中海殼牌石油化工有限公司 汪萬(wàn)彩

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)電力的需求越來(lái)越高，也越來(lái)越嚴(yán)格，面對(duì)現(xiàn)今電網(wǎng)越來(lái)越頻繁地使用非線性設(shè)備使得電力供應(yīng)過(guò)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(chǎn)生迫使電網(wǎng)活動(dòng)的電壓，甚至電路的電流波形都出現(xiàn)了意料之外異常變化，為了改善我國(guó)傳統(tǒng)電力參數(shù)測(cè)量?jī)x無(wú)法再順應(yīng)現(xiàn)今電力性能所需標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，我們需要利用發(fā)展迅猛的半導(dǎo)體工藝來(lái)研發(fā)出可以切實(shí)解決我國(guó)電力實(shí)際問(wèn)題的全新多樣性功能的電力參數(shù)測(cè)量?jī)x。

1.電力參數(shù)測(cè)試儀發(fā)展與相關(guān)概念

1.1 電力參數(shù)測(cè)試儀定義

電力參數(shù)測(cè)試儀就是一個(gè)匯數(shù)據(jù)采集以及控制兩種功能于一體的多功能數(shù)據(jù)測(cè)量?jī)x表。

1.2 電力參數(shù)測(cè)試儀特點(diǎn)

電力參數(shù)測(cè)試儀在實(shí)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(yīng)的機(jī)械元件；而且由于電力參數(shù)測(cè)試儀內(nèi)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(jiān)控電力系統(tǒng)的任何部位；由于自身具有很多優(yōu)良特性，比如：可以連入高達(dá)600伏的直流電壓，可以測(cè)量獲得最大以及最小的所測(cè)數(shù)值，具有可自主進(jìn)行測(cè)量值參數(shù)設(shè)定的報(bào)警與繼電功能，甚至可以具有一定強(qiáng)度非線形結(jié)構(gòu)的負(fù)荷進(jìn)行真實(shí)有效的高精度測(cè)量等等；電力參數(shù)測(cè)試儀由于技術(shù)多變，所具有的功能也比較繁多，尤其是SMS更能展現(xiàn)出該儀器的高新先進(jìn)特性。

1.3 電力參數(shù)測(cè)試儀發(fā)展歷程

伴隨著社會(huì)發(fā)展，現(xiàn)代微計(jì)算機(jī)技術(shù)也在不斷進(jìn)步，測(cè)量?jī)x器也逐漸朝著功能多樣化，以及精準(zhǔn)度標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高、越來(lái)越嚴(yán)的方向發(fā)展；不論是以電磁原理進(jìn)行測(cè)量利用指針進(jìn)行讀數(shù)作為主要結(jié)構(gòu)原理的儀表第一代還是提高了精準(zhǔn)度與識(shí)別速度性能，以模擬信號(hào)測(cè)量轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)作為結(jié)構(gòu)原儀表第二代，更或者是現(xiàn)在發(fā)展勢(shì)頭堪好，以功能多變，操作靈活，讀數(shù)精準(zhǔn)簡(jiǎn)便作為主要研究發(fā)展方向，兼具多種智能功能的儀表第三代，都可以說(shuō)是展現(xiàn)技術(shù)發(fā)展以及人文觀念創(chuàng)新的最好見(jiàn)證。

1.4 電力參數(shù)測(cè)量意義

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們電力系統(tǒng)負(fù)荷情況越來(lái)越復(fù)雜，來(lái)自各方面的干擾也越來(lái)越強(qiáng)，比如浪涌干擾，電壓跌落等干擾都為電力帶來(lái)了的安全隱患以及電力系統(tǒng)不穩(wěn)定等問(wèn)題，為了解決這些電力問(wèn)題，我們需要切實(shí)了解電力情況，這就需要我們研究可以測(cè)量電力電網(wǎng)系統(tǒng)中電壓、電流等的有效數(shù)值，以此分析電力運(yùn)行情況，這對(duì)提高電力系統(tǒng)電能質(zhì)量具有現(xiàn)實(shí)意義與社會(huì)經(jīng)濟(jì)利益。

2.智能化電力參數(shù)測(cè)試儀常見(jiàn)類型

智能化電力參數(shù)測(cè)試儀比起第一代與第二代在自身結(jié)構(gòu)上主要添加了體積小巧，精準(zhǔn)度高的微處理器甚至微型處理器，并結(jié)合多種參數(shù)傳感器加強(qiáng)了自身線性以及過(guò)程性的功能延伸，使得自身功能變多彩多樣，不僅具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能、快速大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算功能還兼具超強(qiáng)的邏輯評(píng)判功能以及智能非人為操控的自動(dòng)校正，診斷等控制功能，第三代技術(shù)方面的先進(jìn)性主要可以表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）電力參數(shù)數(shù)值測(cè)取精確度高，獲取數(shù)值多樣，靈敏度強(qiáng)，使得讀取的數(shù)據(jù)信號(hào)在判斷，分析，自我調(diào)控處理呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的線性與功能展現(xiàn)的過(guò)程性變化。

（2）電力系統(tǒng)中添加穩(wěn)壓觸發(fā)器，反相器控制芯片等元件，甚至編制延時(shí)程序取代繁瑣的電力硬件電路結(jié)構(gòu)增強(qiáng)儀表判定、邏輯、控制性能強(qiáng)。

（3）增添組合結(jié)構(gòu)的強(qiáng)邏輯性、實(shí)效性功能電路，以此增強(qiáng)電力系統(tǒng)儀表的存儲(chǔ)，識(shí)別，評(píng)判功能。

（4）由于電力參數(shù)測(cè)試儀需要高精確度的復(fù)雜計(jì)算，所以第三代儀表在干擾電力輸出數(shù)值準(zhǔn)確度的電力電源，電力環(huán)境條件以及電力元件輸送活動(dòng)所產(chǎn)生的線路產(chǎn)熱等問(wèn)題方面有所改進(jìn)，以及為出現(xiàn)在電力參數(shù)檢測(cè)過(guò)程中常數(shù)的多次運(yùn)算多次極限值比較進(jìn)行計(jì)算技術(shù)的改進(jìn)。

（5）第三代儀表在減輕電力參數(shù)測(cè)試儀裝置內(nèi)部硬件的同時(shí)也加強(qiáng)了儀表數(shù)據(jù)處理性能，甚至添加了數(shù)據(jù)檢索以及引進(jìn)專家專業(yè)評(píng)判處理進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化自動(dòng)診斷，檢測(cè)等多種功能。

（6）第三代儀表通過(guò)添加智能校正，數(shù)值量程調(diào)節(jié)等功能減小測(cè)量過(guò)程中零漂以及量程量度所造成的數(shù)值的誤差，并通過(guò)增添相關(guān)智能判斷控制元件實(shí)現(xiàn)儀表故障報(bào)警以及故障點(diǎn)顯示功能。

人們?yōu)榱藵M足在快速的社會(huì)發(fā)展下人們對(duì)電力日益嚴(yán)格的需求，智能化電力參數(shù)測(cè)試儀不斷進(jìn)行著技術(shù)變化與形式更新，下面就介紹幾種我國(guó)國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的儀表類型。

2.1 DSP智能電力參數(shù)測(cè)試儀

該類型的測(cè)試儀充分彌補(bǔ)舊有電力測(cè)量?jī)x測(cè)量數(shù)值工序繁瑣，精確度不夠以及受限制于電力工頻測(cè)量等問(wèn)題，將諧波分析作為基礎(chǔ)原理，使用DSP技術(shù)在硬件配置上取長(zhǎng)補(bǔ)短，延續(xù)主從結(jié)構(gòu)形式的智能控制方式，讓89c51作為儀表的內(nèi)部主機(jī)數(shù)據(jù)信息控制中心，選用TMS320F206作為儀表的從機(jī)數(shù)據(jù)信息控制中心，利用先進(jìn)的雙口結(jié)構(gòu)的RAM信息控制芯片來(lái)有效調(diào)節(jié)儀表控制中心與DSP技術(shù)之間的存在數(shù)據(jù)信息的接收傳送不良的問(wèn)題，并結(jié)合外圍接口電路增強(qiáng)儀表的功能多樣特性，充分發(fā)揮技術(shù)芯片數(shù)據(jù)信息便捷快速控制的特點(diǎn)，以及信息數(shù)據(jù)控制核心元件MCU的定性操控功能；合理進(jìn)行儀器內(nèi)部信息數(shù)據(jù)獲取元件，信息數(shù)據(jù)判定儲(chǔ)存等控制元件，指令智能自主操控中心元件以及人工檢測(cè)人機(jī)合理連接的信息數(shù)據(jù)通訊控制元件等各元件的調(diào)控；與此同時(shí)，在儀器的軟件方面選擇數(shù)據(jù)信息諧波分析進(jìn)行電力參數(shù)智能測(cè)量，利用DSP的基-2 FFT數(shù)據(jù)收集運(yùn)算方式進(jìn)行128點(diǎn)的電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的離散采樣，并通過(guò)結(jié)合電力系統(tǒng)模擬低通濾波硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)信息濾波參數(shù)設(shè)置限定來(lái)充分削弱電力數(shù)據(jù)信息收集過(guò)程中受到的電波干擾，圖1是DSP智能電力參數(shù)測(cè)試儀電路結(jié)構(gòu)圖。

圖1 DSP智能電力參數(shù)測(cè)試儀電路結(jié)構(gòu)圖

2.2 單片機(jī)智能電力參數(shù)測(cè)試儀

以8098單片機(jī)作為智能電力參數(shù)測(cè)試儀控制處理核心，并連入其他功能電力技術(shù)元件的單片機(jī)智能電力參數(shù)測(cè)試儀主要由8098單片機(jī)、程序儲(chǔ)存器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，鍵盤(pán)顯示控制電路，鍵盤(pán)，顯示器，打印機(jī)，互感器，整形電路等，而相關(guān)硬件可以按照?qǐng)D2結(jié)構(gòu)組裝而成，不僅可以滿足國(guó)內(nèi)電能用戶基本需求，實(shí)現(xiàn)我國(guó)電力系統(tǒng)工作活動(dòng)中所需參數(shù)數(shù)據(jù)信息的自我控制以及自主科學(xué)性檢測(cè)，有效故障點(diǎn)報(bào)警功能，并且根據(jù)外聯(lián)技術(shù)機(jī)械實(shí)現(xiàn)自動(dòng)繪圖以及數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)打印以及實(shí)時(shí)電力系統(tǒng)檢測(cè)。但是該類型存在體積大，儲(chǔ)存容量小等不足點(diǎn)。

圖2 單片機(jī)智能電力參數(shù)測(cè)試儀硬件結(jié)構(gòu)連接圖

2.3 智能三相電電力參數(shù)測(cè)試儀

智能三相電電力參數(shù)測(cè)試儀主要使用ADC和DSP先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的操作處理；使用三路電壓構(gòu)成電力線路的輸入通道來(lái)實(shí)現(xiàn)絕緣隔離效果，其三相電形成的電流通過(guò)結(jié)構(gòu)為鉗形方式的互感器進(jìn)行電力輸出，以提高其內(nèi)部電力的安全性能；可依據(jù)發(fā)電機(jī)容量分為小型和大、中型兩種類別，按照標(biāo)準(zhǔn)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(duì)于小型結(jié)構(gòu)依據(jù)如圖3所示的結(jié)構(gòu)作為測(cè)試原理圖，大中型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子交流阻抗測(cè)試原理結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)參照?qǐng)D4和圖5所示；而在具體測(cè)量后我們會(huì)將測(cè)試所測(cè)電流電路電流與電力功率的乘積與電力系統(tǒng)中安置的互感器前后變化的比值作為實(shí)際值，其后依據(jù)系統(tǒng)所受的電壓數(shù)值分析得出交流阻抗數(shù)值。

總而言之，無(wú)論是哪種智能化電力參數(shù)測(cè)試儀都在自身結(jié)構(gòu)得到加強(qiáng)的同時(shí)，充分實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信息傳感，數(shù)據(jù)信息精確檢測(cè)，所測(cè)數(shù)據(jù)信息評(píng)判處理，數(shù)據(jù)信號(hào)相互之間接收傳送的通信以及實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)自主的判斷、檢測(cè)等線性控制等各方面的功能。

圖3 小型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子交流阻抗測(cè)試原理結(jié)構(gòu)圖

圖4 大中型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子交流阻抗測(cè)試原理結(jié)構(gòu)圖一

圖5 大中型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子交流阻抗測(cè)試原理結(jié)構(gòu)圖二

3.智能化電力參數(shù)測(cè)試儀發(fā)展前景

回顧智能化電力參數(shù)測(cè)試儀器的發(fā)展，我們可以看到：集聚信息數(shù)據(jù)采集、精準(zhǔn)測(cè)量與自主判斷分析以及顯示測(cè)量結(jié)果等三大功能的VI（也就是智能化虛擬電力參數(shù)測(cè)量?jī)x器）成為了現(xiàn)今智能化電力參數(shù)測(cè)試儀的研究方向，因?yàn)樗梢岳米陨斫Y(jié)構(gòu)中的相關(guān)軟件將需要進(jìn)行測(cè)量的計(jì)算機(jī)硬件各數(shù)據(jù)資源良好的與測(cè)試儀硬件相結(jié)合，在減小了測(cè)量?jī)x內(nèi)部元件體積節(jié)約成本的同時(shí)還強(qiáng)化了所測(cè)數(shù)據(jù)信息控制與邏輯分析評(píng)判能力，不僅僅可以輕松精準(zhǔn)展現(xiàn)所測(cè)數(shù)據(jù)還可以使自身兼具更為強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力。它可以充分滿足我國(guó)國(guó)內(nèi)電力市場(chǎng)正常運(yùn)作活動(dòng)以及常規(guī)管理的根本需求，彌補(bǔ)已經(jīng)流通于電力市場(chǎng)的單片機(jī)型智能化電力參數(shù)測(cè)試儀數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換繁瑣無(wú)法進(jìn)行高強(qiáng)度電力所需測(cè)量數(shù)據(jù)的高精準(zhǔn)性參數(shù)測(cè)量目標(biāo)需求。甚至結(jié)構(gòu)性能上雖然可以實(shí)現(xiàn)所測(cè)電力數(shù)據(jù)的高精確度需求，但是自身結(jié)構(gòu)具有應(yīng)用范圍不夠?qū)挿?，功能性差，不能進(jìn)行較好移植甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)高速數(shù)據(jù)信號(hào)的控制處理等缺陷的數(shù)字型智能電力參數(shù)測(cè)試儀。筆者就此現(xiàn)狀查閱多方資料并進(jìn)行實(shí)地取證分析獲得在智能化電力參數(shù)測(cè)試儀發(fā)展方面若要想解決我國(guó)的實(shí)際問(wèn)題就需要朝著以下幾點(diǎn)方向進(jìn)行深入探索：

（1）小巧精致：為了節(jié)約成本，擴(kuò)大電力參數(shù)測(cè)試儀的普及范圍，避免安裝使用時(shí)重量以及體積帶來(lái)的局限性，我們需要儀器體積小巧。

（2）結(jié)構(gòu)功能形式多樣：智能電力參數(shù)測(cè)試儀主要是因?yàn)椴粌H兼具數(shù)據(jù)讀取還可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動(dòng)判斷，自我控制等多樣性功能作為主要使用目標(biāo)進(jìn)行新技術(shù)選配研究的，所以我們?cè)谥悄芑娏?shù)測(cè)試儀應(yīng)用性研究過(guò)程中也一定要注意秉承這一指導(dǎo)原則，進(jìn)行電力脈沖輸出，數(shù)值讀取顯示，針對(duì)失壓?jiǎn)栴}進(jìn)行記憶性記錄以及電力的負(fù)荷監(jiān)測(cè)等等功能，真正實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)利益最大化的一表多用目標(biāo)。

（3）降低檢測(cè)過(guò)程中的功能損耗：為了當(dāng)出現(xiàn)電力的短時(shí)間暫?；蛘唛L(zhǎng)時(shí)間暫停后的正常檢測(cè)，我們需要將儀表工作功率消耗控制在不超過(guò)2VA的范圍內(nèi)，這樣才能在電力無(wú)法供應(yīng)的時(shí)候因?yàn)樽晕易R(shí)別判斷開(kāi)啟后備供電裝置（如安裝優(yōu)質(zhì)高效性能的鋰電池）維持電流1mA狀態(tài)下的應(yīng)急措施。

（4）使用技術(shù)先進(jìn)的新型內(nèi)部元件：為了實(shí)現(xiàn)電力參數(shù)測(cè)試儀的小巧，低成本，多功能性，必然會(huì)利用不斷發(fā)展更新著的電子元件，這不僅是自身發(fā)展的需求也是研究發(fā)展的需求。

（5）讀數(shù)簡(jiǎn)便，準(zhǔn)確：電力參數(shù)測(cè)試儀功能再多，其主要任務(wù)還是要進(jìn)行電力檢測(cè)數(shù)據(jù)的讀取，所以我們?cè)谧非蠊δ芏鄻踊耐瑫r(shí)必須保證基本功能的完善，這個(gè)基本功能就是檢測(cè)數(shù)據(jù)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(jī)械結(jié)構(gòu)的數(shù)值碼數(shù)的輪顯等測(cè)量數(shù)值的顯示方式而是選擇使用數(shù)據(jù)顯示容量大，易觀測(cè)，避免污染輻射等高性能且具有發(fā)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(fā)展編程邏輯元件：彌補(bǔ)現(xiàn)有智能電力參數(shù)測(cè)試儀結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單，只適用于安置在較小電路結(jié)構(gòu)中的不足，開(kāi)發(fā)具有靈活多變性的邏輯結(jié)構(gòu)以及成本低，技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，檢驗(yàn)方便等特點(diǎn)的編程邏輯元件。

（7）選擇性價(jià)比較高的技術(shù)支持元件：為了讓智能電力參數(shù)測(cè)試儀用最少的時(shí)間實(shí)現(xiàn)高精度的數(shù)據(jù)測(cè)量效果，我們需要使用運(yùn)算速率可以達(dá)到32位甚至更高的技術(shù)支持元件。

總之，智能電力參數(shù)測(cè)試儀應(yīng)用發(fā)展主要就是向著體積小巧，功能多樣，技術(shù)先進(jìn)，花銷成本最小化以及選擇性價(jià)比較高的高精度支持元件進(jìn)行智能化電力參數(shù)測(cè)試儀的研究。

4.結(jié)論

本文從介紹電力參數(shù)測(cè)試儀概念以及發(fā)展開(kāi)始，之后給出現(xiàn)今國(guó)內(nèi)幾種常見(jiàn)的智能電力參數(shù)測(cè)試儀類型，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要論述，以此分析得出智能化電力參數(shù)測(cè)試儀器的發(fā)展研究方向。希望本文的觀點(diǎn)可以為進(jìn)行智能化電力參數(shù)測(cè)試儀的研究工作的廣大讀者朋友給予一定參考價(jià)值。

[1]趙衛(wèi)東,潘煥成.基于DSP的配電網(wǎng)電量測(cè)量系統(tǒng)研制[J].電工技術(shù)雜志,2002(02).

[2]王靜,趙懷林,毋茂盛.電網(wǎng)質(zhì)量分析儀研制[J].電測(cè)與儀表,2002(07).

[3]趙向平,韓智,林曉明.數(shù)字信號(hào)處理器在電測(cè)儀表中的運(yùn)用[J].科技進(jìn)步與對(duì)策,2000(06).

[4]董建友,李靜,安如存.交流電壓、電流同步采樣原理與應(yīng)用[J].河北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),1996(04).

[5]陳皓,程鵬,熊時(shí)澤等.電子測(cè)試儀器的發(fā)展趨勢(shì)[J].計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量與控制,1999(02).

[6]劉家根,李江,李智勇.高速數(shù)字信號(hào)處理器在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力情報(bào),2002(01).