新型嵌入式电能质量监测装置的设计高佳,王爱民,于海(东南大学仪器科学与工程系江苏南京210096摘要:电能质量监测技术是当前电力系统领域的研究热点。根据电能质量监测对于系统支持复杂算法和实时性的特殊要求,并在综合分析了目前电能质量监测现状的基础上,提出了一种基于DSP+MPU构架的嵌入式电能质量监测装置的解决方案,将嵌入式技术和双CPU技术有机地融合在一起。分别讨论了设备的硬件系统和基于双CPU系统的软件设计思想。这种新型设计符合电能质量监测的最新发展要求,相对以往的设计,具有实时性好、性能高、体积小、成本低等优点,更适合于大量安装在现场。关键词:电能质量;监测技术;ARM;Linux;Socket:TP303文献标识码:B:1004373X(20051602603DesignofaNewTypeofEmbeddedPowerQualityMonitorDeviceGAO激a,WANGAimin,YUHai(SchoolofInstrumentScienceandEngineering,SoutheastUniversity,Nanjing,210096,ChinaAbstract:Thepowerqualitymonitoringtechnologyisaresearchfocusofthepresentelectricpowersystemfield1Accordingtothespecialdemandofthepowerqualitymonitoringthatthesystemshouldsupportcharacteristicsofcomplicatedalgorithmandrealtime1Onthebasisofanalyzingsyntheticallythepresentsituationofpowerqualitymonitoring,anewsolutionisproposedofembeddedpowerqualitymonitoringdevicebasedonDSP+MPUframework,integratingtheembeddingtechnologyanddoubleCPUtechnologyorganically1ThehardwaresystemandsoftwarebasedondoubleCPUsystemarediscussedrespectively1Comparingwithexistingdesigns,theproposeddesigncanaccordwiththedemandsoftheuptodaterequirementinpowerqualitymonitoringandithasadvantagesinperformance,computationvolumeandcost1Sothisdesignissuitabletobeinstalledonsiteinlargequantity1Keywords:powerquality;monitortechnology;ARM;Linux;Socket收稿日期:20050428随着电力电子技术的蓬勃发展和广泛应用,电力系统自动化有了众多技术创新和生产应用,与此同时,电力电子技术也给电力系统带来了许多不稳定因素,如电网谐波污染等,造成了电网的电能质量低劣。电能质量差一方面不利于电力系统安全运行,使电气设备寿命缩短、电网损耗增大、继电保护和自动装置误动;另一方面,随着电力系统改革,厂网分开,电能质量的好坏将直接影响到电力公司的市场占有率。电能质量的在线监测正是在这样的基础之上发展起来的。本文所介绍的电能质量监测装置具有以下的主要功能:连续监测公共供电点的电压偏差、三相电压不平衡度、电压谐波、频率偏差及用户注入电网的谐波电流和负序电流;电能质量指标超限报警及数据录波;完善的网络通信功能,实现对供、用电方的双向监督和电能质量故障分析与预报。1电能质量监测装置的系统设计系统要处理的任务种类繁多,既有周期性任务(数据采样、各种计算等,又有突发性任务(通信、人机交互等,同时还要保证系统的实时性,这种情况下不仅要求处理设备本身具有很高的速度和处理能力,而且还要具有实时任务调度能力,最后还要考虑到成本。在原有的DSP和PC机的双处理器结构中,DSP处理实时任务,PC机用于和用户交互,一定程度上解决了电能质量监测的实时性问题,但没有达到智能化和网络化的程度,而且采用PC机加大了设备的成本,不适于作为永久性在线监测设备大量安装于现场。目前流行的设计模式是采用DSP+MCU双处理器,通过双口RAM实现数据交换和协同工作。这样,在满足处理大运算量实时任务要求的同时,极大地降低了系统的设计成本。单片机用来分担部分实时性要求不高的系统任务,如系统配置管理、人机交互、通信等。但是,为了实现实时任务的调度,软件上必须结合嵌入式实时多任务操作系统,才能设计成真正意义上的嵌入式实时系统。比较上述2种设计模式的优缺点之后,选择以DSP+MPU为双处理器,开发出本文所要介绍的新型实时嵌入式电能质量网络监测装置。嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点,同时,在该领域技术成熟、产品类型多、选择空间大,满足各种性能需求的处理器比较容易获得。随着采用RISC体系的高性能MPU(比如采用ARM构架的处...