《电力电子技术 Power Electronics》：电能质量指标及其算法的研究

中国科技论文在线 http: //www. paper. edu. cn 第41卷第1期 电力电子技术 Vol41,No.1 2007年1月 Pow er E lec tron ics January,2007 电能质量指标及其算法的研究 于庆广，付之宝2 (1.清华大学，北京100084：2.中国矿业大学，北京100083) 摘要：论述了国家标准规定的电力系统电能质量的各项技术指标，归纳了电能质量常用的算法，探讨了监测电 能质量的必要性。设计并实现了电能质量在线监测装置，对电能质量的各项指标进行了监测。所设计的系统采用工 业级的微控制器ARM9构成，同步采样速度为每周波128点，采用快速傅立叶算法(FFT)计算出63次以下各次谐波 的含量，并对各项电能质量技术指标进行实时在线计算，系统还具有以太网接口，便于实现网络监测系统。最后，对 所研制的电能质量监测系统进行了测试，并给出测试波形。 关键词：电能；质量；监测；算法 中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1000-100X(2007)01-0010-03 R esearch on Pow er Q uality Specification and A rithm etic YU Q ing-guang, FU Zhibao2 (1.Tsinghua University, Beijing 100084, China: 2.China University of M in ing & Technokogy, Beijing 100083, China) Abstract: In this paper power quality of power grid is discussed refer to national standard, power quality specification and usual arithm etic are put forward.A real time on-line power quality m onitoring system was designed, which based on industrial level controller ARM 9.According to the designed system,128 synchronous sam ples was fulfilled per 20m s, FFT m ethod was adopted to calculate the ham onic rate within 63th ham onic and the power quality specification. Interface of TCP/IP was also designed to make a web m onitoring system of power quality.The testing results of the designed system show that the power quality on-line m onitoring system has high perform ance. K eyw ords: power: quality: m onitot: arithm etic 1引言 ⑧自然灾害如雷电可能对电网造成瞬态过电压；⑨ 电能质量可以定义为：导致用电设备故障或不 电力工作人员的误操作可能对电网造成操作过电压 能正常工作的电压、电流或频率偏差，其内容涉及频 或电压短路；等等。 率偏差、电压偏差、电磁暂态、供电可靠性、波形失 电能质量监测是发现电能质量扰动的重要环 真、谐波、三相不平衡以及电压波动和闪变等。自 节，目前国内外厂家和科研机构研发了一系列电能 上世纪80年代以来，随着新型电力负荷的出现，电 质量监测仪器，其数据采集由集中式发展为分布式， 采集器多为模块化结构，适应电源设备种类多、布局 能质量问题因直接关系到国民经济的总体效益，逐 分散的实际需要。数据采集系统可同时测量电网中 渐引起电力公司、科研机构和电力用户的普遍重视。 所有的电能质量参数，运用工程数学理论，结合现代 电能质量问题所产生的负面影响有：①发电厂发电 电子和通信技术，提高程序代码的执行效率和运算 机因系统频率降低导致传动机械效率降低，汽轮机 速度，对电能质量进行稳态和暂态分析。 叶片的振动变大，加速了设备损坏；②异步电动机因 本文研制了基于工业级控制器ARM9的电能 频率和电压降低导致无功功率增加，转矩和转速变 质量实时在线监测装置，可监测电能质量的所有参 小；③电压降低导致输变电损耗加大，电压升高导致 数指标，介绍了系统的设计和实现过程。 电气设备绝缘水平降低，使发电机、变压器等电气设 2电能质量指标及其算法 备激磁电流变大，并产生有害谐波电流；④电压波动 依据电能质量国标，根据采样数据，再计算电能 对照明设备、显示设备产生不利影响；⑤负序电流降 质量的各项指标，如电压偏差、谐波、三相电压不平 低了电动机使用效率：⑥继电保护和自动装置因电 衡度、频率偏差、电压波动与闪变、暂时过电压和瞬 网谐波而产生误动作，仪表指示不准，通信受干扰； 态过电压等。 ⑦银行、商场的微机系统因噪声影响不能正常工作； (1)电压偏差电力系统正常运行的电压偏移， 定稿日期：2006-05-19 称为电压偏差，以实测电压与标称系统电压之差 作者简介：于庆广(1966-)，男，辽宁凤城人，博士，副教授， AU或其百分值AU%来表示： 研究方向为电力电子及电力传动。 AU%=(U-U00% (1) 10 转载

第 41 卷第 1 期 2007 年 1 月 电力电子技术 Power Electronics Vol.41, No.1 January, 2007 定稿日期: 2006- 05- 19 作者简介:于庆广（1966- ）, 男, 辽宁凤城人, 博士, 副教授, 研究方向为电力电子及电力传动。 1 引 言 电能质量可以定义为：导致用电设备故障或不 能正常工作的电压、电流或频率偏差，其内容涉及频 率偏差、电压偏差、电磁暂态、供电可靠性、波形失 真、谐波、三相不平衡以及电压波动和闪变等[1]。自 上世纪 80 年代以来，随着新型电力负荷的出现，电 能质量问题因直接关系到国民经济的总体效益，逐 渐引起电力公司、科研机构和电力用户的普遍重视。 电能质量问题所产生的负面影响有：①发电厂发电 机因系统频率降低导致传动机械效率降低，汽轮机 叶片的振动变大，加速了设备损坏；②异步电动机因 频率和电压降低导致无功功率增加，转矩和转速变 小；③电压降低导致输变电损耗加大，电压升高导致 电气设备绝缘水平降低，使发电机、变压器等电气设 备激磁电流变大，并产生有害谐波电流；④电压波动 对照明设备、显示设备产生不利影响；⑤负序电流降 低了电动机使用效率；⑥继电保护和自动装置因电 网谐波而产生误动作，仪表指示不准，通信受干扰； ⑦银行、商场的微机系统因噪声影响不能正常工作； ⑧自然灾害如雷电可能对电网造成瞬态过电压；⑨ 电力工作人员的误操作可能对电网造成操作过电压 或电压短路；等等。 电能质量监测是发现电能质量扰动的重要环 节，目前国内外厂家和科研机构研发了一系列电能 质量监测仪器，其数据采集由集中式发展为分布式， 采集器多为模块化结构，适应电源设备种类多、布局 分散的实际需要。数据采集系统可同时测量电网中 所有的电能质量参数，运用工程数学理论，结合现代 电子和通信技术，提高程序代码的执行效率和运算 速度，对电能质量进行稳态和暂态分析。 本文研制了基于工业级控制器 ARM9 的电能 质量实时在线监测装置，可监测电能质量的所有参 数指标，介绍了系统的设计和实现过程。 2 电能质量指标及其算法 依据电能质量国标，根据采样数据，再计算电能 质量的各项指标，如电压偏差、谐波、三相电压不平 衡度、频率偏差、电压波动与闪变、暂时过电压和瞬 态过电压等。 ( 1) 电压偏差 电力系统正常运行的电压偏移， 称为电压偏差，以实测电压与标称系统电压之差 *U 或其百分值 *U%来表示： *U%=（U- Ue）/Ue×100% （1） 电能质量指标及其算法的研究 于庆广 1 , 付之宝 2 （1.清华大学，北京 100084；2.中国矿业大学，北京 100083） 摘要: 论述了国家标准规定的电力系统电能质量的各项技术指标，归纳了电能质量常用的算法，探讨了监测电 能质量的必要性。设计并实现了电能质量在线监测装置，对电能质量的各项指标进行了监测。所设计的系统采用工 业级的微控制器 ARM9 构成，同步采样速度为每周波 128 点，采用快速傅立叶算法（FFT）计算出 63 次以下各次谐波 的含量，并对各项电能质量技术指标进行实时在线计算，系统还具有以太网接口，便于实现网络监测系统。最后，对 所研制的电能质量监测系统进行了测试，并给出测试波形。 关键词: 电能；质量；监测；算法 中图分类号: TM46 文献标识码: A 文章编号: 1000- 100X（2007）01- 0010- 03 Research on Power Quality Specification and Arithmetic YU Qing-guang1 ，FU Zhi-bao2 （1.Tsinghua University，Beijing 100084，China； 2.China University of Mining & Technology，Beijing 100083，China） Abstract: In this paper，power quality of power grid is discussed refer to national standard，power quality specification and usual arithmetic are put forward.A real time on-line power quality monitoring system was designed，which based on industrial level controller ARM9.According to the designed system，128 synchronous samples was fulfilled per 20ms，FFT method was adopted to calculate the harmonic rate within 63th harmonic and the power quality specification. Interface of TCP/IP was also designed to make a web monitoring system of power quality.The testing results of the designed system show that the power quality on-line monitoring system has high performance. Keywords: power；quality；monitot；arithmetic 10 转载 中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 电能质量指标及其算法的研究 式中U一一检测点电压实测值U。一一检测点标称系统电压 或其差值△f与标么值之比的百分数△%表示： 国标规定，220V单相供电电压允许偏差为标称 △%=[(F￡)/E]100% (7) 系统电压的+7%~-10%：对供电电压允许偏差有特 式中f一频率实际值，单位Hz 殊要求的用户，由供用电双方协议确定。 —供电网频率标么值，单位Hz (2)谐波分析向公用电网注入谐波电流或在 通过测量周期的方法实现电网频率的测量计 公用电网中产生谐波电压的电气设备，称为谐波源。 算，当输入信号谐波成分较多时，测量数据误差较 谐波源使得实际的电压波形偏离正弦波，这种现象 大。国家标准规定，电力系统正常频率偏差允许值 称为电压正弦波形畸变，通常以谐波来表征。利用 为0.2Hz,当系统容量较小时，可以放宽到日.5Hz。 F℉T算法将采样信号中各次谐波分量从频域中分离 (5)电压波动电压方均根值一系列的变动或 出来，求出信号各次谐波的幅值和相角，然后用相应 连续的改变，称为电压波动。电压波动程度以电压 的公式求出谐波电压含量U、谐波电流含量、各 在急剧变化过程中，相继出现的电压最大值与最小 次谐波电压含有率HRU,(h为谐波次数)、各次谐波 值之差或其百分数来表示： 电流含有率HR、电压总谐波畸变率THD,、电流总 △U=[(U.m-U.b)0x]V200% (8) 谐波畸变率THD: 式中△U,一电压波动值U。m—电压方均根值极大值 HRU=U100%,HRI=100% (2) U。一电压方均根值极小值 U U—检测点标称系统电压 (3) (6)电压闪变灯光照度不稳定造成的视感，分 k=2 短时间闪变和长时间闪变，短时间闪变值是衡量短 U且100%， THD=100% (4) 时间（若干分钟）内闪变强弱的一个统计量值，长时 间闪变值是由短时间闪变值推算出、反映长时间（若 式中U一第k次谐波电压方均根值 干小时)闪变强弱的量值，闪变是在电力系统正常运 U一基波电压方均根值 一第k次谐波电流方均根值 行方式下，波动负荷变化最大工作周期的实测值。闪 1一基波电流方均根值 变是电压短时间超出规定范围的摆动或扰动，属于 以上计算算法不能测量具有供电系统基波频率 无功冲击问题，与负荷的启动特性有关，但网络的运 非整数倍频率的正弦电压和电流，即间谐波。也不 行方式，参数及无功补偿类型对该问题也有相当影 能分析非周期变化的短时间谐波。 响。它产生于大电机和重负荷启动切断过程，在极端 为了区别暂态现象和谐波，对负荷变化快的谐 情况下可使设备断电或设备损坏，如对照明系统有 波，每次测量结果可为3s内所测值的平均值。 感的闪烁现象。短时间闪变值和长时间闪变值每次 (3)三相电压不平衡不平衡度表示电力系统 测量周期分别是10分钟和2小时。 中三相不平衡的程度，用电压或电流负序分量与正 (7)暂时过电压和瞬态过电压暂时过电压即 序分量的方均根值百分比表示，电压或电流不平衡 为持续时间较长的不衰减或衰减的振荡过电压，分 度分别用sm或s1表示。 为工频过电压和谐振过电压。前者一般由线路空载 在有零序分量的三相系统中，应用对称分量法 接地故障和甩负荷引起：后者持续时间较长，且波形 分别求出正序分量和负序分量，便可求出不平衡度： 有周期性。瞬态过电压持续时间为数毫秒或更短，通 8=U20:M00%,8F马1X00% (5) 常带有强阻尼的振荡或非振荡的一种过电压，它可 式中U,一电压、电流的正序分量的方均根值 以叠加在暂时过电压上，分为操作（缓波前）过电压 U2,一电压、电流的负序分量的方均根值 和雷电（快波前）过电压。操作过电压通常为单极性， 在没有零序分量的三相系统中，已知三相量a, 其峰值时间在20μs5ms之间，半峰值时间小于 b,c,用下式求不平衡度： 20ms:雷击过电压亦为单极性，其波前时间在0.1 -V/3-6L 20μs之间，半峰值时间小于300μs。可采用基于 X00% (6) 1+V3-6L M eyer小波的电能质量监测算法来分析计算暂态电 式中L=(a4b+c4)(a2+b2+c22 能质量问题，完成电能质量指标的监测。 (4)频率偏差系统频率的实际值与标么值之 (8)电压跌落电压突降超过10%Uw,则称为 差，称之为频率偏差，常以频率实际值与标幺值之差 电压跌落，它通常是由用户设备或公用电网故障引 11

式中 U——检测点电压实测值 Ue——检测点标称系统电压 国标规定，220V 单相供电电压允许偏差为标称 系统电压的+7﹪~- 10﹪；对供电电压允许偏差有特 殊要求的用户，由供用电双方协议确定。 ( 2) 谐波分析 向公用电网注入谐波电流或在 公用电网中产生谐波电压的电气设备，称为谐波源。 谐波源使得实际的电压波形偏离正弦波，这种现象 称为电压正弦波形畸变，通常以谐波来表征。利用 FFT 算法将采样信号中各次谐波分量从频域中分离 出来，求出信号各次谐波的幅值和相角，然后用相应 的公式求出谐波电压含量 UH、谐波电流含量 IH、各 次谐波电压含有率 HRU（h h 为谐波次数）、各次谐波 电流含有率 HRIh、电压总谐波畸变率 THDu、电流总 谐波畸变率 THDi ： HRUh= Uh U1 100%， HRIh= Ih I1 100% （2） UH= ∞ k=2 !Uk 2 " ， IH= ∞ k=2 !ik 2 " （3） THDu= UH U1 100%， THDi=IH I1 100% （4） 式中 Uk——第 k 次谐波电压方均根值 U1——基波电压方均根值 Ik——第 k 次谐波电流方均根值 I1——基波电流方均根值 以上计算算法不能测量具有供电系统基波频率 非整数倍频率的正弦电压和电流，即间谐波。也不 能分析非周期变化的短时间谐波。 为了区别暂态现象和谐波，对负荷变化快的谐 波，每次测量结果可为 3s 内所测值的平均值。 ( 3) 三相电压不平衡 不平衡度表示电力系统 中三相不平衡的程度，用电压或电流负序分量与正 序分量的方均根值百分比表示，电压或电流不平衡 度分别用 !U 或 !I 表示。 在有零序分量的三相系统中，应用对称分量法 分别求出正序分量和负序分量，便可求出不平衡度： !U=U2 /U1×100%， !I=I2 /I1×100% （5） 式中 U1，I1——电压、电流的正序分量的方均根值 U2，I2——电压、电流的负序分量的方均根值 在没有零序分量的三相系统中，已知三相量 a， b，c，用下式求不平衡度： !U= 1- "3- 6L " 1+"3- 6L ×100% （6） 式中 L=（a4 +b4 +c4 ）（/ a2 +b2 +c2 ）2 ( 4) 频率偏差 系统频率的实际值与标幺值之 差，称之为频率偏差，常以频率实际值与标幺值之差 或其差值 !f 与标幺值之比的百分数 !f%表示： !f%=［（f- fe）/fe］100% （7） 式中 f——频率实际值，单位 Hz fe——供电网频率标幺值，单位 Hz 通过测量周期的方法实现电网频率的测量计 算，当输入信号谐波成分较多时，测量数据误差较 大。国家标准规定，电力系统正常频率偏差允许值 为±0.2Hz，当系统容量较小时，可以放宽到±0.5Hz。 ( 5) 电压波动 电压方均根值一系列的变动或 连续的改变，称为电压波动。电压波动程度以电压 在急剧变化过程中，相继出现的电压最大值与最小 值之差或其百分数来表示： !U1=［（Umax- Umin）/UN］" 2 ×100% （8） 式中 !U1——电压波动值 Umax——电压方均根值极大值 Umin——电压方均根值极小值 UN——检测点标称系统电压 ( 6) 电压闪变 灯光照度不稳定造成的视感，分 短时间闪变和长时间闪变，短时间闪变值是衡量短 时间（若干分钟）内闪变强弱的一个统计量值，长时 间闪变值是由短时间闪变值推算出、反映长时间（若 干小时）闪变强弱的量值，闪变是在电力系统正常运 行方式下，波动负荷变化最大工作周期的实测值。闪 变是电压短时间超出规定范围的摆动或扰动，属于 无功冲击问题，与负荷的启动特性有关，但网络的运 行方式，参数及无功补偿类型对该问题也有相当影 响。它产生于大电机和重负荷启动切断过程，在极端 情况下可使设备断电或设备损坏，如对照明系统有 感的闪烁现象。短时间闪变值和长时间闪变值每次 测量周期分别是 10 分钟和 2 小时。 ( 7) 暂时过电压和瞬态过电压 暂时过电压即 为持续时间较长的不衰减或衰减的振荡过电压，分 为工频过电压和谐振过电压。前者一般由线路空载、 接地故障和甩负荷引起；后者持续时间较长，且波形 有周期性。瞬态过电压持续时间为数毫秒或更短，通 常带有强阻尼的振荡或非振荡的一种过电压，它可 以叠加在暂时过电压上，分为操作（缓波前）过电压 和雷电（快波前）过电压。操作过电压通常为单极性， 其峰值时间在 20"s~5ms 之间，半峰值时间小于 20ms；雷击过电压亦为单极性，其波前时间在 0.1~ 20"s 之间，半峰值时间小于 300"s。可采用基于 Meyer 小波的电能质量监测算法来分析计算暂态电 能质量问题，完成电能质量指标的监测[2] 。 ( 8) 电压跌落 电压突降超过 10%UN，则称为 电压跌落，它通常是由用户设备或公用电网故障引 电能质量指标及其算法的研究 11 中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn

中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn 第41卷第1期 电力电子技术 Vol41,No.1 2007年1月 Power E lectronics January,2007 起的，每年发生次数主要取决于电网类型和观测点。 统门，超过200MHz系统速度。它采用逻辑单元阵列 3系统结构 结构，由3个可编程基本单元阵列组成：输入输出 电能质量监测装置有多种实现方式，本文采用 块阵列，可配置逻辑块阵列及可编程互连网络。其 工业级ARM9芯片构成电能质量实时在线监测装 中输入输出块排列在芯片周围，它是可配置逻辑块 置。图1示出电能质量在线监测装置硬件结构图。 与外部引脚的接口。可配置逻辑块是FPGA的核心， 可步数据采样 SDRAM FLASH 它以矩阵形式排列在芯片中心。每个CLB均可实现 ADS8364 一个逻辑功能小单元。各CLB之间通过互连网络编 核心控器AT91RM9200 程连接，以实现复杂的逻辑功能。 电量 微控制器FPG FM20L08 TCP/IP 硬件系统使用ADS8364对采样信号进行AD 图电能质量在线监测装置硬件结构图 转换，它是一种六通道16位并行输出同步采样的 数据采集对象为380V低压供电系统，电压变 AD转换器，最高采样频率为250k妞z,输入信号可 送器PT使用交流500V(有效值)输入，交流10V(幅 以为交流10V。本文的监测装置在每个工频电压周 值)输出：电流变送器CT使用20A(有效值)输入， 期采样128个点，AD采样频率为6.4kz。 交流10V(幅值)输出。信号处理主要由计算部分，逻 电能质量监测系统的软件主要包括数据采集， 辑控制部分组成，数据处理主要由存储部分和通信 电能质量参数计算，存储，通信等功能。图2示出系 部分组成。 统软件计算部分逻辑框图。图3示出一个周波的电 AT91RM9200处理器基于ARM920T内核，支 压实际测试曲线。 持ARM个humb指令集，工作在18OMHz频率下的运 电能质量稳态指标计算 算速度可高于280MPS。AT91RM9200集成了丰富 始 算结 电能计算 的系统外围和应用外围及标准的接口，特别适用于 数死通讯及回放 工业控制领域。该处理器支持I6位的THUM B和 电能质量暂态指标计 32位的ARM指令集：采用5级流水线结构：取指、 图2 电能质量监测装置软件结构图 译码、执行、数据存储访问、写寄存器：集成了16kB 200 的数据和指令cache:集成写缓冲器，可以保存4个 10 地址和16个数据字：带有标准的ARMv4存储管理 单元。AT91RM9200集成了许多标准接口，包括 2.55.0 7510.02.5115.01.51 USB2.0全速主机和设备端口及与多数外设和在网 -0d 络层广泛使用的10M00Base-T以太网媒体访问控 -200 /ms 制器(MAC)。为完善性能，AT91RM9200集成了包括 图3电压实测曲线 JTAG-ICE、专门串口调试通道(DBGU)及嵌入式实 4 结 论 时追踪的一系列调试功能。 论述了国家标准规定的电力系统电能质量的各 系统采用2片晶振，一片为32.768kHz启动晶 项技术指标，归纳了电能质量常用的算法。设计并实 振和12NHz正常工作晶振。系统选用的FLASH主 现了基于ARM9系列控制器的电能质量在线监测 要用来存储程序代码，型号为E28F128BA,其单片 装置，对电能质量的稳态和暂态等各项指标进行监 容量为16w字节，可配置成8位或16位数据线方 测，同步采样速度为每周波128点，可实时在线计算 式。Strata FLA SH是使用1个存储单元记录2bit数 出63次以下各次谐波的含量，系统还具有以太网接 据技术制造的闪速存储芯片，其特点是体积小，容量 口，便于网络监测系统的实现。 大，成本低，特别适合于程序代码与数据的存储。 SDRAM被用来运行程序，系统采用的K4S561632C 参考文献 是一款4W为6 bitxibank的同步DRAM,容量为32M ]全国电压电流等级和频率标准化技术委员会.电压电流 字节。系统中用两片K4S561632C来实现位扩展，使 频率和电能质量国家标准应用手册S]北京：中国电力出 数据宽度为32位，总容量为64M字节。 版社，2001. 硬件系统采用型号为XC2S-200的可编程门阵 2]祝纯，郑竟宏，朱守真，等.DSP和小波理论在电能质 列(FPGA)控制AD采样及芯片译码，含有200K系 量监测系统中的应用0电工技术杂志，2004，(4)：3134

第 41 卷第 1 期 2007 年 1 月 电力电子技术 Power Electronics Vol.41, No.1 January, 2007 图 2 电能质量监测装置软件结构图 起的，每年发生次数主要取决于电网类型和观测点。 3 系统结构 电能质量监测装置有多种实现方式，本文采用 工业级 ARM9 芯片构成电能质量实时在线监测装 置。图 1 示出电能质量在线监测装置硬件结构图。 图 1 电能质量在线监测装置硬件结构图 数据采集对象为 380V 低压供电系统，电压变 送器 PT 使用交流 500V（有效值）输入，交流 10V（幅 值）输出；电流变送器 CT 使用 20A（有效值）输入， 交流 10V（幅值）输出。信号处理主要由计算部分，逻 辑控制部分组成，数据处理主要由存储部分和通信 部分组成。 AT91RM9200 处理器基于 ARM920T 内核，支 持 ARM/Thumb 指令集，工作在 180MHz 频率下的运 算速度可高于 280MIPS。AT91RM9200 集成了丰富 的系统外围和应用外围及标准的接口，特别适用于 工业控制领域。该处理器支持 16 位的 THUMB 和 32 位的 ARM指令集；采用 5 级流水线结构；取指、 译码、执行、数据存储访问、写寄存器；集成了 16kB 的数据和指令 cache；集成写缓冲器，可以保存 4 个 地址和 16 个数据字；带有标准的 ARM v4 存储管理 单元。 AT91RM9200 集成了许多标准接口，包括 USB 2.0 全速主机和设备端口及与多数外设和在网 络层广泛使用的 10/100 Base- T 以太网媒体访问控 制器（MAC）。为完善性能，AT91RM9200 集成了包括 JTAG- ICE、专门串口调试通道（DBGU）及嵌入式实 时追踪的一系列调试功能。 系统采用 2 片晶振，一片为 32.768kHz 启动晶 振和 12MHz 正常工作晶振。系统选用的 FLASH 主 要用来存储程序代码，型号为 E28F128J3A，其单片 容量为 16M字节，可配置成 8 位或 16 位数据线方 式。Strata FLASH 是使用 1 个存储单元记录 2bit 数 据技术制造的闪速存储芯片，其特点是体积小，容量 大，成本低，特别适合于程序代码与数据的存储。 SDRAM被用来运行程序，系统采用的 K4S561632C 是一款 4M×16bit×4bank 的同步 DRAM，容量为 32M 字节。系统中用两片 K4S561632C 来实现位扩展，使 数据宽度为 32 位，总容量为 64M字节。 硬件系统采用型号为 XC2S- 200 的可编程门阵 列（FPGA）控制 A/D 采样及芯片译码，含有 200K 系 统门，超过 200MHz 系统速度。它采用逻辑单元阵列 结构，由 3 个可编程基本单元阵列组成：输入/输出 块阵列，可配置逻辑块阵列及可编程互连网络。其 中输入/输出块排列在芯片周围，它是可配置逻辑块 与外部引脚的接口。可配置逻辑块是 FPGA 的核心， 它以矩阵形式排列在芯片中心。每个 CLB 均可实现 一个逻辑功能小单元。各 CLB 之间通过互连网络编 程连接，以实现复杂的逻辑功能。 硬件系统使用 ADS8364 对采样信号进行 A/D 转换，它是一种六通道 16 位并行输出同步采样的 A/D 转换器，最高采样频率为 250kHz，输入信号可 以为交流 10V。本文的监测装置在每个工频电压周 期采样 128 个点，A/D 采样频率为 6.4kHz。 电能质量监测系统的软件主要包括数据采集， 电能质量参数计算，存储，通信等功能。图 2 示出系 统软件计算部分逻辑框图。图 3 示出一个周波的电 压实际测试曲线。 图 3 电压实测曲线 4 结 论 论述了国家标准规定的电力系统电能质量的各 项技术指标，归纳了电能质量常用的算法。设计并实 现了基于 ARM9 系列控制器的电能质量在线监测 装置，对电能质量的稳态和暂态等各项指标进行监 测，同步采样速度为每周波 128 点，可实时在线计算 出 63 次以下各次谐波的含量，系统还具有以太网接 口，便于网络监测系统的实现。 参考文献 [1] 全国电压电流等级和频率标准化技术委员会.电压电流 频率和电能质量国家标准应用手册[S].北京:中国电力出 版社，2001. [2] 祝 纯，郑竟宏，朱守真，等. DSP 和小波理论在电能质 量监测系统中的应用[J].电工技术杂志，2004，（4）：31～34. 中国科技论文在线 http://www.paper.edu.cn