电网数据采集系统的研究与设计
赵琳娜
（内蒙古民族大学，内蒙古通辽028000)
摘要：也网数据的实时采集监测对提高电能质量有着非常重要的意义，本文针对也网主要数据参数--电压、频率及功率因数提出了实时监测的硬件系统设计，并给出了软件流程围，在较小投入的基础上，获得了较好的采集结果.
关键词：电网数据：采集：实时
文献标识码：A
中图分类号：TM769
文章编号：1007-9416(2017)09-0105-02
在我国正常运行的电网频率一般为50Hz，规定上下波动不得超过士0.5Hz 在实际运行中，有很多因素会引起电网频率的波动，例 如电网的实时频率会受用电负荷与发电量的影响.当电网负荷下降，而电网来不及调整发电量时，电网的频率将上升，反之，当电网负荷上升时，电网频率会下降频率波动会影响电力系统内部的运 行情况，使发电机组和发电厂的负荷发生变化，进而影响用电企业的动力系统运行及用户的用电设备，实时采集电网的频率，对波动较大的频率及时采取技术措施，可以较好地保证电力系统的安全稳 定运行，为用户提供优质电能.
电力工业是国民经济发展中最重要的基础能源产业，随着我国经济的发展对能源的需求不断扩大，人们对电能质量以及电能的可 靠性要求越来越高.当电网参数（电压、频率等）不稳定时，会给用电工业企业造成生产损害，影响用电设备的使用寿命，因此实时采集检测电网运行参数对保障国民生产、生活安全用电有着非常重要的 意义，本文通过构建电网数据采集的软硬件系统，实现对三相电压、电流及功率的采集计算及处理，在较小投入的基础上，给出良好的采集结果.
1测量参数分析
电网频率的采集也对电网中其他参数的采集有着重要影响，在电网参数采集过程中，为提高电网实时电压，电流值采样的精确，一 般需要采集电网电压及电流的交流量值，交流电有周期性，在采集中确定准确的采集时间周期对电压、电流的准确采集是最为重要的 工作，而交流电的周期值即为交流电的频率倒数，因此本采集系统在构建时首先设计电网的实时频率的采集电路系统.
在电力系统中，电压、频率及功率因数是反映电力系统交流电路电能质量的三个重要参数，本系统选择上述电网参数做为实时在线采集对象.
1.1电网频率的采集计算
和相位比较器电路来实现，具体电路设计如图1所示. 本实时频率的采集电路系统主要通过设置电压过零检测装置
图1中U及1分别表示同相电压、同相电流，这两项经变比后的原始线性输入值由比较器的反向竭输人，经稳压管和非门后，转换 为高低电平表示的数字信号UI及检测信号U，将这三个数字信号送入计算机，图2为上述电压过零检测装置和相位比较器电路的输示电压信号过零点，以此做为交流电周期起始点，此时由计算机启 人.输出电压、电流波形，如图2所示当三信号的输人值为100B时，表动定时接口芯片8254由初值0000H起始做减一计数工作.当计算机接收到来自过零检测电路和相位比较电路转换的数字信号U1.U.
图2交流电压、电流波形示意图
为010B，如图2所示恰好为电压值由高电平到低电平的跳变点，对应了交流电压半个周期的变化，此时停止8254减一计数，并读取8254计数的当前值，由8254的计数定时原理可得 出从交流电压周期起始到半周期电压跳变节点的定时时间，该时间计算为
(式11)
其中N为8254被读出的计数当前值，CLK为8254的原始时钟频率输人（为已知值）.
上述计算的时间即为当前动态电网参数的交流电半周期，由该半周期可求得此时交流电网的全周期，进面可求得这一时刻电网的实时频率值.
1.2电网电压的采集计算
电网的电压及电流由于是高压值，在进人数据采集系
图1交流电周期检测电路示意图
图4电网参数采集系统主程序流程图
统前需经多级电压互感器及电流互感器进行变比，将大电压及大电 流值变比为5V的交流电压值及0.5A交流电流值，为较好地反映实际交流电压，电流的波形，在一个交流电周期内应进行多次采样，即在一个交流电全周期中进行24-64次不等的采样.考虑到实现采样 的两个主要硬件设备采样保持器和A/D转换器的工作速度，本系统对采样次数选择为64次.由于交流电的实时全周期值可由上述式1-1计算获得，因此可得到交流电压、电流的采样时间为：
t[2*(65536N)1/CLK]/64
流电压，电流的采样时间.在上述的采样时间里，采集系统首先通过 即在上述所求的一个实时交流电周期进行64等分做为实时交一组多路开关对输人的交流电压、电流进行采集选释.在本系统中选择CD4051做为多路选择器，通过计算机控制CD4051的A B C三 选择竭，使CD4051八个输入通道的交流电压、电流中的某一路进人下一级电路-采样保持器部件.在采集系统中使用多路选释器可以使构建的数据采集系统分时采集多路不同的模拟交流电压、电流 信号，扩大了电网数据采集系统的适用范围.
多路开关选中通路的交流电压、电流值送人采样保持器后，采样保持器将按采样时间点的控制要求对电压、电流信号进行采样或 保持，当采样时间点到来时，采样保持器对实时电压、电流信号进行采样，并将采样到的电压、电流信号送人下一级的A/D转换器，使行数字转换的过程中，采样保持器对刚采集到的电压、电流信号进 A/D转换器开始转换工作，在A/D转换器对模拟电压、电流信号进行保持，暂时不再对输入的电压，电流信号进行采样.为得到及时准确的实时采集数据信号，A/D转换器采用中断方式与主机通信，当 A/D转换器将输人的模拟电压电流信号转换为数字信号时即本次
万方数据
图3电压、电流的数据采集硬件电路结构示意图
转换结束时，A/D转换器通过STB引脚向主机发出中断请求，同时STB引脚控制采样保持器解除保持状态，为下一个交流电压、电流信号的采样做准备.当主机接收到中断信号后，执行中断服务程序，对 已转换好的数字电压和电流信号进行输人存储和进一步计算处理.电压、电流的数据采集硬件电路结构示意图如图3所示.
1.3功率因数的采集及计算
在电网中另一重要的采集参数为功率因数，电网的功率因数为电网上同相电压与电流的相位差的余弦值，相位差可通过公式计算如下:
其中T为相电压和相电流的时差，T为交流电周期，T交流电这部分主要研究T的计算方法.在上述采集计算电网频率的过程 周期由上述采集时间式1-1的计算获得，在此为已知量值，在文章的中，利用图1的电路结构获得了图2的电压电流波形.从图2中可知交流电压与电流的相位差即为U_1.U由100B到111B的时间段.同理 于交流电周期的计算方法，在U1、U=100时启动8254定时器计数，到U1.U=11时停止计数，并读取停止计数时8254的当前值N. 可计算T如下：
TΦ =(65536N )1/CLK
值可求. 至此通过式1-1和式1-4，可求得T及T，则由=T中/T360，
电网的功率因数为电压和电流之间相位差中的余弦值，由麦克劳林级数展开式求得：
在系统中可通过编制功率因数计算子程序完成麦克劳林公式中功率因数的计算和存储.
2采集系统的软件设计
电网参数采集系统软件系统主要包括主程序及五个子程序，五个子程序分别是电压、电流采集子程序、周期测定子程序、相位差测定子程序、电压及电流计算子程序，功率因数计算子程序，其中主程 序流程如图4所示.
3结语
电力供应做为国家、社会最重要的社会资源，其供给的质量越来越受到关注，国家电力监管委员会在2011年监察中发现存在供电质量 问题的企业多达133家，其中很多家存在着基础数量错误，电压监测点数不足，设置不合理等问题.在本文中通过采用投资成本较小的微型计算机通过构建简单的外围电路，较好地实现了对电网主要参数的 实时动态监测，为供电企业提供了一个比较经济实用的数据采集方式，适于对机网容量比大于8%的小网或孤网的电网参数采集使用.
参考文献
[1]来永强，等.电能质量监测技术综述[J].电气时代 2007:(05):66. [2]柳春生，等.实用供配电技术问答[M].北京：机械工业出版社 2006.
(f-1)
(式14)
(式15)
...下转第109页
精度，延迟滤波算法的误差距离为44.06m，误差角度为0.04，实时处理算法的误差距离为123.56m，误差角度为0.12.
标由（203m，44"）位置进人测定范围，由224航行角度直飞89km，而所提出的这一种数据处理软件具备有较高的精度性与稳定性，其可后加速至9G后左转180°，最终以224"航向角度靠近雷达站，经分析表通过融合滤波与实时性数据预测处理的方法来实现，能够确保在达
接近，从整体上而言，实时处理算法的精确性在机动出现后不如滤波参考文献
[1]张军峰，蒋海行，武晓光，等.基于BADA及航空暑意图的四维航迹预 测[J].西南交通大学学报，2014 （3):553-558.[2]陈江波，朱荟荟，李轮，等.多传感器数据融合与航运预测[].测绘
3结语
总之，要确保常规的警戒雷达系统能够具备制导跟踪能力，在本科学，2013（4)：12-1421.促使警戒雷达能够具备制导雷达的功能作用精准打击目标单位，本文[3].航空计算技术 2013.（6):59-62.
次研究中就提出了通过数据处理软件来实现与武器系统铰链，从面[3]武晓光，张军峰，蒋海行，等GRIB数据及其在航连预测中的应用
Application of Track Prediction Technology in Data Processing of Guidance Radar
Zhang Hongshui
(The Chinese People's Liberation Army 92785 Troops Qinhuangdao Hebei 066000)
Abstract:in this paper a track prediction technique is used to realize the data processing of the guidance adar which can realize the accurategidne ad d pin mve e t tack data udte feqy andeftivly tack thetime cdiate pitifthe ag. ppo ap po ad aos p p os s d po d a pjo u
Key Wordscguided radar ;track prediction;data processing
..上接第107页
模拟数字通信系统的信道，实现了对自同步时钟的数字通信系统传输性能分析仪的研究设计.整个系统中最为关键的部分是使用数字能，在通信系统有举足轻重的地位. 锁相环提取位同步时钟.这部分的性能决定了整个通信系统传输性
越纸，滤除信号的高次谐波越多，波形正弦化越严重.
10bxs，使用接收端的位同步时钟信号，可以很明显的看出眼图中上 通过对不同截止频率下眼图的比较，选择发送端的码元速率为大，所以，想让系统的传输性能达到最佳，应该减少噪声的干扰.
下阴影面积增大，同时通过现察眼图还可以看出，当通过不同截止频参考文献
船电子工程 2011 31(2): 7376. [3]Leon W.Couch. Digital and Analog Communication Systems:Seventh Edition[M].JUpper Saddle River:Prent:ice Ha11 2006.aT 2006
率的低通滤波器时，眼图的张开度是不同的，截止频率越高斜率越[1]奖昌信.通信原理教程：第三版[M].北京：电子工业出版社，2012. [2]张会，刘伯标.基于限图分析的数字通信干扰效果方法研究[D]舰
4结语
本研究主要运用FPGA最小系统为控制核心，使用低通滤波器
The Study of SelfSynchronizing Clock Communication System based on Transmission Performance Analyzer
Cai Yun Zhou Heng
(School of Electronic and Electrical Engineering Anhui Sanlian Univerisity Hefei Anhui 230601)
Abstract:Commumication system transmision perfommance analyzer plays an important role in engineering constnuction and routine mintenanceextraction of a synchonous clock signal circuit and the control stem fnally on the osilocope obervation by eye dugram. of munication system. As the research object based on the munication system performance analyzer with FPGA as the core studied the
Key Words:FPGA ;eye ;bit synchronous
....上接第106页
The Research and Design of Power Grid Data Acquisition System
Zhao Linna
(Inner Mongolia University for Nationalities TongLiao Inner Mongolia 028043)
Abstract:eltime dta acquisitn and miting of grid datais great irant to imrve th power quality. In this paper we put fwdrealtime monitoring of the hardware system design bsed on grid data parametes and give software flow chart. In smalle investment get ± good rsult. Key Words:Power grid data ;Acquisition;Realtime
