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1、 摘 要对于电力参数进行高精度、多参数的测量，是充分了解电网的运行状况，寻找并解决电力系统中出现问题以及实现电力系统自动化的重要途径。因此对于电力参数的测量，尤其是高精度、多参数、低价格、便携、稳定的实时测量就显得尤为重要，也一直是人们研究的一个重要的方向。 本文简述了交流采样原理的产生和发展，对交流采样法中的二种主要方法即同步采样法和准同步采样法做了基本介绍，并分别对其特点进行了比较。而硬件同步采样法因其硬件开销不是很大，软件量相对较小，测量所需时间短，适宜做在线实时检测。因而，本文采用此种方法。系统采用STC89C54单片机来实现电力参数的交流采样，通过液晶显示器显示频率、电压和电流的实时
2、值。结果表明，采用交流采样方法可以进行数据采集,并采用运算获得电压、电流、频率等电力参数，它们均有很好的精确度和稳定性。单片机测量交流电量参数方案是进行电能监控系统的一部分。通过对本系统进一步完善，能够作为电力部门及用户收费，付费系统。因而，该系统具有广泛的应用前景。关键词 交流采样原理 电参数 测量系统ABSTRACTIt is very important for acquiring the running state and solving the problems of the power supplying system to perform high accurate, multi
3、-parameter, low-cost, portable, real time and stable measurement of power parameters. It is also one major subject on which the researchers have focused for many years.In this paper, the production and development of the Alternating Current (AC) sampling principle is simply explained. And the two ma
4、in methods, namely, in-phase sampling and standard in-phase sampling technique are basically introduced and compared by their characteristics. However, the hardware in-phase sampling method fits for the real-time detection because the hardware spending is not very great, the software has the less pr
5、oportion and the less measurement time is needed. Thus, this method is adopted in this paper. The STC89C54 Single Chip Microcomputer (SCM) is utilized to realize the AC sampling of the electric power, then, the real-time frequency, phase difference, voltage and voltaic is displayed by the LCD. The r
6、esults demonstrate that the AC sampling method can get data and the power parameters of the voltage, electric current, power, which have the high precision and stability. The SCM scheme is used to measure the AC parameter, which is a part of the power supervision system. More improving of the system
7、 can utilize as the power corporations and consumers of charge and pay out system. So the system possesses the very broad application foreground.Keywords Digital Sampling Principle Electric Parameter Measuring System目录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 课题研究的背景与意义11.2 课题研究的发展及现状21.3 本文的主要工作3第2章 系统的总体设计方案42.1 交
8、流采样技术42.2.1 同步采样法52.2.2 准同步采样法62.2 系统方案的确定72.2.1 实时测频算法82.2.2 实时有效值算法82.2.3 实时功率算法9第3章 系统的硬件设计103.1 系统硬件的构成103.2 单片机的选型113.2.1 STC89C54单片机的组成113.2.2 STC89C54单片机的I/O端口分配123.2.3 STC89C54单片机的复位和时钟电路133.3 数据采集电路143.3.1 电压及电流输入回路143.3.2 A/D转换153.3.3 锁相倍频电路173.4 LCD显示电路213.4.1 LCD显示模块的简介213.4.2 LCD显示电路的原理
9、223.5 频率测量电路233.5.1 低通滤波电路243.5.2 过零比较电路253.6 电源电路263.7 系统的硬件电路图27第4章 系统的软件设计294.1 系统主程序的设计294.2 系统初始化子程序的设计304.3 频率测量程序设计314.4 显示子程序的设计324.5 数据采样处理子程序的设计33结论34致谢35参考文献36第1章 绪论1.1 课题研究的背景与意义随着电力工业的不断发展，电力电子装置和非线性的使用日益增多，造成大量谐波电流注入电网，引起电力系统的电压，电流的正弦波形发生严重畸变，这对于电力系统本身和广大的电力用户来说都会造成不良的影响和危害。因此，进行有效的电力参
10、数测量已成为一个迫切而又重大的任务。对电力系统进行高精度、多参数的测量，是充分了解电网运行状况，寻找并解决电力系统出现的问题的重要途径。因此对于电力参数的测量，尤其是高精度、多参数、低价格、稳定的实时测量就显得尤为重要。现代社会中，电能是一种使用较为广泛的能源。其使用程度是一个国家发展水平的标志之一。随着科学技术和国民经济的发展，对电能的需求量日益增加，同时对电能质量的要求也越来越高。电能质量的指标若偏离正常水平过大，会给发电、输配电和用电带来不同程度的危害，供电系统的电能质量对用电设备的性能、效率和寿命等均有重要影响，随着高新技术、尤其是信息技术的飞速发展，基于计算机、微处理器的管理、分析、
11、检测、控制的用电设备和各种电力电子设备在电力系统中大量投入使用，它们对系统干扰比一般机电设备更加敏感，对供电质量的要求更苛刻。然而电力系统负荷中具有非线性、冲性以及不平衡等用电特征，如：炼钢、轧钢、化工、电气铁路、电力电子设备等负荷，使电网的电压、电流波形发生畸变、谐波含量加大、电压产生波动和闪变、电压骤降以及三相不平衡等电力污染问题，严重影响了供电质量。根据发达工业国家电力部门的统计资料显示，频繁发生的电力运行事故、输配电设备和电器损坏事故，其主要原因是电力污染。电力污染导致电能的生产、传输、和使用的效率降低，使电气设备过热、振动和绝缘损坏，引起继电保护和自动装置误动作，使电能计量设备出现偏
12、差。发达工业国家近年来对于电力污染问题非常重视，建立了完整的检测监督和管理制度。深入分析和研究电能质量问题，探寻在一定条件下发生电磁干扰的因果关系，明确责任和义务，是电力工业适应市场竞争和可持续发展所必须的。在我国，目前电力供应不足的现象已基本解除，随着电力改革的深入，厂网分开，竞价上网，电力供求逐步走向完善的市场化。一方面大容量的非线性负荷越来越多，电力污染问题日趋严重；而另一方面伴随着高技术的新型电力负荷迅速发展，它们对电能质量不断地提出更高的要求，致使电能质量问题逐渐受到电力企业和用户的共同关注。因此，为了电力系统的安全运行，为了终端用户的安全用电，实现电力系统自动化，以及达到电力设备的
13、用电要求，降低用电过程中的损耗，提高用电效率，改善电气环境，准确、快速的了解和监控电力的质量正变的越来越重要。1.2 课题研究的发展及现状电力工业的迅猛发展，使改造现有的输电和配电网络，建立新型变电站成为广泛的需求。微处理器技术的发展和人力维护的高昂成本是电力公司建立新型自动化变电站主要原因。而实现电力系统参数的高精度、多参数的测量，是实现电力系统自动化的前提。测量与仪表是一项涉及面很宽的多学科结合的技术，它已经日益成为现代科技和工业发展不可或缺的一环，在各个领域都发挥着技术基础保证的作用。就电测及仪表技术而言，在过去的一个多世纪里，伴随着工业化的蓬勃发展，电测量理论及仪表技术也持续快速发展，
14、大致经历了早期、初期、中期和近期等四个阶段。在进入中期发展阶段前，电测量技术主要是以模拟测量为主，各种磁电、电磁及电动系的电压表、电流表、功率表等是这一时期电测仪表的典型代表，这些模拟式仪表具有功能单一、精度低、响应速度慢等特点。20世纪50年代初期，数字技术的出现使得各种数字仪表得以问世，电测与仪表技术的发展逐步加快。进入20世纪70年代以来，微电子技术和微计算机技术发展迅速，1974年，美国国家标准局(NBS)的R.S.Turgel博士首次提出等间隔数字采样技术，数字采样测量法(Digital Sampling Measurement)由此诞生，此后数字电子与计算机技术在电测和仪表领域进一
15、步渗透，成为电测与仪表技术步入中期发展阶段的标志。20世纪80年代中期以来，电测与仪表技术进入了迅猛发展的近期阶段。近几十年来，随着大规模集成电路、计算机技术、网络及通信技术的飞速发展，电测与仪表技术的发展也是日新月异，各种新的技术和概念不断涌现，各学科技术日趋融合，测量系统与计算机、网络、通信以及控制系统的界限越来越模糊，测量系统由传统的集中模式逐渐转变为分布模式，成为具有开发性、交互操作性、分散性、网络化和智能化的测控系统。我国对电力参数监测技术的研究与应用起步较晚，但随着电力企业的快速增长及电网改造工作的深入，电力监测的相关研究和应用的到了迅速的发展。随着电子技术和微机技术的飞速发展，微机广泛地应用于电力系统测量中。但是电力系统对检测装置的实时性、计算能力及大数据量运算速度等各方面要求的不断提高，单片机技术的高速发展为电力参数测试技术带来了新的变革，特别是在电力系统电压和电流的测量和分析中，单片机以其运算速度快、精度高、显著的计算能力与实时性、数据输入输出能力强等特点而被广泛应用，并且采用单片机开发的测量装置体积小，集成度高;随着单片机芯片的性价比不断提高，开发工具越来越完善，单片机的应用成为目前电力参数测试开发的一大突破。1.3 本文的主要工作由前面讨论知，利用先进的技术手段，采用精确合理的计算
