基于ARM的输配电线路功率因数智能测控器的研制

摘要

在大量收集国内外有关资料、广泛调研的基础上，结合我国电力网的现状，根据现代化和智能化的要求，我们研制、开发了一种基于ARM和AVR双CPU构成的输配电线路功率因数智能测控系统。该系统采用单片机技术、数据统计分析等先进技术，通过单片机完成电网功率因数有关参数的采集、处理和分析，并能对功率因数进行及时、准确的处理。该功率因数自动补偿器是提高电网系统中功率因数的全自动化电子装置，通过它的调节作用，使电网中的无功消耗降到最小，达到充分利用电能、节约用电的目的。
　　 首先，介绍了传统功率因数补偿装置的弊端，分析了国内外在这方面的研究现状，讨论了各种系统的优、缺点及其使用情况，进一步探讨了我国电网功率因数的测控模式。并且对功率因数无功补偿技术进行了研究，分析各种补偿方式的优缺点，为该系统的设计与调试提供了理论依据。
　　 然后，根据我国的实际情况，我们选择了ARM系列单片机，对功率因数采集与补偿技术进行了研究与设计；针对目前的专业芯片进行了比较，选择了既适合我国电网结构，又具有性能优良、功能强大等特点的芯片，并对该芯片进行了较全面的介绍。接下来针对该系统的设计原理、结构方式进行了探讨，提出了系统的结构设想，给出了系统的硬件组成框图，并具体介绍了系统各单元部分的工作原理、系统硬件和软件的设计原理，以及系统的功能及部分软件流程图。采用AVR增强了系统的功能，简化了外围电路。使得该系统实现了电网参数的自动采集、处理，进而完成功率因数的无功补偿，提高了输配电管理的智能化、自动化、科学化水平。
　　 最后，对功率因数测控系统的使用情况、系统需要改进的地方进行了阐述，并根据我国现代电子技术、计算机技术、智能化技术的发展趋势，对电网功率因数测控系统的发展作了客观的预测。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 无功补偿的研究现状及发展趋势

1.3 系统的功能要求

1.4 本文的主要工作

第二章 电网参数测量算法与无功补偿的研究

2.1 电网基本参数

2.1.1 交流电路中各功率参数的定义

2.1.2 三个功率参数之间的联系

2.2 电网参数测量算法研究

2.3 基于FFT的电网参数测量

2.3.1 FFT的基本原理

2.3.2 基于FFT的谐波测量和电力参数测量

2.3.3 FFT算法的非同步采样误差

2.3.4 同步采样

2.4 无功补偿原理

2.5 低压无功补偿方法

2.6 无功补偿控制量的选择

2.7 小结

第三章 硬件系统的设计

3.1 硬件结构概述

3.1.1 系统采用双CPU的结构

3.1.2 总体方案设计

3.2 电源电路

3.3 数据采集处理模块

3.3.1 互感器

3.3.2 信号调整电路

3.3.3 基准源

3.3.4 锁相环电路

3.4 ARM外围电路

3.5 AVR外围电路

3.6 人机接口模块

3.6.1 RTC1604-1中文液晶显示

3.6.2 4×4键盘接口

3.7 无功补偿模块

3.8 硬件电路抗干扰设计

3.8.1 隔离技术

3.8.2 退耦技术

3.8.3 滤波技术

3.8.4 接地技术

3.9 小结

第四章 软件系统的设计

4.1 采集板软件设计

4.1.1 采集板软件组成框图

4.1.2 采集板程序流程图

4.2 主控板软件设计

4.2.1 主控板软件组成框图

4.2.2 主控板程序流程图

4.3 电网参数计算模块的软件编程

4.3.1 FFT变换

4.3.2 电压、电流有效值的计算

4.3.3 电压总畸变率、偶次畸变率、奇次畸变率的计算

4.3.4 功率因数的计算

4.3.5 三相总无功功率的计算

4.4 显示模块软件编程

4.5 小结

第五章 系统的测试和展望

5.1 测试仪器

5.2 测试数据结果

5.3 测量结果分析

5.4 总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢