金萍 姜莉
摘 要:为了使智能电力检测仪稳定运行,针对破坏系统正常运行的电网谐波干扰,以及信号传输引起的干扰、系统电源回路的脉冲干扰、空间干扰,采取了相应的硬件和软件抗干扰对策。硬件方面主要有屏蔽浮地技术、接地技术、信号出入端加设 RC 滤波器、控制器的输入电源采用低通滤波器等技术;软件方面主要有NOP 指令、设置自检程序、WATCHDOG、软件陷阱和指令冗余等技术,从而大大提高了智能电力检测仪的系统抗干扰能力。
关键词:智能电力检测仪 硬件 软件 抗干扰 对策
中图分类号:TM76 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)12(b)-00-01
由于电力电子科学技术的快速发展发展以及用电负荷的大量增加,负荷容量日益呈现出冲击性、不对称性、非线性等特征,导致电流波形、电网电压畸变发生的概率增大,电网频率在 50 Hz 上下波动。当前,传统的电力监测仪表已渐渐滞后于系统性能发展的要求,具有高精度、智能化特征的智能电力检测仪得到了越来越广泛的应用,但具备良好的抗干扰性能则是保证智能电力检测仪正常、稳定运行的基本条件。
1 智能电力检测仪的特征
智能电力监测仪,是指基于微处理器的智能化仪器,具有强大的通信功能和检测功能。与传统电力监测仪相比,它具有高精密度、高稳定性、高灵敏度、线性动态范围大等特征,呈现出一系列传统电力检测仪所不具备的优点,诸如多功能、容易智能化、低功耗、小体积、精密结构等。
随着微电子技术的高效、快速发展,智能电力监测仪的智能化、高精度的优势日益明显。因此,要实现电能质量合理、高效、准确的监测,智能电力监测仪是最合适的方案,也是当前电力监测装置发展的新方向。
2 智能电力检测仪系统干扰的因素
电网中负荷是不断变化的,加上大型设备的投入与切除,以致电网时常发生剧烈波动。伴随着工业的高速发展,电力系统中大量增加的非线性负荷,导致电网中产生的干扰现象日益频繁,呈越来越复杂化、越来越严重的发展趋势。干扰破坏智能电力监测仪系统正常运行的因素较多,总结有如下因素:
2.1 电网谐波干扰
谐波的产生主要来源于谐波电流源,当非线性负载上被施加正弦波(基波)电压时,负载上的电流为非正弦电波,这样的负载就成了电力系统中的谐波源。同样,当电网中投入与切除电力电子设备或大功率的动力设备工作时,都将使电网产生高次谐波,电源电压的剧烈波动和波形畸变,而谐波的波形畸变有能导致设备的误动误判。
2.2 信号传输引起的干扰
传统概念认为干扰是因电磁场受外界干扰产生的,而不是从电缆编织网“漏进去的”。干扰感应电流Ig是在电缆外屏蔽层上产生的,并在电缆外屏蔽层“纵向电阻(阻抗)”上形成感应电动势Vg,Vg通过75 Ω匹配负载的电缆两端形成回路。如果输电电缆过长和阻抗不相匹配,会引起过长的回路和波形发生畸变,与视频信号混在一起,形成视频干扰的现象,则会增加测量误差的可能性。
2.3 系统电源回路的脉冲干扰
220 V的交流电源是装置的控制电源。当附近有切除感性负载或有投入大型负载时,交流电源上将会引起的波动较大。控制系统的供电会因电机的启停、大功率开关的通断、电焊等因素而变得不正常。这种干扰对微机系统正常运行产生较为严重的影响,据统计因电源干扰导致微微处理器系统出现错误比例占总错误的80%。
2.4 空间干扰
这种干扰主要指电磁场在壳体、导线、线路上的辐射、吸收和解调,通过电磁波的发射,利用周围的可控硅逆变电源、电气设备发射机等外部和内部系统,发出磁干扰和电干扰,导致微处理器不能正常
工作。
3 智能电力检测仪系统抗干扰的对策
为了抑制电网干扰所造成稳压的波动,可以采取硬件和软件两种抗干扰设施,一般来说,硬件设施是第一道防线,软件设施是作为第二道防线的。因为只有硬件消除绝大多数干扰,软件干扰设施中的CPU 才能正常工作,为保证系统工作效率和实时性,要硬件和软件抗干扰设施相结合。
3.1 硬件抗干扰措施
(1)为减少共模干扰,输入方式上可采用双层屏蔽浮地方式。(2)确保“数字地”与“模拟地”能够正确的处理。数字电路是非线性的,电流冲击因逻辑门的开关而产生,以致其在数字地上较为强烈高频扰动,因此数字地与模拟地要分别与电源端底线相连,不能有共同环路或者路径,且只应单点连接;系统内部的噪声耦合在一定程度上可通过良好的接地的方法来抑制;为提高系统的抗干扰能力,在布置线路时应将尽量使用的加粗接地线。(3)干扰源频带的敏感性方面,可通过选用有源低通滤波器和无源RC 滤波电路方法来在降低系统干扰源频带的敏感性。(4)在电路板的计阶段,要保证合理、正确布线,尽量使用短而粗高频线的方式布线来降低对DSP硬件系统中最容易出现高频干扰,另外要远离易受干扰的信号线,如模拟信号等。
3.2 软件抗干扰措施
(1)我们可以运用单字节如NOP空指令命令,在程序关键的位置插入,就能让在程序区偏移的程序步入正途。除了单字节,双字节指令也可同样操作,可使后面的指令串联在一起。保证了程序的稳定,这样可以防止指令不易受外部干扰,即使有也不影响其他程序的执行。(2)编译自我检测程序。在一些重要单元内存位置设立标识,这样在程序启动时,可以自我监测,为信息的传送和储存保驾护航。(3)软件陷阱技术和指令冗余技术的运用。二者都是应对程序异常时采用的,软件陷阱技术在表格区或非程序区域异常时,可以阻拦跑飞的程序,通过矫正PC 指针使程序步入正轨。指令冗余技术是在程序区将走飞的程序矫正,如通过NOP指令将后面的指令串联在一起,可以保证指令操作的正确执行。而LJMP,RET,LCALL等跳转程序指令同样起着防止外部传输信号的干扰,保证指令安全有效运行的作用。
4 结语
智能电力检测仪的系统抗干扰的因素很多,该文仅对较为常见的影响因素进行了分析并提出了有针对性的措施。若在智能电力检测仪实际运用中采纳上述若干抗干扰建议,将会微处理器系统的抗干扰能力和可靠性能大大提高,产生较好的经济效益和社会效益。
参考文献
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