智能化電力參數測試儀應用研究

中海殼牌石油化工有限公司 汪萬彩

隨著社會的發展，人們對電力的需求越來越高，也越來越嚴格，面對現今電網越來越頻繁地使用非線性設備使得電力供應過程中大批量的高次位諧波電流涌入電力傳輸接收的線路中，產生迫使電網活動的電壓，甚至電路的電流波形都出現了意料之外異常變化，為了改善我國傳統電力參數測量儀無法再順應現今電力性能所需標準的現象，我們需要利用發展迅猛的半導體工藝來研發出可以切實解決我國電力實際問題的全新多樣性功能的電力參數測量儀。

1.電力參數測試儀發展與相關概念

1.1 電力參數測試儀定義

電力參數測試儀就是一個匯數據采集以及控制兩種功能于一體的多功能數據測量儀表。

1.2 電力參數測試儀特點

電力參數測試儀在實際生活中不僅能夠頂替多款功能性儀表，其他功能性電力繼電器，電力變送功能裝置元件還有其他靈敏感應的機械元件；而且由于電力參數測試儀內部存有信息交換通訊的接口，所以幾乎可以集成整合安裝在所有配電監控電力系統的任何部位；由于自身具有很多優良特性，比如：可以連入高達600伏的直流電壓，可以測量獲得最大以及最小的所測數值，具有可自主進行測量值參數設定的報警與繼電功能，甚至可以具有一定強度非線形結構的負荷進行真實有效的高精度測量等等；電力參數測試儀由于技術多變，所具有的功能也比較繁多，尤其是SMS更能展現出該儀器的高新先進特性。

1.3 電力參數測試儀發展歷程

伴隨著社會發展，現代微計算機技術也在不斷進步，測量儀器也逐漸朝著功能多樣化，以及精準度標準越來越高、越來越嚴的方向發展；不論是以電磁原理進行測量利用指針進行讀數作為主要結構原理的儀表第一代還是提高了精準度與識別速度性能，以模擬信號測量轉化成數字信號作為結構原儀表第二代，更或者是現在發展勢頭堪好，以功能多變，操作靈活，讀數精準簡便作為主要研究發展方向，兼具多種智能功能的儀表第三代，都可以說是展現技術發展以及人文觀念創新的最好見證。

1.4 電力參數測量意義

隨著社會的發展，人們電力系統負荷情況越來越復雜，來自各方面的干擾也越來越強，比如浪涌干擾，電壓跌落等干擾都為電力帶來了的安全隱患以及電力系統不穩定等問題，為了解決這些電力問題，我們需要切實了解電力情況，這就需要我們研究可以測量電力電網系統中電壓、電流等的有效數值，以此分析電力運行情況，這對提高電力系統電能質量具有現實意義與社會經濟利益。

2.智能化電力參數測試儀常見類型

智能化電力參數測試儀比起第一代與第二代在自身結構上主要添加了體積小巧，精準度高的微處理器甚至微型處理器，并結合多種參數傳感器加強了自身線性以及過程性的功能延伸，使得自身功能變多彩多樣，不僅具有強大的數據存儲功能、快速大量的數據運算功能還兼具超強的邏輯評判功能以及智能非人為操控的自動校正，診斷等控制功能，第三代技術方面的先進性主要可以表現在以下幾點：

（1）電力參數數值測取精確度高，獲取數值多樣，靈敏度強，使得讀取的數據信號在判斷，分析，自我調控處理呈現標準規范的線性與功能展現的過程性變化。

（2）電力系統中添加穩壓觸發器，反相器控制芯片等元件，甚至編制延時程序取代繁瑣的電力硬件電路結構增強儀表判定、邏輯、控制性能強。

（3）增添組合結構的強邏輯性、實效性功能電路，以此增強電力系統儀表的存儲，識別，評判功能。

（4）由于電力參數測試儀需要高精確度的復雜計算，所以第三代儀表在干擾電力輸出數值準確度的電力電源，電力環境條件以及電力元件輸送活動所產生的線路產熱等問題方面有所改進，以及為出現在電力參數檢測過程中常數的多次運算多次極限值比較進行計算技術的改進。

（5）第三代儀表在減輕電力參數測試儀裝置內部硬件的同時也加強了儀表數據處理性能，甚至添加了數據檢索以及引進專家專業評判處理進行數據優化自動診斷，檢測等多種功能。

（6）第三代儀表通過添加智能校正，數值量程調節等功能減小測量過程中零漂以及量程量度所造成的數值的誤差，并通過增添相關智能判斷控制元件實現儀表故障報警以及故障點顯示功能。

人們為了滿足在快速的社會發展下人們對電力日益嚴格的需求，智能化電力參數測試儀不斷進行著技術變化與形式更新，下面就介紹幾種我國國內常見的儀表類型。

2.1 DSP智能電力參數測試儀

該類型的測試儀充分彌補舊有電力測量儀測量數值工序繁瑣，精確度不夠以及受限制于電力工頻測量等問題，將諧波分析作為基礎原理，使用DSP技術在硬件配置上取長補短，延續主從結構形式的智能控制方式，讓89c51作為儀表的內部主機數據信息控制中心，選用TMS320F206作為儀表的從機數據信息控制中心，利用先進的雙口結構的RAM信息控制芯片來有效調節儀表控制中心與DSP技術之間的存在數據信息的接收傳送不良的問題，并結合外圍接口電路增強儀表的功能多樣特性，充分發揮技術芯片數據信息便捷快速控制的特點，以及信息數據控制核心元件MCU的定性操控功能；合理進行儀器內部信息數據獲取元件，信息數據判定儲存等控制元件，指令智能自主操控中心元件以及人工檢測人機合理連接的信息數據通訊控制元件等各元件的調控；與此同時，在儀器的軟件方面選擇數據信息諧波分析進行電力參數智能測量，利用DSP的基-2 FFT數據收集運算方式進行128點的電力系統數據信息的離散采樣，并通過結合電力系統模擬低通濾波硬件進行數據信息濾波參數設置限定來充分削弱電力數據信息收集過程中受到的電波干擾，圖1是DSP智能電力參數測試儀電路結構圖。

圖1 DSP智能電力參數測試儀電路結構圖

2.2 單片機智能電力參數測試儀

以8098單片機作為智能電力參數測試儀控制處理核心，并連入其他功能電力技術元件的單片機智能電力參數測試儀主要由8098單片機、程序儲存器，數據存儲器，鍵盤顯示控制電路，鍵盤，顯示器，打印機，互感器，整形電路等，而相關硬件可以按照圖2結構組裝而成，不僅可以滿足國內電能用戶基本需求，實現我國電力系統工作活動中所需參數數據信息的自我控制以及自主科學性檢測，有效故障點報警功能，并且根據外聯技術機械實現自動繪圖以及數據信息的實時打印以及實時電力系統檢測。但是該類型存在體積大，儲存容量小等不足點。

圖2 單片機智能電力參數測試儀硬件結構連接圖

2.3 智能三相電電力參數測試儀

智能三相電電力參數測試儀主要使用ADC和DSP先進技術，通過計算機進行信息數據的操作處理；使用三路電壓構成電力線路的輸入通道來實現絕緣隔離效果，其三相電形成的電流通過結構為鉗形方式的互感器進行電力輸出，以提高其內部電力的安全性能；可依據發電機容量分為小型和大、中型兩種類別，按照標準我們將容量小于等于50MW的定義為小型，容量大于50MW的定義為大中型，針對于小型結構依據如圖3所示的結構作為測試原理圖，大中型發電機轉子交流阻抗測試原理結構圖結構參照圖4和圖5所示；而在具體測量后我們會將測試所測電流電路電流與電力功率的乘積與電力系統中安置的互感器前后變化的比值作為實際值，其后依據系統所受的電壓數值分析得出交流阻抗數值。

總而言之，無論是哪種智能化電力參數測試儀都在自身結構得到加強的同時，充分實現了數據信息傳感，數據信息精確檢測，所測數據信息評判處理，數據信號相互之間接收傳送的通信以及實現精準自主的判斷、檢測等線性控制等各方面的功能。

圖3 小型發電機轉子交流阻抗測試原理結構圖

圖4 大中型發電機轉子交流阻抗測試原理結構圖一

圖5 大中型發電機轉子交流阻抗測試原理結構圖二

3.智能化電力參數測試儀發展前景

回顧智能化電力參數測試儀器的發展，我們可以看到：集聚信息數據采集、精準測量與自主判斷分析以及顯示測量結果等三大功能的VI（也就是智能化虛擬電力參數測量儀器）成為了現今智能化電力參數測試儀的研究方向，因為它可以利用自身結構中的相關軟件將需要進行測量的計算機硬件各數據資源良好的與測試儀硬件相結合，在減小了測量儀內部元件體積節約成本的同時還強化了所測數據信息控制與邏輯分析評判能力，不僅僅可以輕松精準展現所測數據還可以使自身兼具更為強大的數據存儲能力。它可以充分滿足我國國內電力市場正常運作活動以及常規管理的根本需求，彌補已經流通于電力市場的單片機型智能化電力參數測試儀數據轉換繁瑣無法進行高強度電力所需測量數據的高精準性參數測量目標需求。甚至結構性能上雖然可以實現所測電力數據的高精確度需求，但是自身結構具有應用范圍不夠寬泛，功能性差，不能進行較好移植甚至無法實現實時高速數據信號的控制處理等缺陷的數字型智能電力參數測試儀。筆者就此現狀查閱多方資料并進行實地取證分析獲得在智能化電力參數測試儀發展方面若要想解決我國的實際問題就需要朝著以下幾點方向進行深入探索：

（1）小巧精致：為了節約成本，擴大電力參數測試儀的普及范圍，避免安裝使用時重量以及體積帶來的局限性，我們需要儀器體積小巧。

（2）結構功能形式多樣：智能電力參數測試儀主要是因為不僅兼具數據讀取還可以進行數據的自動判斷，自我控制等多樣性功能作為主要使用目標進行新技術選配研究的，所以我們在智能化電力參數測試儀應用性研究過程中也一定要注意秉承這一指導原則，進行電力脈沖輸出，數值讀取顯示，針對失壓問題進行記憶性記錄以及電力的負荷監測等等功能，真正實現經濟利益最大化的一表多用目標。

（3）降低檢測過程中的功能損耗：為了當出現電力的短時間暫停或者長時間暫停后的正常檢測，我們需要將儀表工作功率消耗控制在不超過2VA的范圍內，這樣才能在電力無法供應的時候因為自我識別判斷開啟后備供電裝置（如安裝優質高效性能的鋰電池）維持電流1mA狀態下的應急措施。

（4）使用技術先進的新型內部元件：為了實現電力參數測試儀的小巧，低成本，多功能性，必然會利用不斷發展更新著的電子元件，這不僅是自身發展的需求也是研究發展的需求。

（5）讀數簡便，準確：電力參數測試儀功能再多，其主要任務還是要進行電力檢測數據的讀取，所以我們在追求功能多樣化的同時必須保證基本功能的完善，這個基本功能就是檢測數據的高精度快捷讀取與顯示。一般為了保證此功能通常放棄舊有繼電器機械結構的數值碼數的輪顯等測量數值的顯示方式而是選擇使用數據顯示容量大，易觀測，避免污染輻射等高性能且具有發光功能的二極管以及工作耗電量低的液晶顯示器。

（6）研究發展編程邏輯元件：彌補現有智能電力參數測試儀結構過于簡單，只適用于安置在較小電路結構中的不足，開發具有靈活多變性的邏輯結構以及成本低，技術先進，結構穩定，檢驗方便等特點的編程邏輯元件。

（7）選擇性價比較高的技術支持元件：為了讓智能電力參數測試儀用最少的時間實現高精度的數據測量效果，我們需要使用運算速率可以達到32位甚至更高的技術支持元件。

總之，智能電力參數測試儀應用發展主要就是向著體積小巧，功能多樣，技術先進，花銷成本最小化以及選擇性價比較高的高精度支持元件進行智能化電力參數測試儀的研究。

4.結論

本文從介紹電力參數測試儀概念以及發展開始，之后給出現今國內幾種常見的智能電力參數測試儀類型，對其優缺點進行簡要論述，以此分析得出智能化電力參數測試儀器的發展研究方向。希望本文的觀點可以為進行智能化電力參數測試儀的研究工作的廣大讀者朋友給予一定參考價值。

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