基于单片机的电网基本参数测量

存档日期：存档编号：本科生毕业设计（论文）论文题目：基于单片机的电网基本参量测量系统设计姓系专名：别：业：年级、学号：指导教师：摘要近些年来，随着科学技术的发展和社会生活的进步与需要，电力系统中电能质量在工业生产中日益重要。所以，对电网参数进行及时有效的分析和检测是十分必要的。建立监测和分析电能质量各项指标的系统，可以提高电能的质量，并且可以及时地检测、更新电网中的各项指标。目前市场上有两类电能质量测试装置，一种是功能简单价格低廉，但是不能高效地检测电能质量参数。另一种测试装置功能齐全但是价格偏高，故市场上并不普及。因此，本次毕业设计就是想要克服上述两种装置的弊端，所设计的电能参数测量系统既性能优良、又满足市场需求。本次设计基于电能质量的概念，从硬件、软件这两方面来设计，以51单片机为核心对电网参数进行测量、以及设计报警电路、保护电路。主要包括的内容：结合51单片机的特点进行信号采集、模数转换、数据处理和显示等模块的软硬件功能设计与实现。利用传感器模块对电网的参数进行测量，在显示电路给出电压、电流的测量原理。对电参数的测量采纳数字信号处理技术，在系统性、及时性、精确性方面有着巨大的优势。关键词：电网参数单片机电能质量数据显示IAbstractFollowthefastevolutionofnationaleconomyandhighstandardoflivingonpowersystemhigherandhigherrequirementforqualityofpowerenergyandindustrialproduction.So,inreal-timedetectionandanalysisofpowerparameterhasimportantsignificance.Inordercompletethepowerquality,thefirsttoestablishtheindicatorsofthepowerqualitymonitoringandanalysissystem,realtimeupdateofdataacquisitionandmeasurementofvariousindexinpowersystem.OnthemarketuseofenergyqualityteachingInstallationisdividedintotwocategories,generalusersisgoodtofinditdifficulttoasaccept.Anotheristhatcheapbutsimplefunction,couldnotfullyrashthevariouskilometersofqualityofelectricenergy.So,thisdesignistodesignafull-featured,suitableforthemarketdemandofpowerparametermeasurementsystem.Inthispaper,onthebasisofdiscussingtheconceptofqualityofelectricenergy,introducedtheresearchofpowerparametersystemwith51microcontrollerasthecoreofthehardwaredesign,softwaredesign.Theyaremainlyasfollows:Thesoftwareandhardwaredesignwiththecharacteristicsofthe51singlechipmicrocomputerforpowerdistribution,digitalcoversion,datamodule.Theparametersweremeasuredusinginstrumenttransformerchipmoduleonthegrid,theprincipleofmesurementofvoltage,current,frequencycircuitisgivenavalueisIIdisplayed.Measurementofparametersusingsignalprocessingtechnology,inordertoimprovetheaccuracy,real-timeandsystemlevelhasuniqueadvantage.Keywords：gridparameterssinglechipmicrocomputerpowerqualitydatashowIII目录摘要........................................................IAbstract....................................................IV1绪论........................................................11.1研究背景.................................................11.1.1课题研究背景及意义.................................11.1.2电能质量的定义.....................................11.1.3电网质量问题的研究现状.............................11.1.4现阶段电网质量测量装置的调查.......................31.2研究目的和意义..........................................31.3研究方法和构想..........................................41.3.1总体设计思路理论综述：.............................41.3.2总体设计思路原理框图：.............................42电网参量测量系统硬件电路设计............................62.1互感器（变压器）模块....................................62.1.1互感器介绍.........................................62.1.2电压互感器.........................................62.1.3电流互感器.........................................82.1.4电压、电流测量回路................................102.1.5互感器模块采集电网参数电路图......................122.1.6监测与保护电路设计................................122.1.7频率的测量........................................122.2模数转换（A/D）模块....................................142.2.1ADC的定义........................................142.2.2A/D转换芯片的选择................................142.2.3A/D模块和单片机模块硬件连接......................172.3控制器模块..............................................182.3.1单片机最小系统....................................182.3.2MCS51单片机......................................192.4显示模块................................................212.4.1LCD12864液晶显示模块简介........................212.4.2模块主要硬件构成说明.............................222.4.3模块接口说明....................................222.4.4LCD12864显示电路硬件电路图......................242.5电网参量测量系统总原理图................................25IV2.6元器件清单..............................................263电网参量测量系统软件程序设计...........................273.1A/D数模转换程序.......................................273.2LCD液晶显示程序......................................284总结与展望................................................32致谢.......................................................33参考文献...................................................34V1绪论1.1研究背景1.1.1电网的定义在电力系统中，电网属于运送和分派电能的中间环节,被称作发电和用电的关联设施。变配电所、配电线路和输送电线路构成输电网。一般把由输电、配电、用电设备组成的联系发电与用电的统一整体称为电力网，简称电网。电压等级可以分成超高压的有330kV到750kV；特高压：直流800kV、交流1000kV，这两种基本上就是大负荷电网了。然后高压110、220kV；中压6、10、20、66kV。一般情况而言，传输的距离越远，电压的等级越高。10kV属于小区域供电，大概是涉及范围在6-10公里。66kV为较大地区供电，它的供电范围大约在80公里；而平常我们说的380/220V是供居民用的电压。1.1.2电能质量的定义随着电力事业的迅速发展，电网负荷不断加剧，冲击性和非线性负荷也在增长，供能系统电能质量因此受到了污染。供电质量对用户使用设备时也作为了一种高档的要求去使用，现代电力系统的新特征是电能质量新的定义和意义。严格的讲，频率、电压是衡量电压质量的主要标准。普通的说法则是指高质量的电能，包括供电、用电、电压、电流的质量[3]。通常是说导致用电设备不能正常使用的电压、电流或频率的偏差是电能质量问题。1.1.3电网质量问题的研究现状1、1980年前，电力专家认为，能保证供电电压处在合适的范围之内以及电网频率的正常，也就能确保供电电网的质量；同时，电力企业也认为提高功率因数是极其重要的举措。2、随着生活条件的改善，工业负荷量急剧增加，电网快速的发展，电能是种需要多种物理参数才能全面地描述其性能的复杂商品。这些参数一般有谐波、电压偏差、负序、电压波动等。这方面是当前热门的电能质量研究方向。3、最近几年，电能质量对于人们已不再陌生，人们普遍说电力系统电能的输送是能量的传递，但也是一种输送信息。其主要内容有频率、电压、电流，但1这些东西中又却依附了许多“坏”信息，包括谐波电压、电压波动、谐波电流等等，同时还有一些所谓的暂态电能质量依附在其中。可以预言，暂态电能质量问题将是我们研究的重要课题。4、随着大量高新企业进入中国市场，在这个瞬息万变的时代里，电网电能质量能否与经济技术发展同步将会成为我们所关注的问题，所以对电能质量的研究显得尤为重要。同时降低网损、减少电力生产事故可提高电能质量，直接带来经济效益