嵌入式電能計(jì)量裝置運(yùn)行狀態(tài)智能分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)論文

1、. . . . 畢 業(yè) 論 文學(xué)生學(xué) 號學(xué)院 文通學(xué)院專 業(yè)電氣工程自動化題 目嵌入式電能計(jì)量裝置運(yùn)行狀態(tài)智能分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師 助教/碩士（姓 名） （專業(yè)技術(shù)職稱/學(xué)位）2013年5月32 / 33摘 要：隨著信息化、網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的飛速發(fā)展，嵌入式的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)越來越廣泛，利用嵌入式操作系統(tǒng)解決問題已經(jīng)成為一種趨勢。本文針對電能計(jì)量裝置故障檢測的困難，介紹了一種基于S3C2410的電能計(jì)量裝置運(yùn)行狀態(tài)智能分析系統(tǒng)，深入分析了電能計(jì)量裝置異常與其造成的原因，對計(jì)量原理就進(jìn)行了仔細(xì)的研究，對自主設(shè)計(jì)的電能計(jì)量裝置運(yùn)行狀態(tài)智能分析系統(tǒng)的功能、接線方式、軟硬件設(shè)計(jì)環(huán)境等進(jìn)行了介紹,提出了一種針對電

2、能計(jì)量裝置系統(tǒng)錯接線的分析算法, 給出了程序設(shè)計(jì)的總體流程。關(guān)鍵詞：電能計(jì)量裝置,接線檢查,退補(bǔ)電量計(jì)算Abstract：With the rapid development of information technology, network technology, the application field of embedded has been more and more widely, using the embedded operating system to solve the problem is a trend.In view of the difficulty of ele

3、ctrical energy metering device failure detection,this paper introduces a kind of electrical energy metering device running status intelligence analysis system based on S3C2410，as well as the system's careful study,This angle introduce the electrical energy metering mechanism running status intel

4、ligence analysis systems function, the wiring way, and the software design environment,proposed one algorithm in view of the electrical energy metering mechanism system wrong wiring, given the programming flow and the system main surface.Keywords：electric energy metering device ,wiring inspection,co

5、mputation of give and append electric quantity畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信聲明本人聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）是在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作與取得的研究成果，論文中引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖表、資料均已作明確標(biāo)注，論文中的結(jié)論和成果為本人獨(dú)立完成，真實(shí)可靠，不包含他人成果與已獲得或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了意。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期：年月日畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）使用授權(quán)書本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文（設(shè)計(jì)）的復(fù)印件和電子版，允許論文（設(shè)計(jì)

6、）被查閱和借閱。本人授權(quán)農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）全部或部分容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）。本人離校后發(fā)表或使用該畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）或與該論文（設(shè)計(jì)）直接相關(guān)的學(xué)術(shù)論文或成果時，單位署名為。論文（設(shè)計(jì)）作者簽名： 日期：年月日指 導(dǎo) 教 師 簽 名： 日期：年月日目錄1 緒論41.1 電能計(jì)量裝置概況與其發(fā)展41.2 嵌入式簡介52 電能計(jì)量原理52.1 電能的基本計(jì)算62.2 有功功率的計(jì)算62.3 無功功率的計(jì)算72.4更正系數(shù)的計(jì)算82.5退補(bǔ)電量計(jì)算93 單相與三相電路接線分析113.1 單相與三相電路接線分析113.2 三

7、相三線143.3 三相四線173.4 小結(jié)194 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析194.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)204.2系統(tǒng)硬件分析204.3系統(tǒng)軟件分析254.4 小結(jié)28結(jié) 論29參 考 文 獻(xiàn)30致 311 緒論1. 1 電能計(jì)量裝置概況與其發(fā)展1.1.1 電能計(jì)量裝置概念電能計(jì)量裝置即電力系統(tǒng)中的發(fā)電廠、供電企業(yè)、用電戶三者之間對電能進(jìn)行計(jì)量與貿(mào)易結(jié)算的裝置，主要有：計(jì)量用電流互感器、電壓互感器、電能表、互感器與電能表之間的二次回路。其配套的附屬部件包括試驗(yàn)接線盒、失壓斷流計(jì)時儀、鉛封、電能計(jì)量箱 (柜)、電能量集抄設(shè)備1。電能計(jì)量裝置是電力市場中作為電能量貿(mào)易結(jié)算依據(jù)，是發(fā)電廠用于計(jì)量廠用電量依據(jù)，供電公

8、司用于測量每條線路的實(shí)際線損，工農(nóng)業(yè)客戶用于核算產(chǎn)品的電能成本，各單位用于計(jì)量下屬部門的分電量2。目前對電能計(jì)量裝置的檢查，相關(guān)部門單位通常采用相序表、計(jì)量用的電流（壓）表等獲得相關(guān)電參量的信息，再通過相關(guān)人員的研究分析得出有關(guān)錯誤接線的結(jié)論，不但浪費(fèi)大量時間，而且還容易產(chǎn)生不必要的問題。當(dāng)前能進(jìn)行接線錯誤判斷的相關(guān)設(shè)備很少，這對于滿足系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)的檢測來說是不足的。本系統(tǒng)統(tǒng)采用電能計(jì)量專用芯片ATT7022A（高精度三相電能專用計(jì)量芯片 ） 采集電參量，并通過SPI（同步串行外設(shè)接口 ）總線與ARM 嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行通信，通過高性能的嵌入式芯片對電參量進(jìn)行分析工作，判斷出故障的類型3。電能

9、計(jì)量裝置的核心在于怎樣正確的測量互感器的接線，并且能夠快速準(zhǔn)確的識別互感器二次端子與電能表之間連接的正確性以與計(jì)算退補(bǔ)電量，現(xiàn)前電力部門首先通過相序表、電能表現(xiàn)場校驗(yàn)儀、電流（壓）表、測量出必需的電參量，再由人工分析得出錯誤結(jié)果，這樣不僅耗時費(fèi)力，而且還容易出錯4。針對電能計(jì)量裝置故障檢測困難的現(xiàn)象，本論文設(shè)計(jì)了以利用S3C2410A芯片(Samsung公司基于ARM公司的ARM920T處理器核 )為核心的電能計(jì)量裝置，闡述了該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)、功能優(yōu)勢。該系統(tǒng)不但可以實(shí)現(xiàn)對電能計(jì)量裝置接線類型的正確識別，還可以進(jìn)行更正系數(shù)進(jìn)行計(jì)算以與退補(bǔ)電量的計(jì)算，并將信息聯(lián)至互聯(lián)網(wǎng)，并對信息進(jìn)行網(wǎng)上綜合管理

10、。1.1.2 電能計(jì)量裝置的發(fā)展 一、電能計(jì)量裝置的發(fā)展-電能表的發(fā)展。1、感應(yīng)式電能表的發(fā)展：我國電能計(jì)量裝置的情況是在20世紀(jì)50-70年代都是在研究交流感應(yīng)式的電能表，并隨著時代的發(fā)展，電能表的上下軸承問題，有單寶石改為雙寶石。再改為磁推軸承等措施來提高電能表的穩(wěn)定性，從而提高電能表的負(fù)荷電流和過負(fù)荷能力，達(dá)到電能表的長壽命要求。2、電子式和機(jī)電一體式電能表的發(fā)展：80-90年代驗(yàn)研制半電子式電能表和全電子式電能表 半電子式電能表就是機(jī)電一體式電能表?，F(xiàn)在我們基本是采用全電子表。3、智能電能表的發(fā)展：為深入貫徹落實(shí)國家電網(wǎng)公司“集團(tuán)化運(yùn)作、集約化發(fā)展、精細(xì)化管理、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)”的管理要求，

11、滿足電能信息采集和智能電網(wǎng)建設(shè)的需要，提高電能表規(guī)化、標(biāo)準(zhǔn)化管理水平，2007年左右提出了智能電能表的概念，原理還是電子表的原理。二、電能計(jì)量裝置的發(fā)展-互感器的發(fā)展。1、電磁式電流互感器和電壓互感器在電保護(hù)和電測量中占有主導(dǎo)地位，但是電磁式互感器不僅體積與質(zhì)量增大、價格上升，而且防爆困難、安全系數(shù)下降：鐵芯結(jié)構(gòu)且頻帶很窄，在磁飽和時二次信號波形易發(fā)生畸變，導(dǎo)致繼電器誤動作和計(jì)量失準(zhǔn)；2、電容式電壓互感器：其以價格低、組裝方便而廣泛應(yīng)用。但其對準(zhǔn)確度測試條件的要求十分嚴(yán)格，目前國產(chǎn)電容式電壓互感器只能作為供電量計(jì)量用，不宜作售電量計(jì)量用。3、霍爾式互感器：相關(guān)電路在加以霍爾元件后，使互感器具有

12、小體積、高精度的優(yōu)勢，對于電流，電壓的測量帶來很大的便利。但該種類的互感器采用鐵心結(jié)構(gòu)，不可避免的帶來磁飽和的問題。4、電子式互感器：由于近年來光電子技術(shù)的發(fā)展，研究人員又開發(fā)出一種結(jié)構(gòu)簡單、高性價比、寬輸出圍的無鐵芯式的電子式互感器。 1.2 嵌入式簡介IEEE（國際電氣和電子工程師協(xié)會）對嵌入式系統(tǒng)的定義：“用于控制、監(jiān)視或者輔助操作機(jī)器和設(shè)備的裝置”。 簡單地講，嵌入式系統(tǒng)是一種用于控制、檢測或協(xié)助特定機(jī)器和設(shè)備正常運(yùn)裝的計(jì)算機(jī)。它通常由嵌入式處理器，硬件設(shè)備和系統(tǒng)軟件。其中，前者是嵌入式系統(tǒng)的核心部件5678。嵌入式系統(tǒng)發(fā)展主要經(jīng)歷了四個階段：無操作系統(tǒng)階段、簡單操作系統(tǒng)階段、實(shí)時操作

13、系統(tǒng)階段和面向Internet階段，其微處理器先后經(jīng)歷了從最初的4位到現(xiàn)如今的64位，性能得到很大的提高！嵌入式系統(tǒng)具有如下四個特性：（1）執(zhí)行特定的功能；（2）以微處理器與外圍設(shè)備為核心；（3）時序嚴(yán)格、穩(wěn)定性要求高；（4）全自動操作。2 電能計(jì)量原理本系統(tǒng)主要功能包括電壓、電流互感器極性的檢查、互感器斷線的檢測、單相接線方式的判別、三相三線（四線）連接組別檢查、錯誤接線時的更正系數(shù)計(jì)算、退補(bǔ)電量計(jì)算、條碼掃描、打印與輔助計(jì)算等。其中如何判斷計(jì)量裝置接線方式是本系統(tǒng)的主要功能。2.1 電能的基本計(jì)算電能的計(jì)量通常根據(jù)如下公式來實(shí)現(xiàn)，即： （2.1）其中，W(t)， p(t)，u(t)， i(

14、t)分別為電能值，瞬時功率，瞬時電壓，瞬時電流，通過上式，不難發(fā)現(xiàn)，電能的計(jì)算即為功率與時間值的成績，因此，電能的計(jì)算可通過對功率的計(jì)算來得以實(shí)現(xiàn)。2.2 有功功率的計(jì)算對于有功功率，通常將有功功率有單相和三相之分，其中還分為制有功功率和制有功功率。1、 計(jì)算： （2.2） （2.3）式中，P為有功功率，U為電壓的有效值，I為電流的有效值，為功率因素角，E代表電能。2、 制有功功率的計(jì)算： （2.4）當(dāng)三相對稱時，則有 （2.5)二表法向量圖:圖2.1三相三線制電路有功功率向量圖3、 電路的有功功率的計(jì)算：三相四線電路可看成由三個單相電路組成，所以總的電能為各相電能之和。因?yàn)殡娔芘c功率僅差一個

15、時間因子，所以為方便起見，以下用功率表示單位時間的電能。 (2.6)當(dāng)三相四線制電路完全對稱時，三相功率為: (2.7)二表法向量圖：圖2.2三相四線制有功功率計(jì)算向量圖2.3 無功功率的計(jì)算1、 單相交流電路無功功率的計(jì)算： （2.8）2、 三相四線制電路無功電能的計(jì)算： （2.9） 3、三相電路完全對稱時無功功率的計(jì)算： （2.10）4、在三相四線制無功電能測量中，最常用的就是90º無功電能表，利用90º移相法進(jìn)行電能測量，如圖2.3所示：圖2.3 90º移相法無功電能測量原理圖5、 設(shè) 經(jīng)90°移相后，加到有功測量單元上。如圖，無功功率。這種方法，

16、常用于電子式電能表和標(biāo)準(zhǔn)電能中。2.4更正系數(shù)的計(jì)算更正系數(shù)G的定義為：更正系數(shù)G是在同一功率因數(shù)下，電能表正確接線方式下的計(jì)量電能量W與錯誤接線方式下計(jì)量電能量的電能值W'之比，即： （2.11）若正確計(jì)量功率記為，錯誤計(jì)量功率記為 ，錯誤接線時間記為t，則W=P_ Right×t，W=P_Wrong×t。則更正系數(shù) （2.12）即更正系數(shù)為接線正確情況下的功率與接線錯誤情況下的功率之比。式（2.12）中W為正確接線時的真實(shí)電能量（一個抄表期）；W是發(fā)生故障接線時的虛假電量，可由本月與上月抄見量之差得到，若電表的鋁盤反轉(zhuǎn)，W則為負(fù)。此時的G為真實(shí)電量與虛假電量的倍

17、數(shù)之比。一般來講，可由在故障接線的情況下，電壓與電電流之間的向量圖得出，從而求出G，即。若知道G的值就可以由此得出正確電量，即，該公式表明通過更正系數(shù)K，求出用戶所用的真實(shí)電量W，還原事物的本來面目。正確計(jì)量方式下P_ Right是固定不變的，主要分為如下幾種情況：（1）單相電能表計(jì)量（2）三相三線兩元件電能表計(jì)量（3）三相四線三元件電能表計(jì)量當(dāng)發(fā)生錯誤接線時，電能表所記錄的功率P_ Wong可先按元件計(jì)算，每一個元件的功率為實(shí)際所接的電壓、電流以與電壓與電流夾角的余弦值的乘積，將所有元件功率相加即可得到總功率。用戶用的真實(shí)電量始終為正，此外還有一下規(guī)律：(1) G>l，少計(jì)電量，表慢(

18、2) G=1，計(jì)量正確，(3) 0<G<1，多計(jì)電量，表快(4) G<0，表反轉(zhuǎn)， (5) G為無窮大或者G為無窮小時就不能用來計(jì)算實(shí)際功率了，此時用 （2.13）2.5退補(bǔ)電量計(jì)算當(dāng)電能計(jì)量裝置接線有錯誤時，必然會出現(xiàn)多計(jì)、少計(jì)或不計(jì)電量的問題。所以，經(jīng)接線檢查發(fā)現(xiàn)錯誤后，除應(yīng)改正接線外，還應(yīng)該更正電量。所謂更正電量就是根據(jù)錯誤期間的抄見電量，求出用戶的實(shí)際用電量，并進(jìn)行將多計(jì)的電量退還給用戶，少計(jì)的電量由用戶補(bǔ)交回來，即電量的退補(bǔ)。1、 接線錯誤退補(bǔ)電量的計(jì)算。（1） 更正系數(shù)法。更正系數(shù)就是正確電量與錯誤電量之比，即 （2.14）W-電能表錯誤接線期間的抄見電量，kWh

19、；W0-錯誤接線期間的正確電量，kWh；則實(shí)際電量為 （2.15） （2）相對誤差法。利用誤接線計(jì)量裝置的總體相對誤差來計(jì)算差錯電量，即原來的電能表仍按錯誤接線運(yùn)行，在此基礎(chǔ)上再選擇一只正標(biāo)準(zhǔn)的電能表進(jìn)行正確接線，選擇一樣時間正常負(fù)荷進(jìn)行測試，就可得到誤接線的總體的相對誤差 （2.16） W'-試驗(yàn)期間，誤接線所計(jì)量的電能量，kWh；W0'-試驗(yàn)期間正確接線所計(jì)量的電能量，kWh；-誤接線方式下，%當(dāng)計(jì)量電量為W時，正確計(jì)量結(jié)果為 （2.17） 則退補(bǔ)電量為 （2.18） W-誤接線所計(jì)量的電能量，kWh；W0-實(shí)際用電電能，kWh；W-退補(bǔ)電量應(yīng)該說明的是，不僅包含了被試電能

20、表的元件誤差，還包括了接線引起的計(jì)量誤差。(3) 估算法竊電發(fā)生后，發(fā)生如下情況就不能通過計(jì)算法得出差錯電量，只能由估算法得出。計(jì)量裝置不轉(zhuǎn)；在負(fù)荷功率因數(shù)不是定值的情況下，圓盤可正轉(zhuǎn)，可反轉(zhuǎn)；三相負(fù)荷極不對稱；錯誤接線期間的抄見量不明。可通過設(shè)備容量，設(shè)備的利用率設(shè)備運(yùn)行時間進(jìn)行估算。若有的確定相關(guān)用戶信息，可同期的用電量得出實(shí)際用電量，最后根據(jù)相關(guān)條例核算電量。二、倍率不符時退補(bǔ)電量的計(jì)算倍率不符通常是指互感器的變比（實(shí)際使用）與記錄登記的變比不相符合。由于倍率不符，所以計(jì)量出的抄見電量將是錯誤電量，應(yīng)更正計(jì)算。 （2.19）上式可看出互感器變比（實(shí)際運(yùn)行）k1與互感器變比（登記在冊）k2

21、是影響計(jì)算的主要因素，若設(shè)正確電量為1，則兩元件時錯誤電量為1/2*k1/k2，三元件時錯誤電量為1/3*k1/k2。所以對于兩元件電能表時正確電量為互感器錯誤時電量為對于三元件電能表時正確電量為互感器錯誤時電量為“±”由互感器的極性確定，極性正確時為正值，極性反時為負(fù)值。三、電能表超差退補(bǔ)電量的計(jì)算。供電營業(yè)規(guī)則規(guī)定：計(jì)費(fèi)電能計(jì)量裝置誤差超出允許圍或記錄不準(zhǔn)，供電公司應(yīng)按實(shí)際誤差與起訖時間，退還或補(bǔ)交電費(fèi)。電能表超差就是指電能表所測量的實(shí)際值超出電能表的準(zhǔn)確度等級，所以應(yīng)對超差表計(jì)測量出的數(shù)值予以更正。計(jì)算公式為：W-退補(bǔ)的電量，kWh；W-抄見的電量，kWh；-電能表誤差，%退補(bǔ)

22、的電量值由電能表的實(shí)際誤差的正負(fù)極性即快慢來決定的。當(dāng)實(shí)際誤差值為正值時，表示電能表轉(zhuǎn)得快，計(jì)算出的電量值為正值，需退給用戶電量；當(dāng)實(shí)際誤差值為負(fù)值時，表示低昂能表轉(zhuǎn)的慢，計(jì)算出的電量值為負(fù)值，需向用戶追補(bǔ)電量。3 單相與三相電路接線分析電能計(jì)量裝置的接線通常是將電能表、電壓(電流)互感器遺跡所測線路之間的，它通常由所測對象（有功、無功電能）、被測電路（單相、三相三線、三相四線）、電能表、電能計(jì)量用的電壓（電流）互感器等決定。電能計(jì)量裝置的接線必須正確的按照計(jì)量的要求和規(guī)程的規(guī)定來進(jìn)行，如果接線不正確，將會對測量的結(jié)果造成影響。按被測電路的不同可以將電能計(jì)量裝置分為三類單相、三相三線和三相四線

23、。在電能計(jì)量裝置的接線過程中，可能會出現(xiàn)一些錯誤的接線。其中，一般包括如下幾種情況：（1）電能表的電壓回路和電流回路接線錯誤，（2）電流互感器和電壓互感器極性反接與開路短路9。3.1 單相與三相電路接線分析3.1.1單相一、 單相電能表直接接入式單相電能表直接接入式正確接線如3.1所示計(jì)量功率：式中單相交流電的相電壓；單相交流點(diǎn)的相電流；功率因數(shù)角。單相電能表直接接入式正確接線如圖3.1所示AO圖3.1直接接入單相有功電能表的正確接線向量圖如圖3.2所示： UAO ·IAO·圖3.2直接接入單相有功電能表向量圖二、經(jīng)互感器接入單相有功電能的正確接線如圖3.3所示：圖3.3經(jīng)

24、互感器接入單相有功電能表的正確接線3.1.2 基本接線錯誤 常見的單相有功電能表的接線錯誤類型有很多，其中常出現(xiàn)的列舉如下幾種：單相有功電能表的火線和零線互換，單相有功電能表電流互感器二次開路，單相有功電能表電流互感器二次側(cè)短路，單相有功電能表電壓小鉤斷開等10。（1） 單相有功電能表的火線和零線互換NA圖3.4 單相有功電能表的火線和零線互換圖計(jì)量功率：結(jié)論：電能表正轉(zhuǎn)，當(dāng)負(fù)荷側(cè)接地易漏計(jì)電量。 （2）單相有功電能表電壓小鉤斷開圖3.5單相有功電能表電壓小鉤斷計(jì)量功率：結(jié)論：電表不轉(zhuǎn)。（3）單相有功電能表電流互感器二次開路圖3.6單相有功電能表電流互感器二次開路計(jì)量功率：結(jié)論：電表不轉(zhuǎn)（4）

25、單相有功電能表電流互感器二次側(cè)短路圖3.7單相有功電能表電流互感器二次側(cè)短路計(jì)量功率：結(jié)論：電表不轉(zhuǎn)3.2 三相三線3.2.1三相三線高壓電路有功電能的接線*圖3.8 三相三線高壓電路有功電能接線計(jì)量功率：UAUCIAIBICUABUCB向量圖：圖3.9 三相三線高壓電路有功電能接線向量圖3.2.2 基本的錯誤接線*(1)三相三線電能表電流互感器二次側(cè)A相反接圖3.10 三相三線電能表電流互感器二次側(cè)A相反接計(jì)量功率：而正確計(jì)量功率為：（2）三相三線電能表電壓進(jìn)線AB相互接錯*圖3.11三相三線電能表電壓進(jìn)線AB相互接錯計(jì)量功率：正確的功率為（3）三相三線電能表電壓回路AB接錯，A相電流互感器

26、二次接反*圖3.12 三相三線電能表電壓回路AB接錯，A相電流互感器二次接反計(jì)量功率：正確計(jì)量功率為：*3.3 三相四線3.3.1 三相四線電能表的接線分析一、直接接入式三相四線電能表的接線圖3.13直接接入式三相四線電能表的接線計(jì)量功率：二、帶電流互感器的三相四線電能表的接線（CT二次不能接地）*K2K2K2K1K1K1圖3.14帶電流互感器的三相四線電能表的接線計(jì)量功率：三、帶電流互感器的三相四線電能表的接線（CT二次必須接地）*K2K1K2K1K2K1ABNC圖3.15帶電流互感器的三相四線電能表的接線（CT二次必須接地）計(jì)量功率：3.3.2 基本接線錯誤三相四線制是由三根火線和一根零線

27、組成，其中，每兩根根火線之間的電壓是380V，每根火線與零線之間的電壓是220V。通過這種供電方式，既可以讓用電戶使用到220V的相電壓，如家用照明，小型電機(jī)等，也可用到三相電，如三相馬達(dá)，高功率設(shè)備等。三根火線適用于三相電，單相電則使用火線、零線各一根。后者用電量較大時，可使用三路單相電的方式供電，使得電網(wǎng)所受負(fù)荷均勻、工作穩(wěn)定。不同于三相三線計(jì)量裝置，三相四線具有的計(jì)量裝置有三個，根據(jù)其可能出現(xiàn)的接線方式，我們例舉典型的幾種故障接線方式。一、三相四線電能表電流回路三相開路*圖3.16三相四線電能表電流回路三相開路計(jì)量功率：P=0，此時的電能表不轉(zhuǎn)二、三相四線電能表電流回路二相短路*圖3.1

28、7三相四線電能表電流回路二相短計(jì)量功率：上式可知，原本計(jì)量功率為，現(xiàn)計(jì)量結(jié)果少計(jì)了2/3的電量。三、三相四線電能表電壓回路一相開路*圖3.18三相四線電能表電壓回路一相開路計(jì)量功率：同理，對比正確接線方式的計(jì)量功率，此故障接線將導(dǎo)致1/3的電量少計(jì)。3.4 小結(jié)本章對單相、三相三線，三相四線電能計(jì)量裝置典型的故障接線進(jìn)行了系統(tǒng)、層次的分析；總結(jié)了這三種情況下的故障接線產(chǎn)生的電能計(jì)量的影響；對常見的單相，三相三線，三相四線電能計(jì)量裝置給出了正確的接線方式。4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要分為硬件和軟件兩本分，硬件部分主要是針對計(jì)量裝置整體設(shè)計(jì)而言，并且給出相關(guān)的設(shè)計(jì)圖，軟件部分主要是針對系統(tǒng)部功

29、能各個模塊的介紹，闡述整個計(jì)量裝置實(shí)現(xiàn)的基本過程。4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動化技術(shù)、信息化等高端科技的不斷發(fā)展，電力市場信息化的改革呼聲也越來越高，電能計(jì)量裝置異常的問題已經(jīng)越來越受到人們的重視，靠原有人工判斷電能計(jì)量裝置異常的方法已經(jīng)不能適應(yīng)形勢的要求，因此，開發(fā)一種集電能計(jì)量裝置錯接線自動檢查和自動退補(bǔ)電量計(jì)算一體的系統(tǒng)已經(jīng)成為電能計(jì)量工作的當(dāng)務(wù)之急。結(jié)合嵌入式系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，本課題設(shè)計(jì)的電能計(jì)量裝置運(yùn)行狀態(tài)智能分析系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場計(jì)量裝置包括電壓互感器的自動檢查，電流互感器的自動檢查，電能表的運(yùn)行狀態(tài)、接線異常的自動檢查，并能夠自動分析計(jì)算異常接線下的更正系數(shù)、退補(bǔ)電量。

30、4.2系統(tǒng)硬件分析硬件部分，它是提供整個系統(tǒng)可見的“實(shí)體”，而軟件部分則是這個“實(shí)體”部的功能邏輯，嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)對于硬件的要求非常高，這與其他類型系統(tǒng)的開發(fā)上有所區(qū)別。一個目標(biāo)硬件平臺主要分為三部分處理器核、芯片外圍電路、板極外圍電路。其體系框圖如圖4.1圖4.1 硬件平臺體系圖就處理器核心部分，嵌入式核不僅可以設(shè)置正確的工作模式，也可以正確的選擇相關(guān)的寄存器；而芯片的外圍電路的初始化流程必須正確依照處理器核的初始化流程去執(zhí)行；對于板極外圍的初始化流程可通過有關(guān)的BSP來解決，并通過嵌入式操作系統(tǒng)來提供BSP的外設(shè)驅(qū)動。 本課題主要研究和分析智能化的電能計(jì)量系統(tǒng)。由于用戶需求的不同，這個系

31、統(tǒng)必須具備如下屬性：（1）友好的界面：和PC一樣不但具有處理數(shù)據(jù)能力、低功耗、輕便小巧等特性，還要求能夠就行數(shù)據(jù)的實(shí)時傳輸，能夠?yàn)榉治鰯?shù)據(jù)提供方便；同時系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展接口以支持系統(tǒng)的升級；除此之外，為了方便用戶對本機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢與處理，提供相應(yīng)存儲空間并通過配備觸摸屏，為用戶提供一個方便的操作界面。根據(jù)以上系統(tǒng)的要求屬性，且S3C2410處理器低價格，低功耗，高性能的優(yōu)點(diǎn)，加之其具有豐富的外設(shè)便于集成所需與目標(biāo)系統(tǒng)的構(gòu)建，故本課題選擇S3C2410處理器（以ARM920T為核的132位RISC處理器）進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)研究。基于S3C2410的設(shè)計(jì)分析，將系統(tǒng)的硬件分為三個部分電參量采集電路、

32、2410核心電路、2410接口通信電路。系統(tǒng)硬件總框架圖如圖4.2所示。圖4.2 系統(tǒng)硬件硬件主要由S3C2410芯片， SDRAM存儲器（32M）和的FLAS存儲器（64MB），電源模塊，復(fù)位模塊，USB模塊，JTAG接口模塊，LCD顯示控制模塊，電參量采集模塊等組成。其中，電參量采集電路(電壓，電流采樣電路如圖4.9,圖4.10)由電壓、電流采集電路與電能計(jì)量芯片（ATT7022）構(gòu)成。部分模塊電路圖如下。（1）電源轉(zhuǎn)換電路如圖4.3：圖4.3 電源轉(zhuǎn)換電路（2） 復(fù)位電路如圖4.4：圖4.4 復(fù)位電路（3）JTAG接口電路如圖4.5：圖4.5 JTAG接口電路（4） LCD控制電路如圖4

33、.6：圖4.6 LCD控制電路（5） USB模塊電路如圖4.7：圖4.7 USB模塊電路（6） 晶振電路如圖4.8：圖4.8 晶振電路圖4.9 電壓采樣電路（7）電壓采樣電路如圖4.9：（8）電流采樣電路如圖4.10：圖4.10 電流采樣電路4.3系統(tǒng)軟件分析系統(tǒng)主要由五大模塊組成，分別是數(shù)據(jù)采集分析模塊，互感器檢查模塊，接線方式判定模塊，更正電量計(jì)算模塊，輔助計(jì)算機(jī)功能模塊，條碼掃描功能模塊，綜合信息查詢模塊，打印報表模塊，通訊模塊，如下圖4.11所示。圖4.11系統(tǒng)功能4.3.1 系統(tǒng)各功能模塊分析一、數(shù)據(jù)采集分析模塊可實(shí)現(xiàn)如下功能:(1) 處理信息查詢 1) 按人員(工作人員)； 2)

34、按處理類別(退補(bǔ)電量)； 3) 按日期(故障發(fā)生日期)。(2) 電能表數(shù)據(jù)查詢 常用電能表型號、參數(shù)、廠家、功能等查詢。二、 互感器查詢模塊可實(shí)現(xiàn)如下功能： (1)電壓互感器常用電壓互感器型號、參數(shù)、廠家、功能等查詢。 1) 按電壓等級分； 2) 按精度分； 3) 按原理結(jié)構(gòu)分； （2）電流互感器信息查詢常用電流互感器型號、參數(shù)、廠家、功能等查詢。 1) 按電壓等級分； 2) 按精度分； 3) 按原理結(jié)構(gòu)分；接線方式查詢模塊可實(shí)現(xiàn)如下功能：1)單相接線判斷；2)三相三線制判斷；3)三相四線制判斷。四、更正電量的計(jì)算模塊可實(shí)現(xiàn)如下功能：更正電量的計(jì)算是本系統(tǒng)的核心，其中，更正系數(shù)G與退補(bǔ)電量可由

35、輸入的信息自動計(jì)算出，同時輸出相關(guān)理論計(jì)算參數(shù)。其相關(guān)計(jì)算步驟如圖4.12、圖4.13所示。更正電量計(jì)算基本信息輸入，如圖4.12所示：圖4.12更正電量計(jì)算基本信息輸入追補(bǔ)電量計(jì)算處理流程，如圖4.13所示：圖4.13追補(bǔ)電量計(jì)算處理流程(1) 相關(guān)信息輸入相關(guān)信息輸入如下： 1) 用戶名：客戶； 2) 用戶號：客戶編號； 3) 地址：計(jì)量裝置安放點(diǎn)； 4) 故障檢測員：XXX； 5) 檢測員單位；XXX；6) 計(jì)量器具與其型號：計(jì)量器具型號；7) 規(guī)格：、變比值；8) 投運(yùn)日期：XXX；9) 運(yùn)行時間：XXX； (2)故障情況描述 1) 互感器異常主要包括如下形式。 .：； .：； .：；

36、 .：； 2) 電能計(jì)量表接線異常計(jì)量表異常接線通常為單相、三相接線異常。 3) 倍率差錯。 (3) 故障處理其它已知條件 1)故障發(fā)生日期：年月日時分； 2)故障更正日期：年月日時分； 3)近期日平均負(fù)荷( )：(前一月、二月、季度、半年)； 4)近期(正常)平均功率因數(shù)：(前一月、二月、季度、半年)；4、 輔助計(jì)算機(jī)功能模塊實(shí)現(xiàn)如下功能：可實(shí)現(xiàn)如下的計(jì)算，輸入計(jì)算已知條件，通過自動計(jì)算得出結(jié)果。 (1) 有關(guān)倍率計(jì)算； (2) 分時表分時電量計(jì)算； (3) 功率因數(shù)計(jì)算； (4) 互感器變比計(jì)算(已知容量或?qū)嵱秘?fù)荷)； (5) 校驗(yàn)裝置（電能表）測量不確定度計(jì)算； (6) 校驗(yàn)裝置（互感器

37、）測量不確定度計(jì)算；5、 條碼掃描功能模塊可實(shí)現(xiàn)如下功能：通過事先錄入的信息，讀取條碼所對應(yīng)的各個信息6、 綜合信息查詢模塊，打印報表模塊，通訊模塊這兩個個模塊主要實(shí)現(xiàn)相關(guān)電能計(jì)量信息的查詢，相關(guān)規(guī)定、辦法的查詢，并通過打印模塊實(shí)現(xiàn)在線打印。7、 通訊模塊實(shí)現(xiàn)本裝置與外界的通訊，實(shí)行數(shù)據(jù)的交換4.3.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖經(jīng)仔細(xì)分析，設(shè)計(jì)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖，如圖4.14所示：圖4.14系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖4.3.3 系統(tǒng)操作系統(tǒng)移植早期的硬件設(shè)備很簡單，軟件的編程和調(diào)試工具也很原始，與硬件系統(tǒng)配套的軟件都必須從頭編寫。程序大都采用匯編語言，調(diào)試是一件很麻煩的事情。隨著系統(tǒng)發(fā)展的越來越復(fù)雜，操作系統(tǒng)就顯的很必

38、要了。操作系統(tǒng)能夠有效管理越來越復(fù)雜的系統(tǒng)資源。操作系統(tǒng)能夠把硬件虛擬化，使得開發(fā)人員從繁忙的驅(qū)動程序移植和維護(hù)中解脫出來。操作系統(tǒng)能夠提供庫函數(shù)、驅(qū)動程序、工具集以與應(yīng)用程序11。本文采用了具有實(shí)時性特點(diǎn)操作系統(tǒng)是專門為消費(fèi)類電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)的操作系統(tǒng)，它是微軟公司在嵌入式操作系統(tǒng)領(lǐng)域的一個非常重要的產(chǎn)品，不但具有的32位、多線程、多任務(wù)的操作系統(tǒng)的特色，還具有較好的模塊性、多媒體功能和人機(jī)交互界面11。同時該操作系統(tǒng)還支持ARM、MIPS等多個系列處理器的體系結(jié)構(gòu)，并具有非常完善的系統(tǒng)庫。Windows CE為嵌入式市場重新設(shè)計(jì)，為快速建立下一代智能移動和小存占用的設(shè)備提供了一個健壯的實(shí)時操作系統(tǒng)。Windows CE.net具備完整的操作系統(tǒng)特性集和端對端開發(fā)環(huán)境。4.4 小結(jié)本章