無線傳輸的電能質量監測系統電路

陳允剛

（包頭職業技術學院，014035）

無線傳輸的電能質量監測系統電路

陳允剛

（包頭職業技術學院，014035）

電能質量的實時監測是提高生產效率、節能減排、安全生產的關鍵，本文針對包頭裝備園區對電能質量的要求，提出了一種基于ZigBee無線傳感網絡的電能質量實時監測系統。該系統不僅具有強大的測量和通信功能，而且具有組網方便、動態拓撲、低成本、大容量、高可靠性的特點，能很好地滿足高科技工業園電能質量實時監測的實際需要。

電能質量；無線傳輸；監測系統；模塊；無線收發器

0 引言

電能質量是指導致用戶電力設備故障或誤操作的電壓電流或頻率的靜態偏差和動態擾動。其表現為:電壓、頻率有效值的變化;電壓波動和閃變、電壓暫降、短時中斷和三相電壓不平衡、諧波;暫態和瞬態過電壓以及這些參數變化的幅度。電能和其他產品有所不同，發、輸、變、配和用是同時完成的，發、輸、變、配和用電設備是連接在一個系統。因此，電能質量不但取決于發、輸、變和配這些環節，而且還取決于用電這個環節;電能質量不但取決于發、輸、變和配的勘測、設計、施工、運行這些環節，而且取決于用電的勘測、設計、施工、運行這些環節。如果說電能質量是一個環境，那么這個環境需要上述各方特別是電力部門和各個環節的協調配合，共同努力來創造。

隨著國民經濟的發展和人民生活的提高，對電能質量的要求不斷提高，對電能質量標準的要求也在不斷提高。近年來，國家發布了一批電能質量標準，基本適應了供需雙方在生產運行中的要求。

1 系統概述

系統結構由數據采集節點，ARM9S3C2440控制模塊（匯聚節點）、本地上位機、遠程監測管理中心組成，數據采集節點分布在每個需要監測的電源點，比如：每臺精密加工設備，每臺變頻調速驅動器，自動化生產線等；S3C2440模塊（匯聚節點）分布在離數據采集節點約40 m距離的范圍內，本地上位機分布在各廠監控室，遠程監測管理中心放置在工業園電力管理中心。

2 各部分的功能如下

2.1 數據采集節點

由電壓、電流互感器、信號調理電路、頻率同步電路、A／D、DSP及ZigBee模塊組成，電壓、電流互感器將從電網上得到的電壓、電流信號轉換成適合A／D轉換的交流小信號，經濾波后輸入到A／D轉換器，DSP讀取A／D轉換結果并進行相關電能質量參數運算和分析，分析結果通過CC2530無線通信模塊傳送至ARM控制中心，頻率同步電路的作用是減小非同步采樣造成的FFT算法中的柵欄效應。

2.2 S3C2440模塊（匯聚節點）

由ARM9 S3C2440、SDRAM、ZigBee模塊、以及看門狗、時鐘等外圍電路組成。S3C2440模塊是系統下位機的管理控制中心，負責數據采集節點和本地上位機之間的通信與數據交換，ZigBee模塊作為協調器，負責通信鏈路及路由的建立以及數據包協議轉換等。

2.3 本地上位機

本地使用PC作為上位機，完成數據收集、數據分析、結果顯示及存儲等功能。

2.4 遠程監測管理中心

遠程用戶通過互聯網接入本地上位機的服務器平臺，通過“終端一服務器”的形式完成對本地上位機的操作，從而實現數據和信息的共享。

3 無線收發器系統

在常用的無線傳感協議中，ZigBee以其覆蓋范圍寬、容量大、組網簡單、網絡可自由擴展、聯網耗時低、安全、低功耗、低成本等優勢受到更多的關注，本系統選用CC2530 ZigBee模塊作為無線收發器，CC2530是TI在2009年推出的，在CC2430(＄4.0170)的基礎上根據CC2430實際應用的一些問題做了一些改進，存儲容量最大支持到256 KB，可編程的輸出功率高達4．5 dBm，具有極高的接收靈敏度和抗干擾性能，通信距離最遠可以達到400 m，對于中小型工廠，不用外加功放來擴展距離，只需要一個匯聚節點即可滿足全廠范圍內的電能質量監測，強大的5通道DMA控制器使硬件外設能實現數據的高效傳輸，從而滿足系統實時監測的需求。

4 結論

本文提出的基于無線傳感網絡的大型工業園電能質量實時監測系統，利用ZigBee無線傳輸模塊實現ARM與DSP之間的通信，省去了復雜的布線環節，節約了大量的精力和成本，在實際組網點對點通信測試中，無線傳輸模塊的室外直線傳播距離超過300 m，室內有障礙時傳播距離超過40 m，最大傳輸時延小于80 ms，具有自組網功能。該系統可對電網諧波的有效值、功率及功率因數、諧波畸變率、諧波含有率、電壓波動與閃變、三相不平衡度等多種電能質量參數進行測量。系統具有低成本，高可靠性，高容量、組網簡單等特點，適用于工業園中自動化生產線精密儀器、設備的電能質量的實時監測，對高科技工業園提高生產效率，節能減排具有實際意義。

[1] 張建坡,賈秀芳.電能質量監測與管理信息系統[J].繼電器,2007,35(Z1):289-291.

[2] 高云鵬,滕召勝.電能質量監測技術現狀與發展方向[J].儀器儀表用戶,2004,11(4):1-3.

[3] 范利媛,呂常智,宋紅衛,宋俊.基于MAXQ3180電能質量監測系統的研究[J].科技咨詢導報,2014(6):8-11.

[4] 丁屹峰,程浩忠,占勇,孫毅斌,嚴健勇.電能質量監測技術現狀及發展[J].中國電力,2004,37(7):16-19.

表2 結果匯總表

4 結束語

電氣間隙和爬電距離的測量是電子電器產品安全檢測中的重要項目，相關安全通用要求中均對二者提出了最低限值的要求，其目的是為了防止在兩導體之間，沿空氣或者絕緣材料的表面形成導電路徑，造成安全危險。電氣間隙和爬電距離也是電子電器產品設計和制造過程中必須正確理解并慎重考慮和嚴格控制的，其測試也是必不可少的安全測試項目。

通過參加比對試驗，可以幫助實驗室更好的理解標準和掌握試驗方法，可以發現問題，持續改進，提高技術能力，提高電子電器安全檢驗總體水平。

參考文獻

[1] GB9706.1-2007《醫用電氣設備 第1部分：安全通用要求》

[2] GB4793.1-2007《測量、控制和實驗室用電氣設備的安全要求第1部分：通用要求》

Circuit of power quality monitoring system for wireless transmission

Chen Yungang
(Baotou Vocational & Technical College,014035)

Real time monitoring of power quality is to improve production efficiency,key energy-saving emission reduction,safety in production,this paper in Baotou park equipment of power quality requirements proposed a based on the ZigBee wireless sensor network electric energy quality monitoring system.The system not only has powerful functions in measurement and communication,and has convenient networking,the characteristics of dynamic topology,low cost,large capacity,high reliability,can well meet the high-tech industrial park electrical quality real-time monitoring of the actual needs.

power quality;wireless transmission;monitoring system;module;wireless transceiver