測(cè)，就必須對(duì)諧波的各個(gè)分量都進(jìn)行分析，并對(duì)混疊的諧波進(jìn)行抑制。以電壓值為例，設(shè)Au(t)∈L2(R)，對(duì)其進(jìn)行小波變換得：Au(a，b)≤u，Φ(a，b)≥1a+∞-∞乙u(t)Φ(t-ab)dt式中：Φ(t-ba)為Φ(t-ba)的復(fù)共軛。

　　u(t)的二進(jìn)制小波變換為：

　　Au(a，b)≤u，Φ(a，b)≥12j+∞-∞乙u(t)Φ(2-at-b)dt2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)現(xiàn)在的電網(wǎng)諧波檢測(cè)主要用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，其高速的信號(hào)處理能力和較強(qiáng)的可擴(kuò)展性，深受廣大研究者的喜愛。本文采用三星公司的S3C2410為檢測(cè)裝置的CPU。其具有很多特點(diǎn)，如支持DSP的指令集，豐富的接口適合應(yīng)用于各種場(chǎng)合等。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　前置測(cè)量模塊主要完成對(duì)電網(wǎng)信號(hào)的預(yù)處理和電能信號(hào)的采集，它包括模擬信號(hào)預(yù)處理模塊和電能信號(hào)采集模塊;接口模塊主要是由USB模塊、GPRS模塊和RS485模塊組成，其主要功能是實(shí)現(xiàn)前置測(cè)量模塊與上位機(jī)及遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊的準(zhǔn)確快速通信，完成測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量過程中數(shù)據(jù)的時(shí)時(shí)傳輸;遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊是測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)入公共以太網(wǎng)的接口，是測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的橋梁。

　　S3C2410高速的處理速度可完成繁重的數(shù)據(jù)采集、濾波處理及與上位機(jī)的通訊;同時(shí)還可作為上位機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)配置管理、人機(jī)交互、通信等。其不但可以有更高的信號(hào)采樣頻率、更大的信號(hào)處理量，而且能完成更多的測(cè)量任務(wù)，因而提高了開發(fā)效率。此結(jié)構(gòu)還能充分利用CPU資源，通過無線接口與其他檢測(cè)裝置進(jìn)行通訊。

　　3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　電能質(zhì)量參數(shù)采集模塊采用ADE7758作為三相電量采集IC，其工作過程為：初始化S3C2410;等待數(shù)據(jù);判斷是否收到數(shù)據(jù)。如果沒有收到數(shù)據(jù)，則繼續(xù)等待數(shù)據(jù);如果收到數(shù)據(jù)，則檢測(cè)是不是初始化命令。

　　如果是初始化命令，則初始化ADE7758并進(jìn)行校驗(yàn)，直到電壓輸入為0、電流輸出為0;如果不是，則直接傳給ADE7758，其電能參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊流程圖如圖2所示。系統(tǒng)的主程序流程圖如圖3。

　　在設(shè)計(jì)嵌入式系統(tǒng)時(shí)，首先需要建立嵌入式Linux操作系統(tǒng)，通常分為以下4個(gè)步驟：BOOT-LOADER移植，為L(zhǎng)inux的引導(dǎo)做準(zhǔn)備;根據(jù)業(yè)務(wù)需求和硬件配置裁剪和移植Linux內(nèi)核;開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序，如網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)、串口驅(qū)動(dòng)、USB驅(qū)動(dòng)、鍵盤驅(qū)動(dòng)、顯示驅(qū)動(dòng)和HPI驅(qū)動(dòng)等;建立文件系統(tǒng)。在進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)還包括量程的選擇、閃變的測(cè)量、有功和無功功率的測(cè)量以及頻率的測(cè)量等;在系統(tǒng)的應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)當(dāng)中，還包括顯示子系統(tǒng)、初始化和參數(shù)設(shè)置子系統(tǒng)、應(yīng)用業(yè)務(wù)處理子系統(tǒng)和用戶圖形界面的開發(fā)。用戶圖形界面的開發(fā)主要采用GUI技術(shù)，它是操作系統(tǒng)與用戶之間的交互接口技術(shù)。電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的GUI子系統(tǒng)與業(yè)務(wù)處理模塊之間采用類似客戶端/服務(wù)器的方式進(jìn)行通信，從而保證了模塊之間的低藕合、高聚合性(如圖4所示)。

　　4結(jié)語

　　電能質(zhì)量的好壞嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，測(cè)量和分析電能質(zhì)量裝置運(yùn)行的可靠性對(duì)檢測(cè)電網(wǎng)諧波的檢測(cè)具有至關(guān)重要的作用。本文采用小波變換分析理論作為電網(wǎng)諧波檢測(cè)和分析的方法，基于嵌入式linux操作系統(tǒng)和GUI圖形界面，以S3C2410為核心設(shè)計(jì)電網(wǎng)諧波檢測(cè)裝置，給出嵌入式在線電能質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)路線。

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