煤矿电网高精度实时电能质量监测系统设计应用.pdf
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1、:./.煤矿电网高精度实时电能质量监测系统设计应用卫明学(西山煤电(集团)有限责任公司 电力分公司山西 太原)摘 要:针对煤矿电网电能质量监测系统实时性差、采样精度低的问题提出了基于 微处理器的电能质量监测系统设计方案 首先在三层网络结构的基础上搭建电压、电流采集电路选用高精度、高实时性的、设备采集电压、电流信号并传送至 芯片进行计算、分析以及逻辑处理然后基于数字信号处理芯片搭建电能质量监测系统实现电能质量监测数据的实时显示最后完成试验验证 试验结果表明该系统能够实现电能质量数据的高效、实时、准确监测满足系统设计需求关键词:电能质量监测 微处理器中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.
2、:引 言煤矿电网电能质量在一定程度上决定着煤矿井下用电的安全性 随着煤矿智能化进程的不断推进大量非线性设备以及电力电子器件应用于煤矿井下大型设备中使得因无功功率大、谐波干扰严重引发的煤矿电能损耗、安全事故频发对煤矿井下设备持续正常运行十分不利 因此对煤矿电网电能质量进行高精度、实时监测显得尤为重要 而当前煤矿电网电能质量监测系统存在采集精度低、传输实时性差等问题 为此笔者设计了一种应用于煤矿电网的高精度、高实时性的电能质量监测系统重点对煤矿电网电能质量监测系统的硬件、软件方案进行阐述并完成试验与分析 通过搭建试验平台对电能质量指标进行精度、实时采集并通过监测系统实现电能质量数据的可视化最终验证
3、了该电能质量监测系统满足设计要求 总体设计煤矿电网高精度实时电能质量监测系统总体设计目标是提升煤矿电网电能质量监测系统的实时性和信号检测的准确性以实现煤矿电网电能质量参数的实时准确测量根据设计重点目标煤矿电网高精度、实时电能质量监测系统总体设计如图 所示该系统由感知层、网络层、平台层三层结构组成 感知层可直接采集电能质量监测数据由布置的电压互感器、电流互感器 分别采集电压、电流信号 选用的、需具备高采集精度、强实时性、小体积和隔离功能感知层由数据采集模块、数据处理模块、数据显示模块以及数据传输模块组成 该层可直接采集的数据有三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、电压偏差、频率偏差需控制器计算
4、分析的数据有三相电压不平衡度、功率因数、频率、单相电压最大值及最小值、电压波动及闪变值、暂时过电压、瞬时过电压等 网络层可对采集到的电能质量监测数据进行有线、无线传输 电能质量监测数据经感知层控制器以/或者/通讯模式传输至终端节电力与装备 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用收稿日期:作者简介:卫明学()男山西闻喜人硕士工程师主要从事输电线路运维管理方面的相关工作点然后多个终端节点数据被汇聚至协调节点再由协调节点将数据传输至平台层 平台层可对采集到的电能质量监测数据进行云储存并以客户端访问模式对云服务器进行访问实现数据自由读取图 煤矿电网电能质量监测系统总体设计结构 硬件方案设计.硬件组成
5、煤矿电网电能质量监测系统硬件结构如图 所示它主要由微处理器、模块、无线收发模块、电压信号采集模块、电流信号采集模块等组成()微处理器为 工作频率为 运行速度为内核为 位的 且具有自适应实时加速器有 组 通道的 位/转换器 支持、多种通讯接口满足此系统设计需求()模块采用 作为通讯模块该 模 块 支 持、以 及 四 频 内 嵌/协 议 且 支 持.协议、以及 串行协议体积小且省电在 模式下电流仅为.()无线收发模块采用 此模块为 的 无线通信模块采用 微控制器内核支持 个/引脚 个定时器 个串行通信接口 个红外发生电路适用于.的 收发器()电压信号采集模块采用 为电流型电压互感器可实现高压侧、低
6、压侧信号隔离采样精度高且一致性好 该电流型电压互感器的额定输入电流为 额定输出电流为 变比为 线性度.隔离耐压为 工作温度为()电流信号采集模块采用 额定输入电流为 额定输出电流为.变比为 线性度.隔离耐压为 工作温度为 图 煤矿电网电能质量监测系统硬件结构.电路设计为提升监测系统的采集精度以及实时性需对煤矿电网电能质量监测系统的电压、电流进行电路设计 图 所示为以 相为例的电压信号采集电路高压侧限流电阻 取值为 低压侧采样电阻取值为.设计电压抬升电路使得输入至控制器 接口电压在.之间 为了达到阻抗匹配并具备较大的电流输出能力需设计电压跟随电路该电路由 低通滤波器和 组成经电压信号采集电路后输
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