一种基于多CPU结构的电能质量监测装置设计

摘要

随着近年来国民经济的飞速发展和生活水平的不断提高，以电力电子技术为基础的中大功率装置以及非线性负载在工业和民用系统中得到大量应用。这些非线性、冲击性和波动性负荷造成电网波形畸变(谐波)、电压波动、闪变、三相不平衡、非对称性，使得电网电能质量的严重降低。同时，基于计算机和微处理器控制的精密电子仪器在国民经济企业中大量使用，对供电质量的敏感程度越来越高，对电能质量提出了更高的要。要对电网的电能质量进行改善，首先要对电能质量做出精确的检测和分析，测量电网的电能质量水平，并分析和判断造成各种电能质量问题的原因，为电能质量的改善提供依据。 电能质量监测装置测量分析公用电网供到用户受电端的交流电能质量，测量分析各种用电设备在不同运行状态下对公用电网电能质量的影响，帮助用户解决电力设备调整及投运过程中出现的问题。 首先，论文对电能质量监测装置的硬件进行分析。主处理器单元以TI高性能DSP处理器TMS320C6713为核心，通过DSP实现数据采集、算法处理、逻辑处理和控制功能。DSP通过协处理器ARM实现与包括配置独立CPU的数据库管理单元在内的其他功能单元的异步通信，该部分对外通信接口为2路CAN接口、1路RS422程序烧写接口和1路RS232接口。本设计中，ARM和DSP之间通过HPI接口实现数据交互，完成DSP程序的加载、引导启动。在主处理器单元运行期间，通过其中ARM的CAN通信接口和数据库管理单元实时通信，再实现对外通信功能。 其次，对电能质量监测装置的软件进行分析。电能质量监测装置软件设计由三个部分组成：第一部分，电能质量监测的主逻辑功能，包括数据采样分析和记录，开关量逻辑分析和控制，以及数据库管理功能，包括数据存储与读取，录波数据管理、顺序事件记录管理等；第二部分，通过硬件编程语言实现模拟和开关量数据自动采样等功能；第三部分，介绍了主处理器单元和数据库管理单元的数据交互程序。 然后，介绍了电能质量监测装置的技术参数和使用场景。 最后，对电能质量在线监测装置进行了静态测试以及电磁兼容抗扰度检测。通过第三方严格的试验检测，验证了本项目所设计的电能质量监测装置工作性能可靠。在电磁兼容实验中，装置数据采集准确，对外网络通信稳定，误码率低。本次试验验证了装置所有功能能够满足按照电能质量监测设备通用要求国家标准进行设计，具备各类工程现场适用性。

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