电力参数监测系统研究

余洋

摘要：电力参数监测系统对于人们的生产和生活是非常重要的，电压、电流、用电量及功率等相关参数对整个系统的安全稳定运行发挥重要作用。文章对电力参数监测系统进行了分析，提出了电力参数监测系统的设计方案。通过单片机完成了系统的硬件控制，利用Delphi完成软件的设计，并采用Modus传输协议完成硬件和软件的通信，实现了电力参数监测系统。

关键词：电力参数监测系统；单片机；硬件设计；软件设计；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM76 文章编号：1009-2374（2016）31-0128-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.31.064

1 概述

随着信息技术的快速发展，电力系统有了新的技术手段，近年来得到了较快的发展，国家在近年来对电网工程改造以后，电力的传输和使用得到了明显的好转，城市停电大大减少。但是目前电网的安全运行仍时有故障发生，电力系统中的电压、电流、功率、纹波系数等对于系统的稳定都有非常重要的作用，因此需要实时对电网中的电力参数进行监测，了解电力系统运行的情况，预防设备出现故障。

2 电力参数监测系统概述

电力参数监测系统能够测量电力系统中的频率、电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、电能、谐波含量等相关参数。部分系统主要由三部分组成：（1）信号采集部分：一般由硬件设施来完成，主要对电力系统中的相关参数进行采集；（2）硬件控制部分：实现系统的控制和采集数据的处理；（3）显示部分：将数据处理的结果通过显示设备显示出来。由于计算机技术的快速发展，许多设备都将计算机融入到电力参数监测系统中。这样显示的功能更加完善，因此这一类的电力参数监测系统还具有两个部分：（1）数据通信部分：将采集的数据通过协议传输至上位机；（2）计算机显示程序：能够将下位机传输的数据进行处理，处理后通过计算机显示出来。

3 基于单片机的电力监测系统研究

电力监测系统主要基于单片机芯片的傅里叶算法实现，利用交流采样的方法对电力参数实现在线实时测试和数据分析，分析的结果对于电能的传输有重要的作用，根据分析可以知道系统需要完成以下功能设计：（1）测定频率、电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、电能、谐波含量等相关参数。系统实时采样和分析，需要设计完成采样电路、处理电路、通讯电路和开关电源等有关的电路；（2）利用FFT算法对采集到的数据进行分析和计算，计算以后将数据通过485串口传输给计算机，然后在液晶屏显示出来；（3）上位机利用编程实现软件的控制界面，并利用键盘让用户进行操作和设置，实现人机交互的功能；（4）能够对出现异常的数据及时发现并能够报警处理，防止电能过大造成的损害和伤害；（5）设计过程中考虑到便携式，使得电力监测系统体积较小、便于携带，能够在野外方便使用。系统主要由工业主板、显示屏、显示屏控制板、电池组、电池保护板、电路控制板、检测板及连接附件组成。检测板主要用来对电力参数进行检测，并实现数据的采集和处理；电路控制板完成系统的电路和操作控制；电池保护板和电池组能够为系统供电，系统可以在野外工作；工业主板作为计算机使用，能够对硬件设备传输的数据进行处理；显示屏和显示屏控制板主要将工业主板处理的数据显示出来。

3.1 系统硬件设计

硬件部分主要由电压采集电路、电流采集电路、通信电路和键盘扫描电路等组成。其中单片机主要完成两个作用：一是控制采样和通信传输；二是在控制板中对整个系统的电路进行控制和保护，并将上位机传输的数据进行处理和分析。硬件电路设计图如图1所示：

3.1.1 电压采集电路应该分为三个部分：单片机控制部分、数据采集部分、驱动电路部分，这三个部分的电路相互配合使用。对于数据采集部分来说主要能够对3路交流电压的数据进行采集，同时能够测定6路交流电流，对于直流部分可以测定2路电压和电流数据。交流电压采样电路采集的三相电压信号，而交流电流采样电路是对三相电流和补偿电流信号进行采集，2路直流电压和2路直流电流的采样电路桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号，电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。如果在处理过程中逆变器的输出数据发生了变化，使得输出的电压和电网中的电压数值大小是一致的，而且方向也是相同的，阻抗中也没有电流出现，那么在实际使用中采样电路的部分参数都是可以调节的。

3.1.2 电流采集电路需要信号放大电路、二阶滤波电路、单极性转换电路，采集电流的最佳方式使用互感器，互感器是使用了霍尔效应来将采集电流的信息的，系统采用的是SCT254AZ型互感器，这种互感器属于毫安一级的互感器，测定的电流范围在20A以内，输入额定的电流为5A。由于在实际工作中互感器是单独进行工作的，不需要外加其他电路，在使用中只需要将互感器的输出数据接入到系统当中就可以，核心就是互感

线圈。

3.1.3 通信电路选用MAX485作为RS485通讯芯片，采用的是半双工的通讯模式，将单片机的控制信号端接入到MAX485芯片就可以使用，而芯片的A端和B端是接收和发送端，需要增加一个电阻，通信协议采用的是标准Modus协议实现信息的传输。

3.1.4 键盘扫描电路采用10个按键作为人机接口，其中有效的按键一共有6个，主要用来设置上、下、左、右，确定和返回功能，进而实现了人机交互。这6根控制线都需要接入到单片机的数据接口当中，利用查询问答的模式来获取键值信息。

3.2 系统软件设计

软件的设计流程为用户启动电源开关，利用转接电缆将监测设备接入到电力系统当中，用户通过控制键盘来实现人机交互，有按键按下后监测系统开始工作。监测数据并对数据进行处理，一旦用户有新的指令监测系统立即停止目前的工作，并对新的指令进行处理和分析，然后继续进行监听。同时需要把系统采集的数据及时给计算机进行处理，计算机处理以后通过显示屏显示出来，用户根据数据显示进行操作，如果计算机电源断开以后，系统就会停止工作。软件部分主要为数据采集模块和数据处理模块。

3.2.1 数据采集模块。数据采集模块对于采集到的数据先进行缓冲（存储），然后进行分析计算。系统中单片机与A/D器件之间没有采用硬件FIFO，而是用软件的方法在数据区开辟了6个512字节的存储区域来完成对采集数据的缓冲。

3.2.2 数据处理模块。采集后的数据传输给计算机，计算机需要对数据进行处理。软件使用Delphi编写完成，需要利用MSCOMM串口控件来辅助程序的设计。数据接收到以后立即进行处理，由于收到的数据格式是16进制，需要对数据进行处理，并利用modus协议进行解析，解析以后的数据格式为浮点型，然后在软件界面中显示出来。

4 未来电力监测系统发展趋势

未来的电力监测系统将向着智能化的方向发展，由于目前的电力监测系统依然需要工作人员不间断的查看和实时监测，导致工作量的增加。近年来移动通信技术的快速发展，为电力监测系统智能化的发展指明了方向。工作人员可以使用手机查看电力监测系统采集的数据，而系统也能够在出现异常或故障的时候发送短信数据，提醒工作人员关注。

5 结语

随着人们对用电要求的不断增加，电力监测系统将会快速发展。本文在对电力参数系统分析后，提出了基于单片机的电力参数监测系统，能够解决传统系统资源少、运算能力差、实时性弱、软件硬件通信能力不强、系统灵活度低等问题，具有更可靠、实时性更高等

优点。

参考文献

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