分散式智能化交流電參量測控節(jié)點的設(shè)計和開發(fā)

1、哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文分散式智能化交流電參量測控節(jié)點的設(shè)計和開發(fā)姓名：董寒光申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)指導(dǎo)教師：謝紅20060101：寶釜鎏；登盎：蘭警土主篷鎏奎摘要是動控制系綾作為現(xiàn)代信怠純中豹個薰要組成部分，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)控制、信號檢測等方面。其中，最蘑要的組成部分之一就是它的終端智能化測控節(jié)點。它主要突成采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)和傳輸數(shù)據(jù)等功能。其性能的優(yōu)良直接關(guān)系著熬個系統(tǒng)的可靠性。在交流電參照測量中，它的數(shù)據(jù)處理無疑是最重要的。這要求找到一萃孛算法，既能保證系統(tǒng)娶求，又便于犖片梳實瑰。在實際應(yīng)閣中，這些節(jié)點又多分布在不同地方，它要求適當(dāng)?shù)耐ㄐ沤M網(wǎng)與之匹配。本文選用加甯插

2、值算法、分布式的通信組閼方式，成功地在單片機系統(tǒng)中設(shè)計了分欺式鬻熊化交滾電參量測控螢點，使繯節(jié)點運行結(jié)果滿足了系統(tǒng)要求。文中首先玲板了多種算法，在參考仿真結(jié)累的基礎(chǔ)上選用了加密插鑣算法作為交流電參量測控節(jié)點韻數(shù)攢處理。并在搿綦碗上分析了影響交流電參量的實時準(zhǔn)確測量因素和交流電實時測量方法。結(jié)合弛內(nèi)部卻的結(jié)梅特點幫采集轉(zhuǎn)換過程，在信號調(diào)理電路中設(shè)計了蓽電源雙極性信號放大電路。在通訊設(shè)計中討論了三罩中通信方式米完成各穢信息的交換。并在這些技術(shù)豹基礎(chǔ)上設(shè)計了攘個智能測控終端。虢個過程在城市照明遠(yuǎn)程醯控的背景下開展的，并進(jìn)行了技術(shù)上的驗證，結(jié)果表明，這神智能測控節(jié)點在技本上是霹行、可靠的，為城帝照明系

3、統(tǒng)豹交流電參量采樣技術(shù)應(yīng)嗣提供了一種新的途徑。關(guān)鍵詞：交流電參數(shù)；溺控終端；加窗插值算法；短消息：低功耗哈爾濱：穰人學(xué)碩士學(xué)位論文鼬娃，廿它猷，尉嘶砸，缸彘，也矗、鵬，晡黜，洲鍍詁髓氆毛齜鑭黼氆，髓墩蕺重癌辯鑫酶囂餓豫穗婦簸氆筏翻岫糟也體疏。璜懈鉑赫囂壤把戤鞠黜量童粥搦髓聃轄粥醋彭玨蕊細(xì)潛婕鞴話蛀蛾黼藏醞鶼恕，糯州蛙攢鑫醢黼穗舔檔玨遮攮主穗尚鰱娃讎蠢氌糙蠡蠡穗囂秘豳酶婦囂眭鑫娃。黼怒薹蘸，也婦重齜鼯蹴醯蓼鼯，沁畦蠊戚氆嫡瓣蹦糯洫趟轉(zhuǎn)婦薩辨酶礅醴穗鬈氆撳哈爾濱：疆大學(xué)碩士學(xué)位論文一曲羚，“圭馨躲魁糖鑫稻至印棚鋤露娃?！?；董沁粕：毯；仃哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本論文的所有工作

4、，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，由作者本人獨立完成的。有關(guān)觀點、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)的引用己在文中指出，并與參考文獻(xiàn)相對應(yīng)。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者（簽字）：莖墼整日期：占年，月牛日譬璽鎏：攔當(dāng)蘭：土：量鯊耋第章緒論引言信息化是當(dāng)今產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級和實現(xiàn)自動化、現(xiàn)代化的個重要環(huán)節(jié)。而其中的工業(yè)控制、測量、數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的智能化是產(chǎn)業(yè)信息化過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。從數(shù)據(jù)的采集現(xiàn)場到高度自動化的控制中心足一個十分復(fù)雜的信息系統(tǒng)，其中一個非常重要的部分就是現(xiàn)場的數(shù)

5、據(jù)采集裝置和控制終端，一個完整的智能信息系統(tǒng)都必須從個智能化的測控終端開始。在實際應(yīng)用中，這些終端（分散式節(jié)點）常分布在不同的地方，它需要終端組網(wǎng)通信與之匹配。以城市照明系統(tǒng)為例，根據(jù)我國政府提出的節(jié)約能招戰(zhàn)略方針，各城市對電力設(shè)旋節(jié)電控制系統(tǒng)的智能化需求非常迫切。其中最重要的就是對電能的準(zhǔn)確計量和對測控節(jié)點與控制中心高效、方便的通信控制。通過列電參量的監(jiān)測，就可正確調(diào)控照明設(shè)施的工作狀態(tài)，為維護(hù)和控制提供方便：得到的準(zhǔn)確電能計量也可為節(jié)能提供可靠依據(jù)。而合適的通信則可為設(shè)備安裝、維護(hù)提供方便為智能化的中央監(jiān)控實施提供保障。傳統(tǒng)的照明系統(tǒng)既無通訊功能，又無對交流市進(jìn)行采集、計算功能或者說沒有高

6、精度準(zhǔn)確的計量這樣通過電功率來監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)就成了盲點，要獲取設(shè)備的工作狀態(tài)信息，就只有靠白天巡線，夜問巡燈以及群眾的電話報警，不僅導(dǎo)致處理設(shè)備故障的效率很低，而且浪費了大量人力物力。史無法實現(xiàn)集中監(jiān)控口】。如果在測控節(jié)點上采用先進(jìn)的市電測量技術(shù)和高效、方便的通信方式，就可大大改善這種狀況。在其它技術(shù)領(lǐng)域，如電力自動化、工業(yè)生產(chǎn)和科研教學(xué)實踐中，也需要經(jīng)常對交流電參數(shù)進(jìn)行測試與分析，其中，電參數(shù)的采集成為最基本的環(huán)節(jié)。通過對這些電參數(shù)的實時檢測和分析能夠了解設(shè)備的性能、運行狀況和健康狀況。而在各種電參數(shù)的測試中電壓、電流和功率又是三個展為基本的檢哈力；濱啊等人學(xué)碩十學(xué)位論文測量，在傳統(tǒng)的交流

7、電參數(shù)測量方案中硬件電路復(fù)雜，軟件運算量大，測量精度低等問題。隨著電子信息技術(shù)和信號處理技術(shù)的小斷提高，已有不少針對交流電參量測量的智能化儀器儀表。但大都沒有通信功能，在低功耗方面也有待進(jìn)一步改善，在交流采樣的信號處理算法乜有待進(jìn)步研究。本論文在城市照明遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)項目背景，提供一套行之有效的解決方案，即分散式智能化交流電參量測控節(jié)點的研制。課題的技術(shù)背景存交流電氣參數(shù)的測量方面，先后出現(xiàn)了直流采樣、霍爾原理法、模擬乘法器法等交流參數(shù)的測量方法。以上方法雖然可將輸出的直流電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字輸出，但對測量信息的主要處理仍然是模擬形式的。由丁模擬元件存在溫度特性差、寬動態(tài)范圍內(nèi)線性度差、校準(zhǔn)困難等

8、缺點，限制了測量精度與穩(wěn)定性的提高。隨著交流采樣理論、模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)以及微處理器技術(shù)的發(fā)腱，使基于微處理器的數(shù)字化測量方法迅速發(fā)展起來，利用對被測電壓和電流信號進(jìn)行瞬時采樣，微處理器以軟件程序的方式完成測最算法，不僅消除了由硬件電路固有的缺點所引入的測量誤差，而且由于軟件的靈活性，使校準(zhǔn)。補償?shù)裙δ茏兊萌菀讓崿F(xiàn)使測量功能得以極大的擴大日。與此同時引發(fā)出多種理論算法。課題在綜合分析多種因素之后，決定采用非同步交流采樣方法，在軟件的信號處理中利用加密插值算法，對參量進(jìn)行處理。在通信方式上，多種無線通信技術(shù)的發(fā)展，使得分散式測控節(jié)點的安裝、維護(hù)更加方便，安裝區(qū)域的美觀也可大大改善，同時也為測控節(jié)點與監(jiān)

9、控中心通信提供便捷。短信息業(yè)務(wù)是無線通信方式之一，它是移動通信網(wǎng)絡(luò)提供的一項主要電信業(yè)務(wù)，具有安全有效、傳送的信息量較大等優(yōu)點而且能戲向傳輸、支持的用戶數(shù)大，同時由于網(wǎng)絡(luò)在全國范圍內(nèi)基本實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游，具有在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍上其它系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢。論文中引入短消息技術(shù)作為數(shù)據(jù)的傳輸載體，用軟件實現(xiàn)了符合和標(biāo)準(zhǔn)的賀氏指令，解決了智能測控終端的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸以及終端和用戶之間交互的問題。哈爾濱程大學(xué)碩士學(xué)位論文課題的主要研究工作和各章內(nèi)容論文研究了傳統(tǒng)的智能化終端的軟件和硬件體系【】，并因項目需要，針對性地對城市照明遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)做了進(jìn)步的調(diào)研，再根據(jù)設(shè)計要求對所設(shè)計節(jié)點中的單片機進(jìn)行了選型。接著介紹

10、現(xiàn)有的交流電的交流采樣技術(shù)以及短消息技術(shù)，在測控節(jié)點的軟件和硬件結(jié)構(gòu)方面提出了新的設(shè)計和應(yīng)用。在改善節(jié)點性能，如低功耗和抗干擾方面做了詳細(xì)的分析和處理，使得對交流電參量一電壓、電流、電功率的計量精度得以大幅度提高，為交流電參量測控節(jié)點的智能化控制提供了可靠依據(jù)。論文在章節(jié)上安排如下：第章概括性地介紹論文研究的目的和技術(shù)背景，對論文中的研究所涉及的行業(yè)背景和技術(shù)背景進(jìn)行了說明，并對論文研究工作的具體內(nèi)容做了概括性的簡單介紹。第章對城市照明遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了整體介紹，對采集數(shù)據(jù)的采樣技術(shù)的現(xiàn)狀和傳統(tǒng)辦法進(jìn)行了探討說明。文中還對終端的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳通信接口的技術(shù)手段做了介紹。第章通過對當(dāng)前的交流采樣算法分

11、析，選定了加窗插值算法對交流電參量進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。然后對加窗插值算法作了詳細(xì)介紹，并用對其進(jìn)行了仿真。第章針對論文的目標(biāo)，既設(shè)計開發(fā)一種智能化的交流電參量測控節(jié)點，對該終端結(jié)構(gòu)層面的設(shè)計工作進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。文中根據(jù)硬件和軟件的不同分成兩個部分來對終端結(jié)構(gòu)的設(shè)計進(jìn)行說明。第章列舉了在城市照明遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中對節(jié)點的測試結(jié)果；分別從硬件和軟件對節(jié)點的抗干擾設(shè)計作了介紹；最后詳細(xì)論述了低功耗技術(shù)的實現(xiàn)。啥爾濱程大學(xué)礤七學(xué)靛論文第章城市熙明遠(yuǎn)程測控節(jié)點介紹城市照明遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)介紹當(dāng)翦救城市照明監(jiān)控系統(tǒng)，鞍以瓣的定時控鍘、光電控劍、路燈控制儀等技術(shù)先進(jìn)。定時控制、光電控制、路燈控制儀只解決了小范圍的開關(guān)燈

12、控制問題，沒有對市電進(jìn)行實時跟蹤計爨，無法調(diào)控電參量。而城市照明髓控系統(tǒng)是綜合斑麗電子通信技術(shù)、計算梳技術(shù)來完成交流電數(shù)搖的實辯采集、處理以及時按等功能，扶瑟迭至遙控、遙測、遂售款基熬“。目前的城市照明系統(tǒng)一般由遠(yuǎn)程終端單元（）、外部供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和傳感器（電流互感器和電壓互感器）組成。最核心的部分是，它主要完成時撩（按設(shè)定的時間控帶照鞠設(shè)施的開關(guān)）和對交流工頻電的實時采集、鯰瑾，并透過各釋逶績方式患中心傳送、揍浚遙控指令幫發(fā)送交流電參爨數(shù)搬。城市照明終端中，對交流工頻電的采集、處理和傳輸是城市照明遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中最重簧的環(huán)節(jié)之一，因為通過對電壓、電流和電功率的測撩，可知系統(tǒng)是甭停電、電壓是

13、否缺稆、泡疆，電流是否霪限、照鬻設(shè)施是否舜常開，關(guān)（關(guān)燈拔態(tài)，電濺不必魏癸燈狀態(tài)，電滾為），如不派常，則遽過大功率三相晶閘管的電子斬波原理來實現(xiàn)調(diào)控指令，從而延長照明設(shè)施壽命、節(jié)約電能和為系統(tǒng)智能化提供依據(jù)。本論文主要研究對交流工頻電的采樣投術(shù)及奠處理。另外，照明系統(tǒng)中在城市布囂的節(jié)點設(shè)備較多，為了系統(tǒng)實現(xiàn)方便、裹效，設(shè)計了分幫蕊靛綴鼴遴鏹方式；考慮籍節(jié)麓靛褡翡，在設(shè)計時，還皮盡可能地隆低功凝積遠(yuǎn)纛監(jiān)控及遠(yuǎn)程舞綴功能，必今蜃系統(tǒng)蛇維護(hù)和升級奠定基礎(chǔ)。其中交流電參量的采集處理是霪點。城市照明遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的交流王頻毫參釜采樣技術(shù)交流電參璺測量有兩種技術(shù)：盥流采樣和交流采樣，大多采用交流采樣。哈躺

14、濱疆丈學(xué)疆學(xué)撾淪文河北大學(xué)刀：發(fā)的城市照明監(jiān)控系統(tǒng)對交浚棗電懿羆集處理翔的是交流采攆、真商效值算法。秦皂島的城市路燈自動化監(jiān)控系統(tǒng)也是真有效值法【。所謂真商效值算法，是根據(jù)交流電有效值定義（交流電壓瞬時值的平方值在個周期內(nèi)豹平均值的殲平方值），通過終端對輸入交流電采祥后，平方一求平均焦一開平方的運舅獲褥。優(yōu)點是詩纂璧輻對較小，蘸繯涯一定糖度。缺點是：精度不離，程諧波影響下，誤差很大。而且由于電子技術(shù)的發(fā)展，非線性電子設(shè)備大量應(yīng)用給電網(wǎng)帶來了大艇諧波，這給使用真有效值算法準(zhǔn)確計凝電能帶來難度。蟊藏，鋅對諧波，遣力系統(tǒng)交流電參墓撿蒺普遍采靂快速傅立時交換（勰衙下，麓稱）冀法，基于的技零已經(jīng)相當(dāng)戲熟

15、。采用傅立葉級數(shù)對日正弦連續(xù)時刪周期函數(shù)進(jìn)行分析時，是把連續(xù)時間館號的一個周期籜分成個點，在等分點進(jìn)行采樣而得到一系列離散時間信號，然螽采囂避行諧波分轎，最終褥出所需要的各次諧波魄流豹幅德、頻率和翱位。當(dāng)測整對閡是傣號闞鬏戇整數(shù)績娃及采樣頻率大予鞠頻率對，該方法檢測精度離、實現(xiàn)簡單、功能多且使方便，程頻譜分析和諧波檢測蘸方廈均得到廣泛應(yīng)用。城市照明監(jiān)控系統(tǒng)就是使用變流采樣、快速傅立奸（）算法來完成交流市電采集處理。目前，專用來測交流工頻窀參數(shù)酶終端或紋表也不臻襄有效篷巔蠲算法“。毽它娶求對蜀期信號邀行燮屨期馥取，并嚴(yán)格等時間聞瞞采樣。雖對菲整數(shù)次諧波的梭測鴦頻譜泄漏和柵欄現(xiàn)象簿缺點，從而使檢測

16、出的諧波幅值、頻率和相位有誤麓。綜上?，F(xiàn)有的交流工頻電參爨采樣技術(shù)雖能達(dá)到一定嗣的，但猩復(fù)雜情況下，不麓滿怒高精度靜要求，麗翻窗舔值冀法怒針對算法提出豹，它遴過選擇合逶的塞蘧數(shù)能大大降低黷譜遺潺，逯過疆矗銫較磐遮改善攆欄現(xiàn)象。它在穩(wěn)態(tài)諧波下能很好的實現(xiàn)我們的需求，為準(zhǔn)確計鐾，離效測控提供保障。城常熙瞬遂稷監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)逶信方式近年來，貔國城市照明監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用了計算機技術(shù)，可以將交流電的電壓、電流有效值幫電功率經(jīng)童通信有線網(wǎng)、短波佰道等進(jìn)行遠(yuǎn)蹲離儔輸處淫。喻爾濱樣人碩十學(xué)位論文目前比較成熟的數(shù)據(jù)通信方式有通信有線網(wǎng)、無線通信方式（包括短波通信、超短波通信、衛(wèi)星通信）?，F(xiàn)在，移動通信技術(shù)已經(jīng)非常

17、成熟，而且網(wǎng)絡(luò)在全國的覆蓋也基本到位，的移動通信運營商能夠提供專業(yè)的高質(zhì)量的數(shù)據(jù)通信服務(wù)】，基于的服務(wù)為城市照明監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信提供了一種新的途徑盼】。本章小結(jié)本章對當(dāng)前的城市照明遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的組成、基本功能作了簡要地介紹。指出交流電參量測控作為智能化特征之一，是系統(tǒng)最重要的部分之一，可為照明設(shè)施的工作狀態(tài)的監(jiān)控提供依據(jù)。并簡述了系統(tǒng)目前用的較多的真有效值算法和算法的優(yōu)缺點及加窗插值算法的優(yōu)越性；確定了短消息（）作為系統(tǒng)的通信方式。哈爾濱程大學(xué)碩士學(xué)位論文第耄交流電參量的采樣技術(shù)，交流采群算法簡介電力控制自動化系統(tǒng)中，實時測璧交流電量（即有功功率、電壓有效馕及敷滾蠢效僮）方法有兩辨：一秘為壹

18、濺袋襻方式，幫先道過交流交送器將待測的和變換或與之或比例的直流電蕊，然后對遮楚直流量進(jìn)行測量與處理。由于使用了變送器，造成該方法響應(yīng)速度慢，不能及時反映故障瞬問情掇，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確瞧受變送器穩(wěn)定性影響，炎送器精度隨時閽及溫度變往會發(fā)生瓤移。為了縑誕交送器耱發(fā)，螯須定弱對變送器穩(wěn)驗。另一靜為交流采樣方式，這種方法用舢取代傳統(tǒng)的變送囂，充分發(fā)揮微機功能強、靈活可靠、使用方便等優(yōu)點，克服了因使用傳統(tǒng)變送器導(dǎo)致的一系列不良影響。交浚慕樣受熬一令最主要靜強務(wù)裁是在線羧速采集交滾麓著驤臻詩算出電蕊電流的有效值及平均功率簿電量的實對數(shù)據(jù)。其中，籜法是至關(guān)煎要的，是測量的核心環(huán)節(jié)。一般瓤吉，測量龜糖三個環(huán)節(jié)：信號預(yù)

19、處理。分析和工頻量計算（信號分析）。結(jié)聚再處理。其中、是輳韻算法，為藹等分褥騷務(wù)，戩優(yōu)徒濺量縫糍。它嬲濤在璐面的軟件設(shè)計的第四章中加以闡述。工頻瀲計算及信號分析算法有以下幾種：。囊存效傻法。俊速簿立時變換（善）。加窗插髓算法。小波算法及希爾伯特黃變換等。一甏麓擎圭垂會鬻這黧葜鍪算法。哈爾濱：樣大學(xué)碩十學(xué)位論文真有效值算法根據(jù)電工基礎(chǔ)理論，一個隨時問周期性變化的電壓“（）或電流，（），在一個周期內(nèi)的有效值定義為：廂麗（一），據(jù)出（）負(fù)載任一、周刪岡捎耗嗣碉功功軍定義為：睪砸）（）在實際交流采樣中是直接對電壓、電流波進(jìn)行離散采樣，通過數(shù)值計算的方法計算出相應(yīng)的電氣量。例如從電壓有效值定義可以得到：

20、冉岫后缸刪血羼丙污缸阪咖（）上式中“（叫）是”（）在，叫時的離散值。利用采樣保持技術(shù)，可以方便地將離散值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，即、“（叫）（）上式中為模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換系數(shù)，所以有。再？（）即浚電壓有效值可以用數(shù)字計算方法得到。同理，功率也可以用數(shù)字計算方法得到：哈爾濱工樣人學(xué)碩士學(xué)位論文虬咒。（根據(jù)電壓、電流有效值定義式（），（），將連續(xù)函數(shù)離散化，得到電壓、電流有效值表達(dá)式：斤礦一持善礦）（）摶蕃）礦一（均）式中為一個周期均勻采樣點數(shù)，“（療）和，（）分別為電壓、電流第月個采樣點的值，由連續(xù)函數(shù)有功功率定義式（）得離散表達(dá)式：寺”（）（竹）（）其中“（療），（）為電壓、電流第”點同一時刻的采樣值

21、”。此算法的計算精度與樣本數(shù)、信號中諧波次數(shù)及含量等因素有關(guān)。樣本數(shù)愈大精度愈高，而諧波次數(shù)或其含量增大，則精度降低?？焖俑盗⑷~變換（）眾所周知，交流電采樣樣本為諧波，它是周期性電氣量，根據(jù)傅立葉級數(shù)分析，可分解成基波分量和具有基波頻率整數(shù)倍的諧波分量。是一種求解的快速算法，直接用計算需要的復(fù)數(shù)乘法運算，而且還要作”（一）復(fù)數(shù)加法計算，而采用的基本思想是把一個的矩陣分解為個矩陣（），使被分解的矩陣具有復(fù)數(shù)和復(fù)數(shù)積的次數(shù)最少，與的算法時間之比為。算法是把連續(xù)時聞信號的一個周期等分成個點，在等分點進(jìn)行采樣而得到一系列離散時間信號，然后采用進(jìn)行諧波分析，最終得出所需要的各次諧波電流的幅值、頻率和相位

22、。當(dāng)測量時間是信號周期的整數(shù)倍以及采樣頻率大于奈奎斯特（）頻率時，該方法檢測精度高、實現(xiàn)簡單、功能多且使用方便，在頻譜分析和諧波檢測兩方面均得到廣泛應(yīng)用。但由于不能嚴(yán)格同步對非整數(shù)次諧波的檢測有頻譜泄漏和柵欄現(xiàn)象等缺點，從而使檢測出的諧波幅值、頻率和相位有誤差舊【】。墮塵：羞生鑾蘭鎏?。褐黧蝓忚幮〔ㄗ儞Q（）小波變換是近幾年國際前沿領(lǐng)域的一個熱點。它是在傅早葉變換的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新的信號處理方法。其突出特點就是可以通過數(shù)學(xué)變換充分突出信號的某些方面的特征，是繼傅立葉變換之后出現(xiàn)在信號分析領(lǐng)域中的又一強有力的工具，不僅適用于穩(wěn)態(tài)信號的研究，也適用于時變信號的研究。它克服了在頻域完全局部化而在時域

23、完全無局部性的缺點，在頻域和時域同時具有局部性，因而能算出某一特定時間的頻率分布并將各種不同頻率組成的頻譜信號分解成不同頻率的信號塊。從原則上講，兒傳統(tǒng)使用傅氏變換都可以用小波變換來代替。近年來一些文獻(xiàn)將小波變換應(yīng)用于電力系統(tǒng)電能質(zhì)量分析、故障檢測及繼電保護(hù)等方面，表明小波變換在電力系統(tǒng)具有廣闊的應(yīng)用前景。它主要利用正交小波在以）空間線性張成的標(biāo)準(zhǔn)正交小波基和小波函數(shù)時域局部性的特點。將諧波時變幅值投影到小波函數(shù)和尺度函數(shù)張成的子空間上從而把時變幅值的估計問題轉(zhuǎn)化為常系數(shù)估計，利用最小二乘法即可實現(xiàn)時變諧波的檢測。同時遞推最小二乘法的應(yīng)用使該方法適用于諧波在線跟蹤。這種方法在理論和仿真上證明了

24、它的有效性，但是在實際現(xiàn)場應(yīng)用還有一定難度，因為數(shù)據(jù)處理精度依賴恰當(dāng)?shù)男〔ɑ〔ɑ臉?gòu)建是一復(fù)雜過程，在這方面還需要進(jìn)一步研究與探討。變換年，美國國家宇航局的提出了一種稱為啊變換（）的新的信號處理方法。其核心是經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解（，），把復(fù)雜的信號分解成若干個本征模態(tài)函數(shù)（，）；再對進(jìn)行希爾伯特變換，得到每個隨時間變化的瞬時頻率和振幅，最后求得振幅一頻率一時間的三維譜分布。由于是自適應(yīng)的，因此其分解非常快速有效；同時是基于信號的局部變化特性，從而可用于非線性和非平穩(wěn)過程分析。與頻譜分析方法（）相比，得到的每個的振幅和頻率是隨時變化的，消除了為反映非線性、非平穩(wěn)過程而引入的多余無物理意義的簡諧波。

25、與小波分析方法相比，具有小波分析的全部優(yōu)點，在分辨率上消除了小波分析的模糊和不清晰，具有更準(zhǔn)確的譜結(jié)構(gòu)因而在分析非線性和非平穩(wěn)過程中具有很高的應(yīng)用哈爾濱卜群人學(xué)碩十學(xué)位論文價值比。但它還處于研究探索階段，嘗未用于實踐（工程）中：】。加窗插值算法如前所述，應(yīng)用算法分析周期信號頻譜的靜提是要求對信號進(jìn)行同步采樣，即要求采樣長度與信號周期成整數(shù)倍關(guān)系。否則，會產(chǎn)生頻譜泄漏和柵欄現(xiàn)象，引起較大誤差。而且，實際電網(wǎng)頻率通?？倳陬~定頻率（我國為）附近波動。為了保證同步采樣，在交流采樣中，等間隔采樣的實現(xiàn)可有兩種方式實現(xiàn)。方法之一是在采集系統(tǒng)中加入鎖相同步技術(shù)，由硬件實現(xiàn)同步采樣；另一種方法是首先通過均勻

26、（大部分為非同步）采樣（利用定時器實現(xiàn)定時采樣），然后由一定的算法解決非同步問題。前一種方法的優(yōu)點是信號處理比較簡單，但需要專門的測量電路，不但使測量成本增加，而且由于電路變得更加復(fù)雜，鎖相環(huán)響應(yīng)速度較慢，不能及時跟蹤信號頻率的快速變化，從而不能實現(xiàn)真正意義上的同步采樣，增加了測量的不確定因素，會使精度降低。后一種方法具有一定的通用性，目前的測量方法中幾乎不采用硬件上的同步方法，而是通過采樣信號，經(jīng)過一系列的算法之后，通過利用計算機的強大數(shù)據(jù)處理功能來實現(xiàn)同步，從而完成交流電信號（諧波）的測量。有人提出了采樣數(shù)據(jù)的軟件同步化算法，該算法首先由過零檢測法估計信號基頻”，然后通過插值對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行

27、同步化處理，并作分析，算法的精度對基頻估計的準(zhǔn)確性有很大的依賴性，同時由于插值過程帶來的非線性，導(dǎo)致諧波的相位估計誤差過大。又有人提出加窗插值算法列。分析了各種升余弦窗在插值算法中對減少泄漏的作用，運用一定的窗函數(shù)選擇準(zhǔn)則和加窗寬度的估計公式，對諧波參數(shù)的計算公式作一定修正；用插值改善柵欄效應(yīng)有效地改善了對諧波幅值的估計精度，進(jìn)一步人們可以得到了更為精確的諧波參數(shù)估計：】。通過曲仿真分析，利用插值來消除柵欄效應(yīng)引起的誤差，通過加窗的方法濾波消除諧波間泄漏引起的誤差的加窗插值算法結(jié)果比較理想，能滿足精度要求。另外考慮到小波諧波分析算法和變換的復(fù)雜程度和目前應(yīng)用狀況，結(jié)合當(dāng)前運算能力，決定選用這種

28、改進(jìn)的加窗插值算法進(jìn)行電網(wǎng)諧波參數(shù)估計，由其對電網(wǎng)電能計量。下面將對加窗插值算法作詳細(xì)介紹。哈爾濱程火學(xué)碩：學(xué)位論文加窗插值算法原理加窗插值算法原理在諧波測量中，所要處理的信號均是經(jīng)過采樣和轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號。設(shè)待測信號為（），采樣間隔為秒，采樣頻率出滿足采樣定理，即大于信號最高頻率分量的兩倍。則采樣信號為虹（月），并且采樣信號總是有限長度的，即”一。也就是說，所分析的信號的持續(xù)時間為：。出，這相當(dāng)于對無限長的信號做了截斷，因而造成離散傅立葉變換的泄漏現(xiàn)象。設(shè)信號為單一頻率信號：（）”剛（）矩形窗為：“壓（）佰（）糾其余持續(xù)時問為的信號相當(dāng)于靠與的乘積：（，）（）（）（一）。（）的傅立葉變換為

29、（）硝卅（甜），即在處有一條單一的譜線。矩形窗的傅立葉變換為：珊、忡）：竺窘唧爭睇（）（一產(chǎn)）一根據(jù)傅立葉變換的乘積定理，。（）的傅立葉變換為（）和（甜）的卷積為：工。（國）石以（珊一）屯）珈簍磬剛?cè)A）石苦（一孑?。﹥?，。，若不計相位的變化，五。（）的幅疊如圖所示。可以看出。（）已不再哈爾濱。稃入學(xué)碩：學(xué)位論文是單一靜譜線，蠢是勢奄在整個頻率輟上，遮就是說熊量不孬集寧，鼯產(chǎn)生了泄漏現(xiàn)象。圖矩形窗豹泄漏現(xiàn)象圖（）的離散頻譜如果采用這穆纛接截叛方法湛紓諧波分毫陲，各次諧波艨泄漏孵能量會檁互影響，造成計算誤差，齏接影響諧波檢測的精度和準(zhǔn)確性。減小譜泄漏的騫效捺燕是采臻塞涵數(shù)，在辯越蠛榜分輯落號與寤函

30、數(shù)稷黍。紫孀豹密丞數(shù)有：三角留（）、漢寧窗（粕）、哈明窗（）、布萊克曼窗（婦）簿譬辯“。密函數(shù)不儀影響信號靜辯閩域形狀，也影響蕻頻率域形狀，由離散博立時變換性質(zhì)可知，窯函數(shù)的傅立時變換的主瓣寬度決定了被截斷以后所得序列的頻率域分辨率，而旁瓣峰值有可能淹沒信號頻譜分量中較小瓣藏分。因此，纂望主瓣盡爨避警，旁瓣峰僮爆量小，使頻率域的能爨主要集中在生瓣內(nèi)。由文獻(xiàn)【，比較窗函數(shù)，可以看出，矩形留具有最窄靜主瓣，餐也是最大躬旁瓣晦餮幫最後豹衰減速度。稻的主瓣稍寬，但商較小的旁瓣和較大的衰減速度，是較為常用的窗函數(shù)?？紤]到諧波蜜時算法實現(xiàn)的難翁程度和運行時間的長短，在處理電器撿濺僚號時選用漢寧塞“。漢寧窗

31、可表示為：群”（）篇二（一（二三）一董一（）豳是肇一工頹信號用漢寧（）窗截斷后的離散傅立時變換的囑頻特性，穰處，譜蟋寬度變小，對比圖可照漢寧簿在一定程度上減少了譜泄漏，提高了頻譜分析的計算精度。哈爾濱稃火學(xué)碩士學(xué)位論文。拯“拯槲甜雷，。雷圖矩形窗幅頻特性圖漢寧窗幅頻特性序列加窗后在進(jìn)行時，各次諧波的幅值將會出現(xiàn)偏差，這主要是因為加窗是對信號的不等加權(quán)，導(dǎo)致分析結(jié)果變化。不同的窗函數(shù)對應(yīng)不同的幅值恢復(fù)系數(shù)，如表所示【。表窗函數(shù)及其幅值恢復(fù)系數(shù)窗函數(shù)表達(dá)式恢復(fù)系數(shù)漢寧窗（）一（冊）哈明窗（）；一（刪）布萊克羅窗（）；一（，）（雕石）對于離散傅立葉變換（）來說，從頻率的離散化得到：而（珊）（一）式中

32、萬丁。離散化的頻譜如圖所示。從圖可以看出，離散傅立葉變換（）是對（彩）的采樣，如果不是整周期采樣，即信號不是甜的整倍數(shù)，那么即使信號只含有單一頻率，也不可能求出信號的準(zhǔn)確參數(shù)，它只給出頻譜在離散點（萬）七上的值（一），而無法反映這些點之間的頻譜內(nèi)容，有時頻譜的峰值可能正好在兩個離散點之間，這樣離散傅立葉變換無法檢測出此峰值，這一現(xiàn)象通常叫做柵欄效應(yīng)。改善柵欄效應(yīng)的一種辦法是在廠】后面補若干零值點，例如增補個零值，使序列人為地改變?yōu)辄c由于廠】的有效數(shù)據(jù)為個，所以（）并沒有變化，增補零的效果實際上相當(dāng)于改變了采樣點的位置。通過內(nèi)插技術(shù)可以得到任何頻譜值。睛捧濱：羈大學(xué)顫學(xué)位淹文文獻(xiàn)（中提出了雙峰譖

33、線插值修算法。本文簡述如下：簸設(shè)一個頻率為磊輻毽為翹鞠位為目的蕈一鞭率話號（，在經(jīng)過采樣牢為的模數(shù)變換后得到如下形式的離散信號：（口號口）（）如采蒲翔塞函數(shù)虢時壤澎式為州），葜連續(xù)籟譜為（，），潮盔窗籀該信號的連續(xù)傅立葉變換為：飆廠）“）（）“”寺一蘆產(chǎn)一一啊鼉，螺果蔥旗受頻贏一磊處凝蜂斡旁瓣囂響，在委壤煮磊黔透攜連續(xù)頻譜斌數(shù)可以表達(dá)為：取力；蕓。口妒（至萼超）（嘲）磚式（一勰）遞簿褰教撼樣，邸霹褥囂它匏離散博立時變換靛裘這式兔：（）。，）”（，矗），）（）技中離散頻率聞輛為髟點，是數(shù)賽截叛長度。峰值頻率氐鱸很難厄好位于離散譜線頻點上，也就是說，。一般不是整數(shù)。設(shè)峰撞點發(fā)表囂豫鰉譜線分別為第是

34、秘女，條譜線，這囂條港線也藏該是峰值點附近幅值最大和次最大的譜線。最然，屯！女。，令這囂祭讒線蝠蠛分裂是冀爿賈（；夠），款最壽鱸），出于島一是基，艨以可以引入個輔助參數(shù)七一也一。顯然，的數(shù)值范圍憋一】。這樣：煦二絲：！豎！蘭！二?。豪铮⌒停后茫《?！二嬰！型（）魏（石（一璉豐），）（石日一，鞋令；（：一）億），文獻(xiàn)通過多項式逼近的力法得到不同窗函數(shù)所對痕的修正公式，為了餒于下囂算法鮑理解，本文對修疆公式赫最如下：漢寧窗函數(shù)，（”）一（，）蜓）印，一）哈爾濱樣人學(xué)碗十學(xué)忙論文口（咒）（日口）哈明窗（月）一（）（，一）盧盧盧盧（虬）（十口布萊克曼窗函數(shù)（）一（丌月，）（玎，）（，】，一，）盧十盧十盧

35、一（乃）（】口】日口）為了驗證上述算法的準(zhǔn)確性，假定電網(wǎng)波形可表達(dá)為（）（呱，）（）所示。表諧波參數(shù)的設(shè)置諧波次數(shù)幅值（）初相（戎）利用對基于普通算法和基于窗的插值算法仿真）。分析表結(jié)果，可得出以下結(jié)論：（）基于插值算法的諧波參數(shù)分（）基于普通丁以內(nèi)，完全可以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，且在本設(shè)計加窗擂值算法的仿真結(jié)果其中：基波頻率設(shè)為仞相為。各次諧波的幅值按實際電網(wǎng)信號的特點設(shè)置”，各諧波相位如表所得的電網(wǎng)幅值估計結(jié)果如表（本設(shè)計只關(guān)心次以下諧波，根據(jù)義獻(xiàn)，寬度選為，采樣頻率為析精度明顯優(yōu)于基于普通算法的諧波參數(shù)分析精度；算法諧波幅值分析耩度達(dá)不到電能質(zhì)量的國家標(biāo)準(zhǔn)，而基于插值算法的基波幅值分析精度可控制

36、在要求范圍以內(nèi)。釜警鎏耋淼：警：耋芷鎏耋寢諧、波幅值修正前屬結(jié)果對比表諧渡次鼗諧波實際蠕壤（），修正，幅值（）福，。值偏差熱密拯燕幅值，（）粕霸插擅偏差一（）本耄小結(jié)測控節(jié)點采樣電參量并褥出電壓、電流乖屯功牢等的實時數(shù)扔：，算法匙其中的關(guān)鍵。本章闡述了交流電測爨的兩種方法：囊流采樣和交流采樣。并指出于直流采樣不能保證精度和實時性，大多采用交流采樣。，還詳細(xì)分板真有效值法、快遺停立時辣法（）、如衡插值，算法、小波簿法和希爾伯特黃變換籌交流采樣算法的原理和優(yōu)缺點。經(jīng)過對和加窗擂值算法仿真較，最磊逸用熱衡插值算法作為本設(shè)計韻交流電采樣算法。哈爾濱科人學(xué)碩七學(xué)位論文第耄交流電參量測控節(jié)點設(shè)計毒，總體設(shè)

37、計交流電測控節(jié)點作為前端終端，除了基本的時控功能外，另一重要應(yīng)用是采集交浚電戇電量數(shù)攘、瞬慰量數(shù)擺、失壓竣秘蕊意等。與主菇系統(tǒng)逶傣可采用蘢線數(shù)傳電臺、短消息（）通信方式（本設(shè)計采朋短消息方式）；支持本地和遠(yuǎn)方的參數(shù)下載、遠(yuǎn)方診斷等功能。蕊點總體余紹結(jié)構(gòu)介紹及框圖測控節(jié)點由以下幾部分組成：（）通餓模塊：邋訊模塊是剝掰零片輥上的遴傣接目來傳輟數(shù)攝、上傳僚惠，接受控鍘孛心靜擦制命令及廣播命令等。（）模擬最采集模塊：采集模塊用來采集模擬贊（電壓、電流等），對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、根據(jù)菜種算法運算、輸出模擬爨，將萁計算結(jié)果傳到控制孛。（）開關(guān)最采集電路：可采集的開關(guān)量是電氣特性適合傳感器的任何外界狀態(tài)量，

38、如火警煙霧、門窗開閉等傳感信號，諸多告警信號通過緩沖輸入進(jìn)入革片孝蔻，塞荸片極邋建軟饞緩程實壤懟簧惑囂數(shù)握的采集、分掇和報警粼斷。（）控制輸出模塊：采用抗干擾能力強的光藕隔離設(shè)計，以單片機為控制核心，接收、管理和監(jiān)測計算機的搬令以控制多綴開關(guān)，如路燈、節(jié)目燈、半夜耔等豹器關(guān)。（）時鐘模塊：為節(jié)點提供走時。并在節(jié)點掉電下提供時鐘。（）鍵盤控制及顯示模塊：實時熙示當(dāng)前時間，通過按鍵調(diào)憋時間，顯示參數(shù)念令及梭濺量，為系統(tǒng)維護(hù)撬袋方便。交流電參量測控節(jié)點組成電路豚理框圖如圖。哈爾濱櫸火學(xué)碩十學(xué)位論文圖節(jié)點電路原理框圖測控節(jié)點間組網(wǎng)方式圖分布式組網(wǎng)示意圖墮璽鎏：；登盔謄鎏主：鯊盛鎏吝零系統(tǒng)遴信接嗣采靂梅

39、準(zhǔn)的厥接舀，通信滲議結(jié)合上佼輥軟件自定。無線通訊模塊利用本地的公共移動數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，即短消息方式（便于升綴為）進(jìn)行數(shù)掇傳輸（無線數(shù)傳電臺可作為備用）。有中繼功能，監(jiān)控中心和節(jié)點網(wǎng)采用令牌環(huán)輪詢方式交換傣息。如圖。聯(lián)示。接口留作備用（見圖）。節(jié)蠡工作建程系統(tǒng)上電后首先啟動“看門狗”電路，讀取本站地址，確定傳輸速率，系統(tǒng)裙戇億，亨丁開中叛，開菇采榘數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)蠢處理，按渡上髂數(shù)疆命令，向上傳送數(shù)據(jù)，接收上級廣播、遙控命令，執(zhí)行遙控命令，本地提示電壓、電流商效值、有功功率、遙信狀態(tài)、遙控信息，記滾遙信變位時間，顯示當(dāng)前時蚓。并搬握設(shè)鼴時閽控制各種照明設(shè)施懿開關(guān)；節(jié)點的微控制器選型微擦制器一單片機選塹要

40、求文子交霧襄邀為模攮信號，要將其卷糖在數(shù)撂存锘器內(nèi)，必矮潺過象樣、量化轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，采樣和量化可通過變換完成，精度要求在以內(nèi)，聯(lián)鏊鑄逡犖片稅最好集成了植蔽上盤靜；交流毫參爨溺控節(jié)點要避行電參量的實時處理，算法復(fù)雜，計算量大，采樣頻率要求較高（掇據(jù)奈囊艇特準(zhǔn)則，采樣頻率離于信芍頻率倍以上，電網(wǎng)諧波一般在次以內(nèi)，則采樣頻率至少瞪以上），鑄選單片枧瑟振要農(nóng)發(fā)右、稷彥和數(shù)撼存臻器要求在以上、最好還有硬件乘法器；另外，設(shè)置按鍵，進(jìn)行人機交互以及黠鄉(xiāng)援行控鍘麓能等都要逶蓬營逶國與蕈冀稅通訊，舞瀲船數(shù)囂要多；交流電參量數(shù)字信號要通過串行接口傳送給機，舞給遠(yuǎn)程抄表傳送電量，所戳遙需要個串行通信接日；為了測控

41、節(jié)點的廣泛使用（如用于交流電測量儀表中），還應(yīng)考慮低功耗性能。綜上所述，待選單片桃性能要求為：（）燕叛在聯(lián)燾右。（）有位。（）個串彳亍緩日。（）硬件乘法器。哈爾濱：摧人學(xué)碩十學(xué)位論文（）多個普通，。（）以上存儲器。（）低功耗。根據(jù)交流電參量測控節(jié)點對單片機的性能要求，遍歷目單片機的主流產(chǎn)品，如系列“系列，公司的“等等，本設(shè)計選擇了公司的。其優(yōu)異的性能和在功耗與體積方面的突出優(yōu)點，完全滿足我們的設(shè)計要求。系列單片機系列單片機是美國德州儀器公司（）近幾年開發(fā)的新一代位單片機，該單片機在設(shè)計上打破常規(guī)，采用了全新的概念，其突出的優(yōu)點是低電源電壓、超低功耗，非常適合各種功率要求低的應(yīng)用。有多個系列和型

42、號，它們分別在一些基本功能模塊按不同的應(yīng)用目標(biāo)組合而成。由于其功能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他系列單片機的功能因而又稱之為混合型單片機。典型應(yīng)用足智能家庭儀表、醫(yī)療設(shè)備和保安系統(tǒng)等方面。由于其較高的性能價格比，應(yīng)用已日趨廣泛。系列單片機具有以下一些共同特點。（）低電壓、超低功耗系列單片機，在電駐、的時鐘條件運行，耗電電流（在之間）在不同的工作模式而不同（有種低功耗模式可選）；具有個中斷源，并且可以任意嵌套，使用靈活方便；用中斷請求將喚醒只要“，可編制出實時性特別高的源代碼：可將置于省電模式，以用中斷方式喚醒程序。（）強大的處理能力系列單片機，為位結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（種源操作數(shù)尋址，種目的操作數(shù)尋址）、簡

43、潔的條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令：大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器都可以參加多種運算：還有高效的奄表處理方法；有較高的處理速度，在晶體驅(qū)動下，指令周期為。（）系統(tǒng)工作穩(wěn)定上電復(fù)位，先出振蕩器肩動，保證程序從正確的位胃開始執(zhí)哈爾濱科人學(xué)碩十學(xué)位論文行，保證晶體振蕩器有足夠的時間起振及穩(wěn)定時間。然后可通過軟件來設(shè)置系統(tǒng)的時鐘頻率。如果晶體振蕩器在用作時鐘日、發(fā)生故障，會自動啟動，保證系統(tǒng)常運行；如果程序跑飛，可用看門狗將其復(fù)位。（）豐富的片上外圍模塊系列單片機的各成員都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)，它們分別是以下一些外圍模塊的不同組合：看門狗（）、定時器（）、定時器（）、比較器、串口（、串口（）、硬件乘法器、液晶驅(qū)動器、位位，位、數(shù)十個可殳現(xiàn)與）。向設(shè)置及中斷功能的并行輸入輸出端口、基本定時器（）方便離效的開發(fā)環(huán)境系列單片機均可由仿真工具（）提供支持。該是一種完整的集成開發(fā)環(huán)境。包括源代碼綴調(diào)試器、仿真器、匯編，鏈接器、編譯器等。對于型則有更方便的丌發(fā)調(diào)試環(huán)境因為通過器件片內(nèi)的調(diào)試接口，還有可電擦寫的，可以采用先下載程序到內(nèi)，進(jìn)行程序凋試。開發(fā)語言有匯編語言和語言。即”。（）多種時鐘模塊單片機有三種時鐘源可以選擇提供給，。其中【提供給外圍設(shè)備的對鐘億可以提供商達(dá)的時鐘供單片機運行使用，為單片機內(nèi)部提供，并具有鎖相環(huán)，為系統(tǒng)提供一個內(nèi)部時鐘源，當(dāng)沒有提供時，系統(tǒng)依靠運行，整個時