【畢業(yè)學(xué)位論文】基于ARM的電壓諧波監(jiān)測及消諧裝置的研究-通信與信息系統(tǒng)

華北電力大學(xué)（保定）碩士學(xué)位論文基于桂云申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)指導(dǎo)教師：侯思祖20081226華隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)中的諧波污染越來越嚴(yán)重，已成為電網(wǎng)中的“公害。因此，對電網(wǎng)諧波進(jìn)行監(jiān)測與研究是限制、消除諧波危害的前提，也是保證供電系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運行及保證設(shè)備和人身安全的迫切需要。本文在分析了國內(nèi)外諧波檢測技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向的基礎(chǔ)上，對電壓諧波監(jiān)測及消諧裝置進(jìn)行了整體研究及設(shè)計。選擇計并實現(xiàn)了基于時在RM 31環(huán)境下利用后對嵌入式以太網(wǎng)接口進(jìn)行了設(shè)計與實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：諧波，電壓，f of of“As a to is t0 an to mn on at on of at n f as so on，is FT to 13 t of RM is by FT 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，電網(wǎng)中的諧波污染越來越嚴(yán)重，已成為電網(wǎng)中的“公害。因此，對電網(wǎng)諧波進(jìn)行監(jiān)測與研究是限制、消除諧波危害的前提，也是保證供電系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運行及保證設(shè)備和人身安全的迫切需要。本文在分析了國內(nèi)外諧波檢測技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向的基礎(chǔ)上，對電壓諧波監(jiān)測及消諧裝置進(jìn)行了整體研究及設(shè)計。選擇計并實現(xiàn)了基于時在RM 31環(huán)境下利用后對嵌入式以太網(wǎng)接口進(jìn)行了設(shè)計與實現(xiàn)。關(guān)鍵詞：諧波，電壓，f of of“As a to is t0 an to mn on at on of at n f as so on，is FT to 13 t of RM is by FT 尸 明本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學(xué)位論文基于是本人在華北電力大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間，在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果。據(jù)本人所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得華北電力大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的說明本人完全了解華北電力大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：學(xué)校有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；學(xué)校可以采用影印、縮印或其它復(fù)制手段復(fù)制并保存學(xué)位論文；學(xué)?？稍试S學(xué)位論文被查閱或借閱：學(xué)?？梢詫W(xué)術(shù)交流為目的，復(fù)制贈送和交換學(xué)位論文；同意學(xué)?？梢杂貌煌绞皆诓煌襟w上發(fā)表、傳播學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容。(涉密的學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定)作者簽名：日 期：王欄參 導(dǎo)師簽名：華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文11選題背景與意義第一章緒論微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計了大量高性能、廉價、耗能低的發(fā)了相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點。5前，絡(luò)、消費電子產(chǎn)品、嵌入控制、消費教育類多媒體、集成了斷控制、功率控制、存儲控制、S、權(quán)予各半導(dǎo)體廠商生產(chǎn)，已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的嵌入式處理器之一。隨著科技的發(fā)展，與系統(tǒng)連接的電氣設(shè)備日益增多，這些設(shè)備中的非線性用電設(shè)備及家用電器，大多是能產(chǎn)生諧波。向電網(wǎng)中注入諧波電流，將造成電網(wǎng)波形的畸變和電氣設(shè)備的異常運行。凡與電網(wǎng)連接并往電網(wǎng)中注入兩倍于工頻及更高頻率的諧波電流的設(shè)備，統(tǒng)稱為諧波源。冶金、化工等工業(yè)、電氣機(jī)車的換流設(shè)備和電弧爐等各種非線性用電設(shè)備連接到電網(wǎng)后，均能向電網(wǎng)注入諧波電流，都屬于諧波源。發(fā)電機(jī)、變壓器、電動機(jī)等電力設(shè)備，如參數(shù)選擇不當(dāng)或設(shè)計結(jié)構(gòu)和制造工藝不良，也會向電網(wǎng)注入大量諧波，所以也可能成為諧波源。在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生非正弦波，引起電壓畸變的設(shè)備大致包括：應(yīng)用可控硅或硅整流等半導(dǎo)體器件的電氣設(shè)備(如交直流變換裝置、交流電力調(diào)整裝置和頻率變換裝置)、電力變壓器、電弧爐、家用電器設(shè)備(如熒光燈、彩色電視機(jī)和除塵器)以及短時或瞬時出現(xiàn)高于工業(yè)頻率的波形的設(shè)備(如音頻控制裝置)等。電力系統(tǒng)中諧波電流普遍存在，因諧波電流造成的電氣設(shè)備故障及受電設(shè)備故障與日俱增，其潛在的危害在于：易誘發(fā)事故，造成成本提高，對經(jīng)濟(jì)效益造成具大損失。據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計，在我國每年有近數(shù)百億元的損失。諧波問題是電能質(zhì)量中的一個重要問題。12國內(nèi)外研究動態(tài)電能質(zhì)量問題，特別是諧波問題，早在20世紀(jì)20年代到30年代就引起了人們的注意。當(dāng)時在德國，由于使用靜止汞弧變流器而造成了電流波形畸變。1945年JC早期諧波研究比較有影響的論文【11。到了20世紀(jì)50、60年代，由于高壓直流輸電技術(shù)的發(fā)展，使得諧波污染加劇，人華北電力人學(xué)碩士學(xué)位論文們對其研究的力度加大，發(fā)表了些有學(xué)術(shù)價值的研究電力系統(tǒng)諧波的論文年來，各種非線性負(fù)載，特別是新型電力電子器件在電力系統(tǒng)、工業(yè)各部門和家用電器產(chǎn)品中的日益廣泛應(yīng)用，使得諧波電流和無功電流大量流入電網(wǎng)。在日本，換流裝置在2000年的普及率和增長率為1987年的25倍，諧波電流和電力系統(tǒng)容量的比例上升到1990年的2倍左右13i；在美國，電力電子裝置1999年上升到1992年的45倍左右，電力諧波上升到1992年的25倍左右。隨著我國改革開放政策的實施，國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，直流輸電和柔性交流輸電技術(shù)的采用，電氣化鐵道的快速發(fā)展，化工、冶金和煤炭等工業(yè)部門中大量應(yīng)用電力電子設(shè)備，節(jié)能工作中電力電子技術(shù)也得到廣泛應(yīng)用，諧波污染源的使用數(shù)量不斷增加，電網(wǎng)電壓畸變率不斷上升，使得電力系統(tǒng)的諧波問題同益嚴(yán)重?？傊F(xiàn)在世界各地的諧波污染問題呈逐漸上升趨勢。正是由于電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電力電子裝置的日益廣泛應(yīng)用，諧波污染的日趨嚴(yán)重，諧波問題已在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的關(guān)注。1982年，國際電工委員會第一次制定了通用電器設(shè)備產(chǎn)生諧波的限制標(biāo)準(zhǔn)一且在以后的執(zhí)行過程中不斷地進(jìn)行了修訂和完善，是一部最早的最具權(quán)威的諧波限制標(biāo)準(zhǔn)，在歐美等發(fā)達(dá)國家已被強(qiáng)制執(zhí)行【41。1993年，美國電氣和電子工程師學(xué)會在以上標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修改和補充，制定了。另外，國際大電網(wǎng)會議、國際供電會議等國際性學(xué)術(shù)組織，也相繼成立了專門的電力系統(tǒng)諧波工作組，并已制定出了限制電力系統(tǒng)諧波的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)12l。國際國內(nèi)召丌了多次有關(guān)諧波問題的學(xué)術(shù)會議，探討和交流諧波治理的方法和經(jīng)驗。奧地利001年出版的國外諧波治理的代表作。我國也將諧波的管理、監(jiān)測和治理等擺到了十分重要的位置，先后于1984年1993年分別制定了限制電力諧波的規(guī)定和國家標(biāo)準(zhǔn)15J。吳競昌等人1988年出版的電力系統(tǒng)諧波，夏道止等人1994年出版的高壓直流輸電系統(tǒng)的諧波分析及濾波，王兆安等人1998年出版的諧波抑制和無功功率補償是我國近年來在諧波治理方面發(fā)表的具有較大影響的著作。隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速的發(fā)展，電力負(fù)荷急劇增大，對電力系統(tǒng)的污染越來越嚴(yán)重，而諧波含量則是目前電網(wǎng)中影響最為重要的一項指標(biāo)。這也對監(jiān)測電力系統(tǒng)運行狀況的儀器設(shè)備提出更高的要求。目前，具有高性能、低成本、低功耗等特點的過選擇合適的消諧裝置并將其應(yīng)用于實踐，可以達(dá)到更佳的消諧效果。因此，基于華北電力火學(xué)碩士學(xué)位論文13論文的主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)131論文意義長期以來，人們習(xí)慣把供電頻率和電壓有效值的穩(wěn)定程度，作為衡量電能質(zhì)量的兩個基本參數(shù)。近十幾年來，隨著電子技術(shù)、節(jié)能技術(shù)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，在化工、冶金、鋼鐵、煤炭和交通等部門大量使用了各種整流設(shè)備、交直流換流設(shè)備和電子電壓調(diào)整設(shè)備，這些電力設(shè)備和負(fù)載以不規(guī)則的組合方式，隨機(jī)地在電網(wǎng)中運行，造成了電力系統(tǒng)中電壓、電流波形的嚴(yán)重畸變和三相系統(tǒng)的不平衡。電源發(fā)出的工頻正弦電壓，也會在遠(yuǎn)距離輸送、分配過程中產(chǎn)生畸變。因此，電能質(zhì)量己經(jīng)不能僅用頻率和電壓這兩項指標(biāo)來鑒定了。電力系統(tǒng)的電壓和電流發(fā)生波形畸變后，將對發(fā)電、輸電、供電系統(tǒng)、用電負(fù)載以及周圍的電磁環(huán)境產(chǎn)生危害，當(dāng)今這種危害已經(jīng)發(fā)展到了和自然環(huán)境污染一樣，成為了一種社會公害，稱之為“諧波污染”。近年來，在電力電子技術(shù)領(lǐng)域，要求實施“綠色電力電子”的呼聲也日益高漲。對電力系統(tǒng)這個環(huán)境來說，無諧波就是“綠色”的主要標(biāo)志之一。因此對電力系統(tǒng)諧波污染的治理也己成為電工科學(xué)技術(shù)界所必須解決的問題。目前，電力系統(tǒng)中的諧波源不但類型多，而且分布廣，用戶電網(wǎng)中的諧波電流可能來自本身的非線性設(shè)備，也可能來自外部線路，不加以區(qū)分將給諧波治理造成困難，因而進(jìn)行諧波治理之前需要了解電網(wǎng)中諧波的次數(shù)及含量，即須進(jìn)行諧波的檢測，這也是本課題的研究意義所在。嵌入式系統(tǒng)是信息產(chǎn)業(yè)走向二十一世紀(jì)知識經(jīng)濟(jì)時代的最重要的經(jīng)濟(jì)增長點之一，這是一個不可壟斷的工業(yè)，對中國的信息產(chǎn)業(yè)來說充滿了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。隨著信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、信息家電、交通管理、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、服務(wù)業(yè)等各行業(yè)，己成為現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計的一大領(lǐng)域和方向。同時，在計算機(jī)領(lǐng)域，微型化和專業(yè)化成為了發(fā)展的新趨勢，同樣也需要嵌入式系統(tǒng)的支持。在諧波檢測技術(shù)走向數(shù)字化的過程中，對于微處理器的要求和系統(tǒng)軟件以及應(yīng)用軟件的要求，隨著實際應(yīng)用的需求也越來越大。今后，諧波檢測儀器將朝著高性能，高可靠性，低成本，小體積，低功耗，易于操作，用戶界面友好等方向發(fā)展。因此，在諧波檢測儀中引入嵌入式系統(tǒng)是十分必要，也是十分高效的。諧波檢測儀，國內(nèi)外已經(jīng)有很多產(chǎn)品，但其中絕大多數(shù)是非在線式的。這些檢測儀價格較為昂貴，僅適用于對諧波進(jìn)行臨時性、精確的測量，大規(guī)模使用存在維護(hù)困難，花費高昂，體積大安裝不方便等問題。在線式的諧波檢測儀要求體積小、1華北電力人學(xué)碩+學(xué)位論文成本低、測量誤差允許范圍較大。供電部門對在線式諧波檢測儀需求很大，國內(nèi)很多廠家都在進(jìn)行這方面的研究，但目自訂還沒有成熟產(chǎn)品問世。因此，設(shè)計一個基于32論文的主要內(nèi)容本文對握軟件設(shè)計的方法，學(xué)會使用開發(fā)工具，比較不同系列的擇合適的微處理器，構(gòu)建較好系統(tǒng)方案。消諧裝置主要利用雙向可控硅組件，直接動作于電壓互感器的開口三角繞組。對于開展預(yù)防和抑制諧波諧振方面必將有著良好的應(yīng)用前景。本文采用一種基于計并實現(xiàn)了基于系統(tǒng)整體方案(信號調(diào)理電路、控硅觸發(fā)電路、以太網(wǎng)接口軟硬件的實現(xiàn))進(jìn)行了詳細(xì)的制作，并在移植在系統(tǒng)利用了目前應(yīng)用最廣泛的過以太網(wǎng)接口實現(xiàn)進(jìn)而可以對諧波進(jìn)行在線監(jiān)測。133論文的組織結(jié)構(gòu)本論文共分五章：第一章主要介紹了課題研究的背景和意義及國內(nèi)外研究動向，同時給出了本文的工作任務(wù)和章節(jié)安排。第二章主要設(shè)計了基于太網(wǎng)控制芯片選用立在諧波抑制方法基礎(chǔ)之上，本文的消諧裝置主要利用雙向可控硅組件，直接動作于電壓互感器的開口三角繞組，可以實現(xiàn)對諧波的在線監(jiān)測及消除。第三章主要對基于此基礎(chǔ)上，本章主要對實現(xiàn)該方案的數(shù)據(jù)采集模塊和嵌入式以太網(wǎng)接口進(jìn)行分析，并設(shè)計完成了原理圖。第四章利用發(fā)環(huán)境是在i；|RM 31下。根據(jù)系統(tǒng)的需求分析與設(shè)計，給出了在移植I。在五章對全文進(jìn)行了總結(jié)，指出了本文的需要改進(jìn)之處和后期的工作。4華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文第二章基于電壓諧波的定義電學(xué)計量是計量學(xué)中的傳統(tǒng)計量，電壓計量又是電學(xué)計量的一個重要的分支。從目前來講直流電壓的國際計量水平已經(jīng)達(dá)到108V。交流電壓可以溯源到直流電壓基準(zhǔn)，尤其是工頻交流電壓信號的計量在電學(xué)計量中占有很重要的地位。理想情況下，電力系統(tǒng)向用戶提供的應(yīng)該是一個恒定工頻的標(biāo)準(zhǔn)正弦波形電壓，但是由于各系統(tǒng)(發(fā)電機(jī)、變壓器、線路等)參數(shù)的不理想線性或非對稱的、調(diào)控手段的不完善、負(fù)荷性質(zhì)的差異以及運行操作中各種故障等原因，都使這種理想狀態(tài)在實際中無法存在。因此通過對周期性電壓的傅立葉分解，所得到的頻率為基波整數(shù)倍分量的含有量，即為諧波。211實現(xiàn)電壓諧波裝置的技術(shù)意義隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，由于眾多的家用電器和電弧爐等非線性負(fù)荷的不斷增多和容量增大，電力系統(tǒng)中的諧波水平日益提高，由諧波引起的系統(tǒng)諧振所產(chǎn)成的過電流、過電壓對電力系統(tǒng)的安全運行帶來的危害不容忽視，開展預(yù)防和抑制諧波諧振方面的研究，對于電力系統(tǒng)的安全運行意義重大。據(jù)美國官方統(tǒng)計：近20年來全球范圍內(nèi)因電能質(zhì)量引起的重大電力事故已達(dá)20多起，每年因諧波擾動和電氣環(huán)境污染引起的國民經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)300億美元。一般認(rèn)為諧波主要有以下幾種危害：(1)大大增加了電網(wǎng)中發(fā)生諧振的可能，從而造成很高的過電流或過電壓而引發(fā)事故。(2)增加附加損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率和設(shè)備利用率。(3)使電氣設(shè)備(旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電容器、變壓器等)運行不速絕緣老化，從而縮短它們的使用壽命。(4)使繼電保護(hù)、自動裝置、計算機(jī)系統(tǒng)，以及許多用電設(shè)備運轉(zhuǎn)不正?；蛘卟荒苷＿\作。(5)使測量和計量儀器、儀表不能幣確指示或計量。(6)干擾通信系統(tǒng)，降低信號的傳輸質(zhì)量，破壞信號的至損壞通訊設(shè)備。種種跡象表明，諧波已逐漸成為影響電網(wǎng)穩(wěn)定運行、劣化電能質(zhì)量的潛在威脅。力電子、電動機(jī)、供配電等專業(yè)和所有涉及電力電子應(yīng)用的工業(yè)部門中，都把諧波干擾及其分析處理作為重要技術(shù)課題。22嵌入式以太網(wǎng)技術(shù)嵌入式系統(tǒng)是一種具有智能的專用計算機(jī)設(shè)備，可完成單個任務(wù)或多個相關(guān)任務(wù)。以太網(wǎng)是用于很多辦公室和家庭的局域網(wǎng)技術(shù)，可實現(xiàn)計算機(jī)之間的通信和資源共享，很多以太網(wǎng)還可以通過和路由器相連，實現(xiàn)對著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式技術(shù)得到了廣闊的發(fā)展空間。網(wǎng)絡(luò)通信使嵌入式系統(tǒng)的功能更強(qiáng)，更容易監(jiān)控。嵌入式以太網(wǎng)接入技術(shù)則是一種采用以太網(wǎng)為通信介質(zhì)的嵌入式設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化的全新解決方案。通過以太網(wǎng)及換和共享數(shù)據(jù)。嵌入式系統(tǒng)可以作為主網(wǎng)站發(fā)送和接收郵件，上傳和下載文件。嵌入式系統(tǒng)要想接入以太網(wǎng)需要滿足兩個條件：硬件上要有網(wǎng)絡(luò)接口；軟件上要提供相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。當(dāng)給嵌入式設(shè)備配上一個以太網(wǎng)卡接口芯片，并提供協(xié)議時，嵌入式系統(tǒng)就能接入以太網(wǎng)。嵌入式以太網(wǎng)的實現(xiàn)方案有以下幾種：(1)高檔32位86等)+過在在而實現(xiàn)2)利用專用網(wǎng)絡(luò)芯片其它嵌入式設(shè)備接入到以太網(wǎng)。3)816位單片機(jī)+精簡據(jù)816單片機(jī)自身和應(yīng)用特點，裁減而將低端單片機(jī)接入以太網(wǎng)。本文采用太網(wǎng)控制芯片選用設(shè)計嵌入式而對諧波進(jìn)行在線監(jiān)測及消除。具體設(shè)計和實現(xiàn)見三、四章。諧波已經(jīng)成為影響電能質(zhì)量的因素之一，由此看來，建立一種在線電壓諧波監(jiān)測及消諧裝置勢在必行。6華北電力火學(xué)碩十學(xué)位論文23諧波的抑制方法對諧波的抑制就是減少或消除注入系統(tǒng)的諧波電流，以便將諧波電壓和各次諧波電流控制在限定值之內(nèi)。抑制諧波電流主要有以下3種措施：231降低諧波源的諧波含量在諧波源上采取措施，以最大限度地避免諧波的產(chǎn)生。具體方法有：(1)增加整流器的脈動數(shù)。增加整流器的相數(shù)是限制高次諧波的常用方法之一。在同一整流變壓器鐵芯上，采用不同接法的兩個二次繞組，以實現(xiàn)6相整流；用2臺變壓器，每臺二次繞組采用不同接法，以實現(xiàn)12相整流；整流變壓器主繞組加附加繞組曲折接線形成多項整流。整流變壓器的曲折接線理論上在變壓器二次側(cè)可以任意實現(xiàn)，但因若干個大截面繞組連接時需要曲折往返，工藝較為復(fù)雜，所以，單鐵芯二次側(cè)曲折接線目前僅用于75(2)脈寬調(diào)制法。采用脈寬調(diào)制(在所需的頻率周期內(nèi)，將直流電壓調(diào)制成等幅不等寬的系列交流輸出電壓脈沖，可以達(dá)到抑制諧波的目的。232吸收諧波電流這類方法是對已有的諧波進(jìn)行有效抑制的方法。也是目前電力系統(tǒng)使用最廣泛的抑制諧波方法。主要有以下幾種：(1)無源濾波器(安裝在電力電子設(shè)備的交流側(cè)，由L、C、可阻止該次諧波流入電網(wǎng)。這種方法具有投資少、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠及維護(hù)方便等優(yōu)點。(2)有源濾波器(即利用可控的功率半導(dǎo)體器件向電網(wǎng)注入與諧波源電流幅值相等、相位相反的電流，使電源的總諧波電流為零，達(dá)到實時補償諧波電流的目的。與無源濾波器相比，有源濾波器的濾波特性不受系統(tǒng)阻抗等影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險：不僅能補償各次諧波，還可抑制閃變、補償無功，具有一機(jī)多能的特點，性價比較為合理；具有自適應(yīng)功能，可自動跟蹤并補償變化著的諧波。(3)混合型濾波器。償效果好，且不受電網(wǎng)諧波阻抗的影響，但價格昂貴。若將可構(gòu)成混合型濾波器，其中有源濾波器部分的原理，即通過采取適當(dāng)?shù)目刂撇呗钥墒关?fù)荷的諧波電流由荷的基波無功功率則由濾波器輸出同等的無功功率比較，混合型濾波器開關(guān)逆變器的容量只有常規(guī)右，逆變器容量明顯減小，可以大幅度7華北電力人學(xué)碩十學(xué)位論文降低成本。因此，混合濾波器是一種很有前途的濾波及補償方式。233改善供電環(huán)境(1)選擇合理的供電電壓。盡可能保持三相電壓平衡，可以有效地減小諧波對電網(wǎng)的影響；由專門的線路給諧波源負(fù)荷供電，減少諧波對其他負(fù)荷的影響，也有助于集中抑制和消除高次諧波。(2)提高設(shè)備抗諧波干擾的能力。按電磁兼容的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)中的各種供電、用電設(shè)備的抗諧波干擾能力應(yīng)高于系統(tǒng)的諧波兼容值，在設(shè)備的設(shè)計生產(chǎn)中應(yīng)制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)予以規(guī)定。(3)合理選擇變壓器額定運行磁密。配電變壓器在系統(tǒng)中數(shù)量多、分布廣，變壓器勵磁電流中的諧波不可忽視。制造廠家為了減小體積，降低成本，其額定運行磁密一般取得較高，在額定電壓下已接近飽和。若系統(tǒng)運行電壓提高5左右，勵磁電流會增加40以上，有的甚至達(dá)到一倍左右，造成諧波電流急劇上升，這是高壓系統(tǒng)諧波電壓水平偏高的重要原因之一。所以，降低變壓器的額定運行磁密是降低系統(tǒng)電壓諧波水平的措施之一。雖然降低變壓器額定運行磁密會增加制造成本，但從變壓器運行的角度來看，可以減少空載損耗和由諧波引起的附加損耗，降低運行費用。因此，可以將兩者進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，以得出一個合理的變壓器額定運行磁密。24 配電網(wǎng)廣泛使用的中性點不接地系統(tǒng)中，母線上安裝的電磁式電壓互感器通常采用o開口三角接線方式。當(dāng)合閘空載母線、線路發(fā)生瞬間單相弧光接地或系統(tǒng)負(fù)荷劇烈變化時，所產(chǎn)生的暫態(tài)沖擊過程會引起常導(dǎo)致其當(dāng)現(xiàn)場人員為了省事而給重的鐵磁諧振還有可能導(dǎo)致而嚴(yán)重威脅系統(tǒng)的安全運行18。10l。為了盡可能防止鐵磁諧振的發(fā)生，近幾十年來先后提采用了很多防護(hù)措施，主要包括采用勵磁特性較好的電壓互感器、減小同一網(wǎng)絡(luò)中并聯(lián)電壓互感器的臺數(shù)、在母線上裝設(shè)中性點接地的三相星形電容器組、系統(tǒng)中性點經(jīng)消弧線圈或電阻接地、高壓側(cè)中性點串接單相電壓互感器、口三角繞組加阻尼繞組等。這些措施各有其優(yōu)點和局限性241鐵磁諧振的基本原理對于圖21所示的中性點不接地系統(tǒng)，為了監(jiān)視絕緣，勵磁電感分別為B、其并聯(lián)的電容B、常運行條件下，勵磁電感B=B=相對地負(fù)載平衡，中性點電位為零。圖2一如電源合閘至空母線或線路瞬間單相弧光接地，使或兩相出現(xiàn)涌流，造成對應(yīng)相互感器磁路飽和，勵磁電感樣三相對地負(fù)荷不再平衡，中性點出現(xiàn)位移電壓，其值為厶一錯半 (2一1)系統(tǒng)正常運行時，由于項導(dǎo)納呈現(xiàn)容性，而擾動使應(yīng)相導(dǎo)納可能呈現(xiàn)感性。這樣一來，感性和容性導(dǎo)納相互抵消，使總導(dǎo)納B+移電壓果參數(shù)匹配適當(dāng)，總導(dǎo)納接近于零，就產(chǎn)生了串聯(lián)諧振現(xiàn)象，中性點位移電壓將急劇上升。此時三相導(dǎo)線的對地電壓等于各相電源電勢和位移電壓的相量和。由于鐵心的磁飽和引起電壓、電流波形的畸變，即產(chǎn)生了諧波，使上述諧振回路還會對諧波產(chǎn)生諧振。隨著線路長度的逐漸增加即依次發(fā)生高頻、工頻和分頻諧振，相應(yīng)的依次產(chǎn)生高頻、工頻和分頻諧振過電壓。當(dāng)空載母線合閘時產(chǎn)生三倍頻及以上高頻諧振：較大的出線較長時產(chǎn)生分頻(通常為l2次)諧振。當(dāng)發(fā)生高次諧波諧振時，一般過電流不大，但過電壓很高；基波諧振時，會呈現(xiàn)兩相對地電壓升高，一相對地電壓降低；分頻諧振過電壓一般不超過兩倍相電壓，但由于勵磁感抗減半，電壓互感器深度飽和，勵磁電流將急劇增大，甚至達(dá)額定值的百倍以上，從而造成電壓互感器發(fā)熱、噴油甚至爆炸12列。9華北電力人學(xué)碩+學(xué)位論文242阻尼諧振原理諧振過電壓的持續(xù)時間一般很長，甚至可以穩(wěn)定存在，直到諧振條件被破壞為止。它的危害性既取決于其幅值的大小，也取決于持續(xù)時間的長短。因此，消除鐵磁諧振的方法，從原理上也分為兩類：改變諧振回路參數(shù)和阻尼諧振的方法。改變回路參數(shù)是通過改變諧振回路的電感或電容參數(shù)，從而破壞諧振條件，或諧振條件雖然滿足，但已難以激發(fā)諧振，從而達(dá)到消除諧振的目的【1。增大系統(tǒng)阻尼、消耗諧振能量也可以很好的抑制或消除諧振發(fā)生。由于配電網(wǎng)統(tǒng)負(fù)荷、相間電容等正序參數(shù)均不參與諧振，因此可以通過在零序回路中增加電阻來阻尼諧振的產(chǎn)生和發(fā)展116用的阻尼消諧措施是在圖2一略開口三角接入阻尼電阻情況下，中性點位移電壓為。一型坐逝等L+匕+歹素 (22)其中R為式(22)可知，鐵磁諧振引起的中性點位移電勢就越小，就越能抑制鐵磁諧振的發(fā)生。如果阻尼電阻將相當(dāng)于圖2一振條件就不能成立，諧振也就隨之消失。而本文采用證所產(chǎn)生的短路脈沖不至于大到對43 需一個可控硅即可，只是對可控硅的觸發(fā)方式與選線中的觸發(fā)方式有所不同。由于系統(tǒng)的非線性，無法對可控硅所產(chǎn)生的短路脈沖的波形進(jìn)行準(zhǔn)確的預(yù)測，也無法通過控制可控的觸發(fā)角來實現(xiàn)對可控硅導(dǎo)通時間長短的有效控制。囚此，本文選擇在可控硅端電壓上升沿由負(fù)到正過零瞬問對可控硅進(jìn)行觸發(fā)導(dǎo)通，這樣就可以減小可控硅閉合所產(chǎn)生的暫態(tài)脈沖的強(qiáng)度，進(jìn)而減小對時兩種狀態(tài)問的平穩(wěn)過渡也可以讓可控硅保持最長的導(dǎo)通時間，進(jìn)而保證了最長的阻尼時間。由于諧振過程是逐漸衰減的，可控硅端電壓每次過零時間可能無法準(zhǔn)確掌握，為了保證在端電壓上升沿過零瞬問觸發(fā)可控硅導(dǎo)通，可以給可控硅提供的觸發(fā)脈沖持續(xù)一段時間，使得這段時問涵蓋端電壓上升沿過零時刻即可。本裝置中可控硅觸發(fā)電路將在第三章進(jìn)行設(shè)10華北電力火學(xué)碩士學(xué)位論文計。25開口三角電壓互感器的連結(jié)設(shè)計|電壓互感器(隔離高電壓，供繼電保護(hù)，自動裝置和測量儀表獲取一次電壓信息的傳感器。電壓互感器也是一種特殊形式的變換器，其二次電壓正比于一次電壓，近似為一個電壓源，正常使用時電壓互感器的二次負(fù)載阻抗一般較大。在二次電壓一定的情況下，阻抗越小則電流越大，當(dāng)電壓互感器二次回路短路時，二次回路的阻抗接近于零，二次電流將變得很大，如果沒有保護(hù)措施，將會燒壞電壓互感器。所以要保證電壓互感器的二次回路不能短路。圖22電壓互感器的開口三角連結(jié)圖 圖23 數(shù)，嚴(yán)格按技術(shù)規(guī)程與保護(hù)原理連接電壓互感器二次回路，對降低計量誤差，確保繼電保護(hù)等設(shè)施地正常運行，確保電網(wǎng)的安全運行具有重要意義。圖22和圖23中的6基于關(guān)電源模塊，信號采樣調(diào)理電路、實時時鐘電路、數(shù)據(jù)存儲電路、網(wǎng)口電路、入機(jī)交互顯示電路和統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖24所示。兩路三相被測信號經(jīng)過電壓互感器的采集，然后經(jīng)信號調(diào)理變?yōu)樾枨蠓秶男盘査蛥⒄针娋W(wǎng)電壓諧波標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)處理。如果是高次諧波就立即觸發(fā)雙向可控硅導(dǎo)通，在切除時只要撤銷觸發(fā)信號即可，開關(guān)在電流過零之后會自行關(guān)閉。這樣，除有害諧波。電壓信號的采集對電網(wǎng)頻率的任何電能質(zhì)量參數(shù)的精確測量都十分關(guān)鍵。在監(jiān)測儀中采用精密電壓互感器，將輸入端信號轉(zhuǎn)化為毫安級的電流信號，經(jīng)過電阻取軍華北電力大學(xué)碩十學(xué)住論文得電壓信號。信號調(diào)理電路由濾波電路、加法反相電路、鎖相環(huán)電路和分頻電路組成。其中鎖相環(huán)電路和分頻電路的作用是保持信號的同步，以便準(zhǔn)確的測量諧波。由于本監(jiān)測儀是對兩路信號進(jìn)行監(jiān)測，每路需要在20對鐘頻率不超過2 量范圍是025v，所以加法和反向電路就是把信號轉(zhuǎn)換為025信號，以達(dá)到諧裝置主要利用雙向可控硅組件，直接動作于電壓互感器的開口三角繞組。通信部分主要有232、485和網(wǎng)口形式，電壓諧波計算由文的用過“#镕目 廄口&圖24結(jié)構(gòu)框幽計和實現(xiàn)，町以實現(xiàn)對諧波的在線監(jiān)測及消除。對電力系統(tǒng)的維護(hù)具有十分重要的意義。2 7本章小結(jié)奉章從建立電三諧波裝置的技術(shù)意義出發(fā)喇述在線監(jiān)測電雎諧波的必要性并介紹了抑制諧波的方法，在此基礎(chǔ)上，對開口三角電壓互感器的連結(jié)進(jìn)行設(shè)計。構(gòu)建了黹波監(jiān)測及消諧裝胃的總體設(shè)計方案。水文中的可控硅觸發(fā)北電力人學(xué)碩士學(xué)位論文第三章基于嵌入式系統(tǒng)定義隨著當(dāng)今計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)(成為計算機(jī)領(lǐng)域的一個重要組成部分，并成為近年來新興的研究熱點。根據(jù)際電氣和電子工程師協(xié)會)的定義，嵌入式系統(tǒng)是“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置?！?to of or 主要是從應(yīng)用上加以定義的，嵌入式系統(tǒng)是軟件和硬件的綜合體，可涵蓋機(jī)電等附屬裝置。目前國內(nèi)關(guān)于嵌入式系統(tǒng)普遍被認(rèn)同的定義是：以應(yīng)用為中心、以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟件、硬件可裁剪，適應(yīng)于應(yīng)用系統(tǒng)，對功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專用計算機(jī)系統(tǒng)。與通用型計算機(jī)不同，嵌入式系統(tǒng)是針對具體應(yīng)用的專用系統(tǒng)，一般都有成本及功耗的要求。因此，它的軟硬件都必須經(jīng)過高效率的設(shè)計，量體裁衣、去除冗余，力爭在同樣的硅片面積上實現(xiàn)更高的性能。嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器，它一般具備以下4個特點：(1)對實時多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力。能完成多任務(wù)并且對中斷有較短的響應(yīng)時間，從而使內(nèi)部代碼和實時內(nèi)核的執(zhí)行時間減少到最低限度。(2)可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，可以最迅速的開發(fā)出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。(3)具有功能很強(qiáng)的存儲區(qū)保護(hù)功能。嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已經(jīng)實現(xiàn)模塊化，為了避免軟件模塊之間出現(xiàn)錯誤的交叉作用，需要設(shè)計強(qiáng)大的存儲區(qū)保護(hù)功能，這樣同時也有利于軟件診斷。(4)嵌入式微處理器必須功耗很低，對于用于便攜式的無線及移動的計算和通信設(shè)備中靠電池供電的潛入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有入式系統(tǒng)硬件部分由嵌入式處理器與相關(guān)支撐硬件組成，其中相關(guān)支撐硬件包括顯示卡、存儲介質(zhì)(通訊設(shè)備、鍵盤接口和讀取設(shè)備等。由于諧波檢測裝置的需求分析可以知道，系統(tǒng)需要進(jìn)行高速的數(shù)學(xué)運算，提供良好的人機(jī)接口和操作界面，大容量的存儲設(shè)備，還要滿足小巧輕便的要求。華北電力人學(xué)碩士學(xué)位論文32 2位嵌入式內(nèi)核技術(shù)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，己成為前蹴7，理器具有幾大特點：小體積、低功耗、低成本、高性能。表3一理器模式可以通過軟件控制進(jìn)行切換，也可通過外部中斷或異常處理過程進(jìn)行切換。表31 述用戶模式(正常程序執(zhí)行模式快速中斷模式(用于高速數(shù)據(jù)傳輸和通道處理外部中斷模式(用于通常的中斷處理特權(quán)模式(供操作系統(tǒng)使用的一種保護(hù)模式數(shù)據(jù)訪問中止模式(用于虛擬存儲及存儲保護(hù)未定義指令中止模式(用于支持通過軟件仿真硬件協(xié)處理器系統(tǒng)模式(用于運行特權(quán)級的操作系統(tǒng)任務(wù)33 1)對芯核的選擇，有許多操作系統(tǒng)需要兀硬件支持，如時選擇的芯片必須基于帶42)對內(nèi)存容量要求。系統(tǒng)的運行速度不僅僅受限于和內(nèi)存的大小有很大的關(guān)系。此外，不同的操作系統(tǒng)對內(nèi)存要求也很不一樣，因此應(yīng)該結(jié)合應(yīng)用條件，根據(jù)將要使用的操作系統(tǒng)和可能運行的程序要求，選擇具有適合內(nèi)存的芯片。(3)對時鐘的要求，系統(tǒng)時鐘決定了M 見的33M 見的外，不同芯片對時鐘的處理不同，有的芯片只有一個主時鐘頻率，這樣的芯片可能不能同時顧及的芯片內(nèi)部時鐘控制器可以分別為頻等功能部件14華北電力大學(xué)碩士學(xué)位論文提供不同頻率的時鐘，如4)接口和外圍設(shè)備的要求。在不同應(yīng)用場合，需要使用不同的接口和外圍設(shè)備，而選用的芯片必須帶有或便于擴(kuò)展這些接口。例如，若要開發(fā)要考慮盤接口等；如果涉及音頻應(yīng)用，就可能使用I 一般的芯片都要帶有用輸入輸出)、D，D常還要考慮的接口有外，10中斷控制器等也是選擇芯片是常常要考慮的因素。 傳統(tǒng)的雜指令集計算機(jī))結(jié)構(gòu)存在固有的缺點，即在使用頻率卻相差懸殊，大約有20的指令會被反復(fù)使用，占整個程序代碼的80，而余下的80的指令卻不經(jīng)常使用，在程序設(shè)計中只占20，顯然，這種結(jié)構(gòu)是不太合理的?；谝陨系牟缓侠硇裕?979年美國加州大學(xué)伯克利分校提出了簡指令集計算機(jī))的概念，令格式和尋址方式種類減少；優(yōu)先選取使用頻率最高的簡單指令，避免復(fù)雜指令；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等措施來達(dá)到上述目的。到目前為止，般認(rèn)為，采用固定長度的指令格式，指令歸整、簡單、基本尋址方式有23種。2大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器進(jìn)行操作，只有加載存儲指令可以訪問存儲器，以提高指令的執(zhí)行效率。3使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行。除此以外，保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗：a可用加載存儲指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。b所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令執(zhí)行效率。4在循環(huán)處理中使用地址的自動增減來提高運行效率。5可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時完成邏輯處理和移位處理。當(dāng)然和管決不能認(rèn)為實上，且界限并不那么明顯?，F(xiàn)代的部加入了超長指令集為未來的5華位論文從這些要求出發(fā)，本