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由于大量非线性负荷相继投入到电力系统中,出现了谐波电压、谐波电流、三相不平衡、电压波动和闪变、频率偏差、电压骤降和骤升等电能质量问题。因此,供电公司和电力客户越来越关注电能质量问题。及时准确分析电能质量参数,对于电气设备安全生产、增强国民经济的总体效益、保障居民生活水平有着重要的意义。由于电能参数的时变特性和分布特性,必须对电能分布网络上的多点电能参数进行实时监测和分析,才能得到电能质量参数,进而找出导致电能质量恶化的可能原因,为相关部门采取有效措施提供决策依据,提高总体电能质量。
本文通过研究电能质量参数指标、测量和分析方法,提出了一种基于ZigBee的电能质量监测系统。ZigBee作为一种低功耗、低速率、低成本的全双工通信方式,近年来受到了各方的高度关注。本文首先论证了ZigBee应用于电力系统的可行性,阐述了变电站的分层结构及ZigBee加装具体位置,进而明确了监测系统的工作流程。在此基础上,完成了电能质量监测系统的整体设计以及各功能模块的硬件设计。选用CC2430芯片为核心模块,设计了电能质量数据从采集到无线传输过程中的相关硬件、软件及通信协议。提出了基于加窗FFT和全相位FFT相结合的电力系统谐波检测算法,仿真结果表明,该算法在谐波检测时,对信号的幅值、相位和频率测量值检测精度较高。最后,对监测系统进行了功能测试和数据传输实验。结果表明,本电能质量监测系统可以达到电力通信系统的要求,克服了传统有线方式传输电能质量数据的高成本、高复杂度及布线难的弊端,实现了变电站监测的无线化、智能化,具有较高的工程应用价值。