智能化电力参数测试仪应用研究

中海壳牌石油化工有限公司 汪万彩

随着社会的发展，人们对电力的需求越来越高，也越来越严格，面对现今电网越来越频繁地使用非线性设备使得电力供应过程中大批量的高次位谐波电流涌入电力传输接收的线路中，产生迫使电网活动的电压，甚至电路的电流波形都出现了意料之外异常变化，为了改善我国传统电力参数测量仪无法再顺应现今电力性能所需标准的现象，我们需要利用发展迅猛的半导体工艺来研发出可以切实解决我国电力实际问题的全新多样性功能的电力参数测量仪。

1.电力参数测试仪发展与相关概念

1.1 电力参数测试仪定义

电力参数测试仪就是一个汇数据采集以及控制两种功能于一体的多功能数据测量仪表。

1.2 电力参数测试仪特点

电力参数测试仪在实际生活中不仅能够顶替多款功能性仪表，其他功能性电力继电器，电力变送功能装置元件还有其他灵敏感应的机械元件；而且由于电力参数测试仪内部存有信息交换通讯的接口，所以几乎可以集成整合安装在所有配电监控电力系统的任何部位；由于自身具有很多优良特性，比如：可以连入高达600伏的直流电压，可以测量获得最大以及最小的所测数值，具有可自主进行测量值参数设定的报警与继电功能，甚至可以具有一定强度非线形结构的负荷进行真实有效的高精度测量等等；电力参数测试仪由于技术多变，所具有的功能也比较繁多，尤其是SMS更能展现出该仪器的高新先进特性。

1.3 电力参数测试仪发展历程

伴随着社会发展，现代微计算机技术也在不断进步，测量仪器也逐渐朝着功能多样化，以及精准度标准越来越高、越来越严的方向发展；不论是以电磁原理进行测量利用指针进行读数作为主要结构原理的仪表第一代还是提高了精准度与识别速度性能，以模拟信号测量转化成数字信号作为结构原仪表第二代，更或者是现在发展势头堪好，以功能多变，操作灵活，读数精准简便作为主要研究发展方向，兼具多种智能功能的仪表第三代，都可以说是展现技术发展以及人文观念创新的最好见证。

1.4 电力参数测量意义

随着社会的发展，人们电力系统负荷情况越来越复杂，来自各方面的干扰也越来越强，比如浪涌干扰，电压跌落等干扰都为电力带来了的安全隐患以及电力系统不稳定等问题，为了解决这些电力问题，我们需要切实了解电力情况，这就需要我们研究可以测量电力电网系统中电压、电流等的有效数值，以此分析电力运行情况，这对提高电力系统电能质量具有现实意义与社会经济利益。

2.智能化电力参数测试仪常见类型

智能化电力参数测试仪比起第一代与第二代在自身结构上主要添加了体积小巧，精准度高的微处理器甚至微型处理器，并结合多种参数传感器加强了自身线性以及过程性的功能延伸，使得自身功能变多彩多样，不仅具有强大的数据存储功能、快速大量的数据运算功能还兼具超强的逻辑评判功能以及智能非人为操控的自动校正，诊断等控制功能，第三代技术方面的先进性主要可以表现在以下几点：

（1）电力参数数值测取精确度高，获取数值多样，灵敏度强，使得读取的数据信号在判断，分析，自我调控处理呈现标准规范的线性与功能展现的过程性变化。

（2）电力系统中添加稳压触发器，反相器控制芯片等元件，甚至编制延时程序取代繁琐的电力硬件电路结构增强仪表判定、逻辑、控制性能强。

（3）增添组合结构的强逻辑性、实效性功能电路，以此增强电力系统仪表的存储，识别，评判功能。

（4）由于电力参数测试仪需要高精确度的复杂计算，所以第三代仪表在干扰电力输出数值准确度的电力电源，电力环境条件以及电力元件输送活动所产生的线路产热等问题方面有所改进，以及为出现在电力参数检测过程中常数的多次运算多次极限值比较进行计算技术的改进。

（5）第三代仪表在减轻电力参数测试仪装置内部硬件的同时也加强了仪表数据处理性能，甚至添加了数据检索以及引进专家专业评判处理进行数据优化自动诊断，检测等多种功能。

（6）第三代仪表通过添加智能校正，数值量程调节等功能减小测量过程中零漂以及量程量度所造成的数值的误差，并通过增添相关智能判断控制元件实现仪表故障报警以及故障点显示功能。

人们为了满足在快速的社会发展下人们对电力日益严格的需求，智能化电力参数测试仪不断进行着技术变化与形式更新，下面就介绍几种我国国内常见的仪表类型。

2.1 DSP智能电力参数测试仪

该类型的测试仪充分弥补旧有电力测量仪测量数值工序繁琐，精确度不够以及受限制于电力工频测量等问题，将谐波分析作为基础原理，使用DSP技术在硬件配置上取长补短，延续主从结构形式的智能控制方式，让89c51作为仪表的内部主机数据信息控制中心，选用TMS320F206作为仪表的从机数据信息控制中心，利用先进的双口结构的RAM信息控制芯片来有效调节仪表控制中心与DSP技术之间的存在数据信息的接收传送不良的问题，并结合外围接口电路增强仪表的功能多样特性，充分发挥技术芯片数据信息便捷快速控制的特点，以及信息数据控制核心元件MCU的定性操控功能；合理进行仪器内部信息数据获取元件，信息数据判定储存等控制元件，指令智能自主操控中心元件以及人工检测人机合理连接的信息数据通讯控制元件等各元件的调控；与此同时，在仪器的软件方面选择数据信息谐波分析进行电力参数智能测量，利用DSP的基-2 FFT数据收集运算方式进行128点的电力系统数据信息的离散采样，并通过结合电力系统模拟低通滤波硬件进行数据信息滤波参数设置限定来充分削弱电力数据信息收集过程中受到的电波干扰，图1是DSP智能电力参数测试仪电路结构图。

图1 DSP智能电力参数测试仪电路结构图

2.2 单片机智能电力参数测试仪

以8098单片机作为智能电力参数测试仪控制处理核心，并连入其他功能电力技术元件的单片机智能电力参数测试仪主要由8098单片机、程序储存器，数据存储器，键盘显示控制电路，键盘，显示器，打印机，互感器，整形电路等，而相关硬件可以按照图2结构组装而成，不仅可以满足国内电能用户基本需求，实现我国电力系统工作活动中所需参数数据信息的自我控制以及自主科学性检测，有效故障点报警功能，并且根据外联技术机械实现自动绘图以及数据信息的实时打印以及实时电力系统检测。但是该类型存在体积大，储存容量小等不足点。

图2 单片机智能电力参数测试仪硬件结构连接图

2.3 智能三相电电力参数测试仪

智能三相电电力参数测试仪主要使用ADC和DSP先进技术，通过计算机进行信息数据的操作处理；使用三路电压构成电力线路的输入通道来实现绝缘隔离效果，其三相电形成的电流通过结构为钳形方式的互感器进行电力输出，以提高其内部电力的安全性能；可依据发电机容量分为小型和大、中型两种类别，按照标准我们将容量小于等于50MW的定义为小型，容量大于50MW的定义为大中型，针对于小型结构依据如图3所示的结构作为测试原理图，大中型发电机转子交流阻抗测试原理结构图结构参照图4和图5所示；而在具体测量后我们会将测试所测电流电路电流与电力功率的乘积与电力系统中安置的互感器前后变化的比值作为实际值，其后依据系统所受的电压数值分析得出交流阻抗数值。

总而言之，无论是哪种智能化电力参数测试仪都在自身结构得到加强的同时，充分实现了数据信息传感，数据信息精确检测，所测数据信息评判处理，数据信号相互之间接收传送的通信以及实现精准自主的判断、检测等线性控制等各方面的功能。

图3 小型发电机转子交流阻抗测试原理结构图

图4 大中型发电机转子交流阻抗测试原理结构图一

图5 大中型发电机转子交流阻抗测试原理结构图二

3.智能化电力参数测试仪发展前景

回顾智能化电力参数测试仪器的发展，我们可以看到：集聚信息数据采集、精准测量与自主判断分析以及显示测量结果等三大功能的VI（也就是智能化虚拟电力参数测量仪器）成为了现今智能化电力参数测试仪的研究方向，因为它可以利用自身结构中的相关软件将需要进行测量的计算机硬件各数据资源良好的与测试仪硬件相结合，在减小了测量仪内部元件体积节约成本的同时还强化了所测数据信息控制与逻辑分析评判能力，不仅仅可以轻松精准展现所测数据还可以使自身兼具更为强大的数据存储能力。它可以充分满足我国国内电力市场正常运作活动以及常规管理的根本需求，弥补已经流通于电力市场的单片机型智能化电力参数测试仪数据转换繁琐无法进行高强度电力所需测量数据的高精准性参数测量目标需求。甚至结构性能上虽然可以实现所测电力数据的高精确度需求，但是自身结构具有应用范围不够宽泛，功能性差，不能进行较好移植甚至无法实现实时高速数据信号的控制处理等缺陷的数字型智能电力参数测试仪。笔者就此现状查阅多方资料并进行实地取证分析获得在智能化电力参数测试仪发展方面若要想解决我国的实际问题就需要朝着以下几点方向进行深入探索：

（1）小巧精致：为了节约成本，扩大电力参数测试仪的普及范围，避免安装使用时重量以及体积带来的局限性，我们需要仪器体积小巧。

（2）结构功能形式多样：智能电力参数测试仪主要是因为不仅兼具数据读取还可以进行数据的自动判断，自我控制等多样性功能作为主要使用目标进行新技术选配研究的，所以我们在智能化电力参数测试仪应用性研究过程中也一定要注意秉承这一指导原则，进行电力脉冲输出，数值读取显示，针对失压问题进行记忆性记录以及电力的负荷监测等等功能，真正实现经济利益最大化的一表多用目标。

（3）降低检测过程中的功能损耗：为了当出现电力的短时间暂停或者长时间暂停后的正常检测，我们需要将仪表工作功率消耗控制在不超过2VA的范围内，这样才能在电力无法供应的时候因为自我识别判断开启后备供电装置（如安装优质高效性能的锂电池）维持电流1mA状态下的应急措施。

（4）使用技术先进的新型内部元件：为了实现电力参数测试仪的小巧，低成本，多功能性，必然会利用不断发展更新着的电子元件，这不仅是自身发展的需求也是研究发展的需求。

（5）读数简便，准确：电力参数测试仪功能再多，其主要任务还是要进行电力检测数据的读取，所以我们在追求功能多样化的同时必须保证基本功能的完善，这个基本功能就是检测数据的高精度快捷读取与显示。一般为了保证此功能通常放弃旧有继电器机械结构的数值码数的轮显等测量数值的显示方式而是选择使用数据显示容量大，易观测，避免污染辐射等高性能且具有发光功能的二极管以及工作耗电量低的液晶显示器。

（6）研究发展编程逻辑元件：弥补现有智能电力参数测试仪结构过于简单，只适用于安置在较小电路结构中的不足，开发具有灵活多变性的逻辑结构以及成本低，技术先进，结构稳定，检验方便等特点的编程逻辑元件。

（7）选择性价比较高的技术支持元件：为了让智能电力参数测试仪用最少的时间实现高精度的数据测量效果，我们需要使用运算速率可以达到32位甚至更高的技术支持元件。

总之，智能电力参数测试仪应用发展主要就是向着体积小巧，功能多样，技术先进，花销成本最小化以及选择性价比较高的高精度支持元件进行智能化电力参数测试仪的研究。

4.结论

本文从介绍电力参数测试仪概念以及发展开始，之后给出现今国内几种常见的智能电力参数测试仪类型，对其优缺点进行简要论述，以此分析得出智能化电力参数测试仪器的发展研究方向。希望本文的观点可以为进行智能化电力参数测试仪的研究工作的广大读者朋友给予一定参考价值。

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