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ACR230ELH电力ZWS型振网筛质量分析仪的设计和应用

徐希华       圆锥式破碎机中国联合工程公司上海分公司  上海 200011
汤建军  左凌俊   裴善勇    &nXZS系列旋振筛bsp;  上海vwin德赢网官方下载电气股份有限公司  上海 201801

摘    要：本文介绍了ACR230ELH电力质量分析仪的设计原理反击锤式破碎机以及该产品在2010年上海世博会中心场馆配电系统中的实际应用 。
关键字：电力质量分析仪；谐波；世博会皮带运输机；ARM；DSP

　　根据电业智能技術的焕发发展方向  ，变电软件中加大了更多的非线性网络供电量  ，从低压证书小存储量的水取暖器电商到大存储量的工艺互动更换器的宽泛利用  ，吸引了农电线电压、功率正弦波形的变异  ，危机到电业软件安全卫生、动态平衡气流输送仪器、经济性正常运作 。在地方那些首要该项目的的建设中农电效率的探测凸显愈来愈首要  ，是 现在系统详细完整  ，表面积较小的96型ACR230ELH电业效率分析一下仪对电业效率判断、满足谐波会产生的方面有了首要的命令能力 。

1　 应用的链斗式输送机先进技术
　　为了对上述电网谐波危害进行相应的度量、评估和考核  ，上海vwin德赢网官方下载电气股份有限公司研发了基于DSP＋ARM7煤破碎机模块化设计方案的高端电力质量分析产品ACR230ELH 。
　　该产品采用当今世界流行的高档电能标设计方案：DSP+MCU的实现方法  ，将DSP制砂机的高速数字信号处理功能和高档MCU（ARM）完善的管理、通讯、丰富的接口功能相结合 。基本工作原理如下：

图1　刮粪给煤机硬件系统制定关键技术框图

　　互感器将来自电网的电压、电流信号实时送到表内16位高速Sigma-DelTa A密封锤式破碎机D进行6个通道电力信号的同步采样  ，AD转换完成之后把数据传送给DSP进行各种复杂的数值运算  ，通过相应的数学运算  ，DSP完成整表的计算功能  ，具体包括所有电力参数的测量、有功、无功、视在电能的计量等工作；完成之后DSP把相应的计算数据和ARM7进行数据交换  ，ARM7主要完成液晶显示、数据统计存储、外部通讯、菜单键盘操作、DI/DO量的输入控制等工作 。
　　A/D采用的是ADI公司推出的AD73360L芯片  ，内带6个独立通道的16位串行模数转换器  ，采用Sigma-Delta转换原理  ，具有良好的抗混叠性能 。AD73360的数据转换输出接口是同步串口（SPORT口）,DSP采用的是ADSP 219x芯片  ，同样具有相同SPORT接口  ，使用起来非振动筛常的方便  ，免去了IO口模拟带来的一系列烦恼 。
　　ARM7采用的是NXP的LPC2138  ，该芯片功能强大  ，外围端口资vwin德赢网官方下载富  ，内部RAM最大可以达到32K  ，运行速度可达60M  ，带有多通道的32位定时器  ，多路PWMPCL直通冲击式破碎机输出资源  ，多个SCI、SPI、IIC接口；IO口可以承受5V电压输入；内部还带有多种运行功耗模式 。
　　该表软件分为两部分  ，其一是DSP的相关程序流程代码  ，这部分代码按功能上分主要是以下几块：分为AD采样控制、串口数据传输、大量复杂的数值运算（包括傅氏变换）、能量累计、电能质量分析、电能脉冲输出等几个部分；全封闭给煤机其二是ARM7中的相关程序流程  ，主要包括：液晶显示、按键处理、数字通讯、开关量输入输出功能的实现以及部分事件记录功能的实现；在编程语言的选择上  ，DSP部分采用C语言和汇编语言混合编程  ，为了保证系统良好的实时性  ，以汇编语言为主  ，C语言作整个程序框架进程调度  ，既保证了程序的易读性  ，也兼顾了系统良好的实时性 。ARM7的程序是基于uc/OS-II操作系统平台开发的  ，程序简单易读  ，可移植性较好  ，便于产品的后续升级工作 。整个系统的软件大致要完成3个部分的工作：系统的初始化代码、uc/OS-II操作系统移植、应用任务的编写 。　

2石料破碎　 算法描述
　　基于上述的模块化设计理念  ，充分考虑了数字信号处理器的强大的数值计算功能  ，让其完成了所有的计算变换等功能；具体包括电压、电流有效值、有功、无功功率、视在功率、功率因数、有功、无功、视在电能的累计、电能质量指标的计算 。考虑到常规电参量的计算公式比较常见  ，这里就不再赘述了  ，着重把电能质量指标的计算方法描述一下：电能质量方面的计算  ，具体包括：２－３１次谐波分析  ，电压波峰系数  ，电话波形因子  ，电流Ｋ系数  ，三相电压、电流不平衡度  ，电压、电流正序、负序、零序分析  ，电压偏差、频率偏差 。
　　电能质量的相关指标如下：
　　A．谐波（GB/T 14549）
　　电压的２－３１次谐波分析主要是采用DSP的FFT算法来实现  ，得到的基波分量和谐波分量分别为U1,U2…Uh;各次谐波含有率的计算公式如下：

　　直流电的２－３１次谐波研究与相关似；

图2　农电谐波波形图及谐波棒图

　　B．不平衡度（GB/T 15543）
　　电压不平衡包括每相信号的幅度和三相之间的角度不平衡  ，具体计算参照下述公式：   

　　交流电值不动平衡机的运算具体方法和交流电值同一 。   图3　相电压不静态平衡波形参数　

　　C．频率偏差（GB/T 15945）
　　频率偏差即系统频率的实际值和标称值之差 。电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz 。当系统容量较小时  ，偏差值可以放宽到±0.5Hz 。用户冲击负荷引起的系统频率变动不得超过±0.2Hz  ，根据冲击负荷性质和大小以及系统的条件也可适当变动限值  ，但应保证近区电力网、发电机组和用户的安全  ，稳定运行以及正常供电 。
　　D. 电压偏差（GB/T 12325）
　　35KV及以上供电电压正  ，负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10％ 。
　　10KV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7％ 。220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7％  ，-10％ 。

 图4　电压电流变动

　　此外在电力系统实际运行过程中  ，还有一些参数会间接的反映出电网波形的实际情形  ，比如电压波峰系数、电压电话波形因子和电流K系数（前面两个主要是衡量电压波形畸变带来的影响、第三个主要是衡量电流波形畸变带来的变化） 。
　　电压波峰系数的计算如下：

　　座机号波型因素： 

　　直流电Ｋ比率： 　　　　

3　 实现功能及性能
　　ACR230ELH实现了以下功能：
　　1）高精度测量常规的三相交流电量  ，如三相相电压、线电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数等；
　　2）专业的四象限电能（包括吸收有功电能、释放有功电能、感性无功电能、容性无功电能）高精度计量；可分8个时段三种费率计量本月、上月、上上月以及总的有功电能；
　　3）全面的测量电压电流2－31次谐波分量及THD、电流K系数、电压波峰系数、电话波形因子及三相电压电流不平衡度等  ，用户可以方便的对供电电网质量进行分析；
　　4）具有4路开关量输入、2路开关量输出、一路485接口Modbus协议的通讯接口  ，充分满足电力自动化遥控遥测需求 。
　　该产品已经通过CE论证并成功出口到英国和西班牙  ，详细效果见下图 。

　　 图5　产品出口OEM仪表盘外装

4　 应用案例
　　世博中心是上海世博会园区内首座永久性场馆  ，位于卢浦大桥东侧世博园区B区滨江绿地内  ，东西长约350米  ，南北宽约140米  ，总建筑面积约14万平方米  ，现已建成并投入试运营 。世博中心作为世博永久性场馆中最重要的场馆之一  ，在世博会期间  ，将承担世博会运营指挥中心、vwin德赢网官方下载会议中心、新闻中心、论坛活动中心等功能 。
 

图6　世博机构体育中心表面图 　　天津vwin德赢网官方下载机械持股是有限的有限公司的ACR230ELH在该类目中一跃包揽了服务重心文化场所五类变供电操作软件装置软件专用设施主仪器所的因此供电数显压力表示多功能仪表 。以世博服务重心半地下五类变供电操作软件装置软件专用设施主仪器所中的1#所实例：他是一名0.4kV高压供电操作软件装置软件专用设施主仪器站整体  ，由俩受电柜、俩应急救援进线柜、7个母联柜、4个补偿金柜  ，15五类馈出柜形成 。馈出柜额定负载真实的可可分：展销会厅用水、光照用水、热水器高压离心风机用水、冲力用水和消防栓用水 。供电操作软件装置软件专用设施主仪器整体中按照了LED等节省泛光灯、大马力变频式中热水器、展销会厅用水等过多非波形用水专用设施主仪器  ，似乎会影响了真实的功能损耗  ，以控制节省的要求  ，但这样的专用设施主仪器都有供电整体谐波的注意渠道；这样的专用设施主仪器即是提供了患者抱负的正弦交流电波线电压降  ，拿取的感应交流电也是以波形的  ，就有谐波感应交流电存在的 。这样的专用设施主仪器有的谐波感应交流瞬时电流入供电整体中  ，使整体各部位线电压降有谐波权重 。这样的专用设施主仪器一个储存量不多  ，但工资基数巨大且打击于各部位  ，供电行政部门又难易制理 。若果这样的专用设施主仪器的感应交流电谐波含超负荷  ，则会对世博服务重心文化场所供电整体可能会导致严重的会影响 。

图7

　　ACR230ELH多功能电力仪表在现场使用之后  ，用户除了可以通过该表了解所有常规电参数之外  ，可以了解世博中心场馆现场各种电力设备投运前、后相关系统的电力质量水平及其变化对有关设备的影响  ，方便电力质量故障诊断和异常的原因测量  ，为大型公建的稳定运行提供实时数据 。
　　在该项目中主要用到了该产品的以下功能   ，常规电参数测量、复费率电能计量、电力质量分析、分断开关的分合状态指示以及485通讯组网 。现场系统网络结构(如图8)：现场设备层——网络通讯层——站控管理层 。也即是：先将现场智能设备接入就地的Modbus总线  ，再将Modbus总线通过串口设备联网服务器转换成TCP/IP以太网与监控主机进行数据交换  ，最终由方便管理人员通过监测系统软件了解及掌握现场状况  ，并进行实时监测 。

图8　软件系统网络信息拓扑结构设计结构设计

　　1）现场设备层采集所需实时监测的电参量：
　　现场设备层是数据采集终端  ，主要是由智能仪表组成(此项目中主要为ACR230ELH电力质量分析仪)  ，向数据中心上传存储的参数 。世博中心场管项目中  ，例如主进线回路的三相电流、三相电压、有功/无功功率、功率因数及频率；电容补偿回路的功率因数、有功、无功功率；联络回路的三相电压、电流；普通低压出线回路的三相电流、功率；重要低压出线回路的三相电流、有功、无功功率、电压和电流的2－31次谐波、谐波畸变率（THDi、THDu）等电参量；
　　2）网络通讯层实现数据传输：
　　在现场设备(如ACR230ELH)中采集到的电参量  ，通过以太网实现系统信息的交换和共享  ，并将数据提供给总变监控系统 。同时  ，转达上位机对现场设备的各种控制命令 。
　　3）站控管理层以最直观方便的形式反映现场各个运行状态：
　　站控管理层针对监测系统的管理人员  ，是人机交互的直接窗口  ，也是系统的最上层部门 。监测系统软件具有良好的人机交互界面  ，对采集的现场各类数据信息计算、分析与处理  ，以报表及图文方式直观地体现各种电参量信息及系统运行以来的具有参考价值的历史数据  ，如谐波数据、棒图及曲线  ，电力能耗的日、月、年报表  ，日志报表等等  。

5　 结束语
　　上海vwin德赢网官方下载电气股份有限公司的ACR230ELH可以实时监测馈出负荷的负载特性  ，监测电力质量参数  ，对谐波等参数进行实时分析  ，便于上位机系统实时监控电力系统运行状况、谐波污染程度  ，给世博运行维护工程师提供可靠真实数据  ，以便他们及时采取合理的应对措施  ，为实现绿色vwin德赢网官方下载世博保驾护航 。

　　稿件渠道于：《机电新技术》20十五年2期 。

参考文献
[1] 《电力电测数字仪表原理与应用指南》  ，任致程  ，周中  ，中国电力出版社
[2] 《电能质量国家标准应用指南》  ，中国标准出版社
[3] 《数字信号处理原理及其MatLab实现》  ，电子工业出版社
[4] 《工业与民用配电设计手册》  ，任元会   ，中国电力出版社

作者信息：
1.徐希华（1981 -）  ，男  ，江苏如东人  ，电气工程师  ，主攻工业及民用建筑供配电系统设计；
2.汤建军（1971 -）  ，男  ，江苏江阴人  ，高级工程师  ，研究方向为电力自动化仪表；
3.左凌俊（1974 -）  ，男  ，上海市人  ，嵌入式软件研发工程师  ，研究方向为电力自动化仪表；
4.裴善勇（1987 -）  ，男  ，浙江天台人  ，嵌入式软件研发工程师  ，研究方向为电力自动化仪表  ，