电能质量测控装置.doc

第十二届“挑战杯”山东建筑大学大学生课外学术科技作品竞赛作品立项申报表作品名称基于物联网的电能质量测控装置申报者紫浣团队¤个人项目集体项目类别¤自然科学类学术论文¤哲学社科类调查报告和学术论文¤科技发明制作类A类科技发明制作类B类申报者情况姓名所在单位专业、年级学号承担工作比例联系电话张吉滕信电学院电气09125%刘志强信电学院电气09125%姜晓通信电学院电气09120%万晓同信电学院电气09120%周宁远信电学院建电10110%说明：请在申报者情况第一栏内填写第一作者情况，集体项目请填写申报者代表情况指导教师姓名、单位、职称汪明 信息与电气工程学院 讲师申报作品简介 随着经济和社会的发展，电网中的非线性负荷数量呈级数增长，电力系统中的谐波污染越来越严重，电能质量问题引起了越来越多的国家和用户的普遍关注，电网污染问题必须采取措施加以解决。而电能质量检测成为解决问题必须的首要关键环节。本项目采用FPGA+ARM的方式，将FPGA的硬件快速计算的优势和ARM具有丰富外设的特点融合在一起，设计并实现具有网络接口的电能质量检测装置。该装置通过FPGA芯片实现傅里叶变换（FFT）进行分析谐波含量，利用ARM进行信息的处理、显示、传输和控制，从而达到抑制电网谐波的目的。此外，由于该装置设计有网络接口，可接入山东省智能建筑技术重点实验室已开发的建筑用电设备物联网系统，解决当前市面上电能质量检测仪组网困难的问题，可实现真正意义上的物物互联，方便工程师及管理人员随时随地查看电能质量参数的实时数据和历史数据。本项目拟研制的电能质量检测装置将FPGA系统和ARM系统有效结合，充分利用各自优势，具有友好的液晶显示界面，触摸屏和按键共同控制显示内容。而且设有网络接口，能够通过物联网实时的对电能质量进行网上监控，灵活方便，对保证电网的供电质量，挖掘现有容量的潜力，提高供电系统效率，具有十分重要的技术意义和经济价值。所在单位推荐意见：（盖章）2010年11月日校团委审查意见：（盖章）2010年11月日评审委员会评审意见：（签字）2010年11月日山东建筑大学第十二届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛作 品 申 报 书 作品名称： 基于物联网的电能质量测控装置 学院名称： 信息与电气工程学院 申报者姓名： 紫浣团队 指导教师： 汪 明 类别：自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 科技发明制作A类 科技发明制作B类 申报作品情况（科技发明制作）作品全称基于物联网的电能质量测控装置作品设计、发明的目的和意义电能作为人们广泛使用的能源，其应用程度是一个国家发展水平和综合国力的主要标志之一。在满足工业生产、社会和人民生活对电能需求量的同时，提高对电能质量的要求是一个国家工业生产发达、科技水平提高、社会文明程度进步的表现，是信息时代和信息社会发展的必然结果，是增强用电效率、节能降损、改善电气环境、提高国民经济的总体效益以及工业生产可持续发展的技术保证。在电网电能质量各参数中，谐波含量是对电能质量表征比较明显的参数，因此，对电网谐波的监测和抑制，对改善电能质量起到决定性的作用。作品发明的创新点，技术关键和主要技术指标创新点：利用FPGA技术快速数据收集，实现ADC转换和谐波分析，能够检测电网谐波中64次以内的谐波成分及含量；信号的AD转换和FFT运算都在模数混合的FPGA芯片中进行，数据处理速度快，为谐波的实时抑制奠定了基础；将充分利用各自的优势，具有友好的液晶显示界面，触摸屏和按键共同控制显示内容，灵活方便；具备物联网接口，方便组网，有效利用物联网技术，实现大量检测数据的实时传输，方便工程师及管理人员随时随地查看电能质量参数的实时数据和历史数据。技术关键：谐波的检测与FPGA技术的应用。通过将FFT原理应用到谐波原理应用到系统当中，通过FPGA经过一定的计算获取基波和各次谐波的幅值和相位;2FPGA系统与ARM系统有效结合与控制，液晶显示与触摸屏显示技术；物联网接口的设计与实现，包括通讯协议、硬件接口、实时数据的传输等。主要技术指标：能够精确的测出电网频率；三相电压的检测；三相电流的检测；谐波的计算与电能质量分析；电能质量参数的显示与设置；数据的网络传输。下图是拟采取的电能质量检测装置的系统框图。参考文献：1、 肖湘宁等.电能质量分析与控制M.北京：中国电力出版社，2004.2、 刘凤君.市电电能质量补偿技术M.北京：科学出版社，2005.3、 GB/T 12325-2003,电能质量 供电电压允许偏差S.北京：中国标准出版社，20044、 GB/T 15543-1995，电能质量 三相电允许不平衡度S. 北京：中国标准出版社，20055、 GB/T 15945-2008，电能质量 电力系统频率允许误差S. 北京：中国标准出版社，20086、 GB/T 18481-2001，电能质量 暂时过电压和瞬时过电压S. 北京：中国标准出版社，20047、 王兆安.谐波抑制和无功率补偿M.北京：机械工业出版社8、 孙晋京.基于ARM的嵌入式电力参数监测系统的研究D.西华大学，20089、 于鸿雁. 基于FPGA的嵌入式电力参数监测系统的研究D.洛阳工业大学，200710、 廖义奎. ARM与FPGA的综合设计与应用M.中国电力出版社，2008,2.11、 张亮.数字电路设计与VerilogHDM.北京：人民邮电出版社，2000.实用性及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测本装置不仅可以单独的为一些对电能质量要求苛刻的电器实施有效的电能质量检测，保护一些精密的设备与仪器免受损坏，增加仪器的使用寿命，而且本装置还可以大量的使用在电能质量检测系统当中，如果使用的范围广的话，通过物联网也方便对各个装置进行查询，实用性非常强。目前，我国市场上销售的针对电能质量检测的电能质量分析仪的商家众多，但大多以国外品牌为主，价格较高，一般在五万元以上，而且存在维护质量难以保证的问题；而部分国内产品在电能质量测量方面技术还不成熟，存在稳定性差，检测精度低等现象。更重要的是无论国内产品还是国外产品，目前多以单个电能质量检测仪的形式存在，组网困难，对大量的测量结果也缺乏有效的实时传输的功能。因此，利用物联网技术研发一种具有物联网接口的电能质量检测装置对保证电网的供电质量，挖掘现有容量的潜力，提高供电系统效率，具有十分重要的技术意义。 本项目开发的基于物联网的电能质量检测装置若能够得到电力部门的认可并推广，未来的市场需求非常可观。作品进度安排（一）2010年12月2011年1月 ： 确定实施方案，采购原材料；负责人：全体成员（二）2011年 1 月2011年3月 ： 1） 设计并完成硬件电路： 负责人：刘志强 周宁远 优势：多次参与硬件电路的制作，有一定的经验和知识的累积。2） 完成FPGA系统的设计与制作： 负责人：姜晓通 优势： 善于软件程序的设计，并对FPGA有一定的了解3） 完成ARM系统的设计与制作 负责人：张吉滕 万晓同 优势：有长时间的单片机程序设计的经历，有一定的经验，曾编写过大程序。（三）2011年 3月2011年 4月 ： 总体调试该装置； 负责人：全体成员 优势：集思广益，合作默契，有较强的团队精神。（四）2011年 4月2011年 5月 ： 完善项目技术文档。 负责人：全体成员 优势：集思广益，合作默契，有较强的团队精神。