電力參數監測系統研究

余洋

摘要：電力參數監測系統對于人們的生產和生活是非常重要的，電壓、電流、用電量及功率等相關參數對整個系統的安全穩定運行發揮重要作用。文章對電力參數監測系統進行了分析，提出了電力參數監測系統的設計方案。通過單片機完成了系統的硬件控制，利用Delphi完成軟件的設計，并采用Modus傳輸協議完成硬件和軟件的通信，實現了電力參數監測系統。

關鍵詞：電力參數監測系統；單片機；硬件設計；軟件設計；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM76 文章編號：1009-2374（2016）31-0128-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.31.064

1 概述

隨著信息技術的快速發展，電力系統有了新的技術手段，近年來得到了較快的發展，國家在近年來對電網工程改造以后，電力的傳輸和使用得到了明顯的好轉，城市停電大大減少。但是目前電網的安全運行仍時有故障發生，電力系統中的電壓、電流、功率、紋波系數等對于系統的穩定都有非常重要的作用，因此需要實時對電網中的電力參數進行監測，了解電力系統運行的情況，預防設備出現故障。

2 電力參數監測系統概述

電力參數監測系統能夠測量電力系統中的頻率、電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率、電能、諧波含量等相關參數。部分系統主要由三部分組成：（1）信號采集部分：一般由硬件設施來完成，主要對電力系統中的相關參數進行采集；（2）硬件控制部分：實現系統的控制和采集數據的處理；（3）顯示部分：將數據處理的結果通過顯示設備顯示出來。由于計算機技術的快速發展，許多設備都將計算機融入到電力參數監測系統中。這樣顯示的功能更加完善，因此這一類的電力參數監測系統還具有兩個部分：（1）數據通信部分：將采集的數據通過協議傳輸至上位機；（2）計算機顯示程序：能夠將下位機傳輸的數據進行處理，處理后通過計算機顯示出來。

3 基于單片機的電力監測系統研究

電力監測系統主要基于單片機芯片的傅里葉算法實現，利用交流采樣的方法對電力參數實現在線實時測試和數據分析，分析的結果對于電能的傳輸有重要的作用，根據分析可以知道系統需要完成以下功能設計：（1）測定頻率、電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率、電能、諧波含量等相關參數。系統實時采樣和分析，需要設計完成采樣電路、處理電路、通訊電路和開關電源等有關的電路；（2）利用FFT算法對采集到的數據進行分析和計算，計算以后將數據通過485串口傳輸給計算機，然后在液晶屏顯示出來；（3）上位機利用編程實現軟件的控制界面，并利用鍵盤讓用戶進行操作和設置，實現人機交互的功能；（4）能夠對出現異常的數據及時發現并能夠報警處理，防止電能過大造成的損害和傷害；（5）設計過程中考慮到便攜式，使得電力監測系統體積較小、便于攜帶，能夠在野外方便使用。系統主要由工業主板、顯示屏、顯示屏控制板、電池組、電池保護板、電路控制板、檢測板及連接附件組成。檢測板主要用來對電力參數進行檢測，并實現數據的采集和處理；電路控制板完成系統的電路和操作控制；電池保護板和電池組能夠為系統供電，系統可以在野外工作；工業主板作為計算機使用，能夠對硬件設備傳輸的數據進行處理；顯示屏和顯示屏控制板主要將工業主板處理的數據顯示出來。

3.1 系統硬件設計

硬件部分主要由電壓采集電路、電流采集電路、通信電路和鍵盤掃描電路等組成。其中單片機主要完成兩個作用：一是控制采樣和通信傳輸；二是在控制板中對整個系統的電路進行控制和保護，并將上位機傳輸的數據進行處理和分析。硬件電路設計圖如圖1所示：

3.1.1 電壓采集電路應該分為三個部分：單片機控制部分、數據采集部分、驅動電路部分，這三個部分的電路相互配合使用。對于數據采集部分來說主要能夠對3路交流電壓的數據進行采集，同時能夠測定6路交流電流，對于直流部分可以測定2路電壓和電流數據。交流電壓采樣電路采集的三相電壓信號，而交流電流采樣電路是對三相電流和補償電流信號進行采集，2路直流電壓和2路直流電流的采樣電路橋式換流電路的直流側電壓信號和電流信號，電網電壓同步信號采樣電路即電網電壓同步信號。如果在處理過程中逆變器的輸出數據發生了變化，使得輸出的電壓和電網中的電壓數值大小是一致的，而且方向也是相同的，阻抗中也沒有電流出現，那么在實際使用中采樣電路的部分參數都是可以調節的。

3.1.2 電流采集電路需要信號放大電路、二階濾波電路、單極性轉換電路，采集電流的最佳方式使用互感器，互感器是使用了霍爾效應來將采集電流的信息的，系統采用的是SCT254AZ型互感器，這種互感器屬于毫安一級的互感器，測定的電流范圍在20A以內，輸入額定的電流為5A。由于在實際工作中互感器是單獨進行工作的，不需要外加其他電路，在使用中只需要將互感器的輸出數據接入到系統當中就可以，核心就是互感

線圈。

3.1.3 通信電路選用MAX485作為RS485通訊芯片，采用的是半雙工的通訊模式，將單片機的控制信號端接入到MAX485芯片就可以使用，而芯片的A端和B端是接收和發送端，需要增加一個電阻，通信協議采用的是標準Modus協議實現信息的傳輸。

3.1.4 鍵盤掃描電路采用10個按鍵作為人機接口，其中有效的按鍵一共有6個，主要用來設置上、下、左、右，確定和返回功能，進而實現了人機交互。這6根控制線都需要接入到單片機的數據接口當中，利用查詢問答的模式來獲取鍵值信息。

3.2 系統軟件設計

軟件的設計流程為用戶啟動電源開關，利用轉接電纜將監測設備接入到電力系統當中，用戶通過控制鍵盤來實現人機交互，有按鍵按下后監測系統開始工作。監測數據并對數據進行處理，一旦用戶有新的指令監測系統立即停止目前的工作，并對新的指令進行處理和分析，然后繼續進行監聽。同時需要把系統采集的數據及時給計算機進行處理，計算機處理以后通過顯示屏顯示出來，用戶根據數據顯示進行操作，如果計算機電源斷開以后，系統就會停止工作。軟件部分主要為數據采集模塊和數據處理模塊。

3.2.1 數據采集模塊。數據采集模塊對于采集到的數據先進行緩沖（存儲），然后進行分析計算。系統中單片機與A/D器件之間沒有采用硬件FIFO，而是用軟件的方法在數據區開辟了6個512字節的存儲區域來完成對采集數據的緩沖。

3.2.2 數據處理模塊。采集后的數據傳輸給計算機，計算機需要對數據進行處理。軟件使用Delphi編寫完成，需要利用MSCOMM串口控件來輔助程序的設計。數據接收到以后立即進行處理，由于收到的數據格式是16進制，需要對數據進行處理，并利用modus協議進行解析，解析以后的數據格式為浮點型，然后在軟件界面中顯示出來。

4 未來電力監測系統發展趨勢

未來的電力監測系統將向著智能化的方向發展，由于目前的電力監測系統依然需要工作人員不間斷的查看和實時監測，導致工作量的增加。近年來移動通信技術的快速發展，為電力監測系統智能化的發展指明了方向。工作人員可以使用手機查看電力監測系統采集的數據，而系統也能夠在出現異?；蚬收系臅r候發送短信數據，提醒工作人員關注。

5 結語

隨著人們對用電要求的不斷增加，電力監測系統將會快速發展。本文在對電力參數系統分析后，提出了基于單片機的電力參數監測系統，能夠解決傳統系統資源少、運算能力差、實時性弱、軟件硬件通信能力不強、系統靈活度低等問題，具有更可靠、實時性更高等

優點。

參考文獻

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