智能電力檢測儀的系統(tǒng)干擾因素及其對策

金萍 姜莉

摘 要：為了使智能電力檢測儀穩(wěn)定運行，針對破壞系統(tǒng)正常運行的電網(wǎng)諧波干擾，以及信號傳輸引起的干擾、系統(tǒng)電源回路的脈沖干擾、空間干擾，采取了相應(yīng)的硬件和軟件抗干擾對策。硬件方面主要有屏蔽浮地技術(shù)、接地技術(shù)、信號出入端加設(shè) RC 濾波器、控制器的輸入電源采用低通濾波器等技術(shù)；軟件方面主要有NOP 指令、設(shè)置自檢程序、WATCHDOG、軟件陷阱和指令冗余等技術(shù)，從而大大提高了智能電力檢測儀的系統(tǒng)抗干擾能力。

關(guān)鍵詞：智能電力檢測儀 硬件 軟件 抗干擾 對策

中圖分類號：TM76 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（b）-00-01

由于電力電子科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展發(fā)展以及用電負(fù)荷的大量增加，負(fù)荷容量日益呈現(xiàn)出沖擊性、不對稱性、非線性等特征，導(dǎo)致電流波形、電網(wǎng)電壓畸變發(fā)生的概率增大，電網(wǎng)頻率在 50 Hz 上下波動。當(dāng)前，傳統(tǒng)的電力監(jiān)測儀表已漸漸滯后于系統(tǒng)性能發(fā)展的要求，具有高精度、智能化特征的智能電力檢測儀得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但具備良好的抗干擾性能則是保證智能電力檢測儀正常、穩(wěn)定運行的基本條件。

1 智能電力檢測儀的特征

智能電力監(jiān)測儀，是指基于微處理器的智能化儀器，具有強大的通信功能和檢測功能。與傳統(tǒng)電力監(jiān)測儀相比，它具有高精密度、高穩(wěn)定性、高靈敏度、線性動態(tài)范圍大等特征，呈現(xiàn)出一系列傳統(tǒng)電力檢測儀所不具備的優(yōu)點，諸如多功能、容易智能化、低功耗、小體積、精密結(jié)構(gòu)等。

隨著微電子技術(shù)的高效、快速發(fā)展，智能電力監(jiān)測儀的智能化、高精度的優(yōu)勢日益明顯。因此，要實現(xiàn)電能質(zhì)量合理、高效、準(zhǔn)確的監(jiān)測，智能電力監(jiān)測儀是最合適的方案，也是當(dāng)前電力監(jiān)測裝置發(fā)展的新方向。

2 智能電力檢測儀系統(tǒng)干擾的因素

電網(wǎng)中負(fù)荷是不斷變化的，加上大型設(shè)備的投入與切除，以致電網(wǎng)時常發(fā)生劇烈波動。伴隨著工業(yè)的高速發(fā)展，電力系統(tǒng)中大量增加的非線性負(fù)荷，導(dǎo)致電網(wǎng)中產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象日益頻繁，呈越來越復(fù)雜化、越來越嚴(yán)重的發(fā)展趨勢。干擾破壞智能電力監(jiān)測儀系統(tǒng)正常運行的因素較多，總結(jié)有如下因素：

2.1 電網(wǎng)諧波干擾

諧波的產(chǎn)生主要來源于諧波電流源，當(dāng)非線性負(fù)載上被施加正弦波（基波）電壓時，負(fù)載上的電流為非正弦電波，這樣的負(fù)載就成了電力系統(tǒng)中的諧波源。同樣，當(dāng)電網(wǎng)中投入與切除電力電子設(shè)備或大功率的動力設(shè)備工作時，都將使電網(wǎng)產(chǎn)生高次諧波，電源電壓的劇烈波動和波形畸變，而諧波的波形畸變有能導(dǎo)致設(shè)備的誤動誤判。

2.2 信號傳輸引起的干擾

傳統(tǒng)概念認(rèn)為干擾是因電磁場受外界干擾產(chǎn)生的，而不是從電纜編織網(wǎng)“漏進去的”。干擾感應(yīng)電流Ig是在電纜外屏蔽層上產(chǎn)生的，并在電纜外屏蔽層“縱向電阻（阻抗）”上形成感應(yīng)電動勢Vg，Vg通過75 Ω匹配負(fù)載的電纜兩端形成回路。如果輸電電纜過長和阻抗不相匹配，會引起過長的回路和波形發(fā)生畸變，與視頻信號混在一起，形成視頻干擾的現(xiàn)象，則會增加測量誤差的可能性。

2.3 系統(tǒng)電源回路的脈沖干擾

220 V的交流電源是裝置的控制電源。當(dāng)附近有切除感性負(fù)載或有投入大型負(fù)載時，交流電源上將會引起的波動較大?？刂葡到y(tǒng)的供電會因電機的啟停、大功率開關(guān)的通斷、電焊等因素而變得不正常。這種干擾對微機系統(tǒng)正常運行產(chǎn)生較為嚴(yán)重的影響，據(jù)統(tǒng)計因電源干擾導(dǎo)致微微處理器系統(tǒng)出現(xiàn)錯誤比例占總錯誤的80%。

2.4 空間干擾

這種干擾主要指電磁場在殼體、導(dǎo)線、線路上的輻射、吸收和解調(diào)，通過電磁波的發(fā)射，利用周圍的可控硅逆變電源、電氣設(shè)備發(fā)射機等外部和內(nèi)部系統(tǒng)，發(fā)出磁干擾和電干擾，導(dǎo)致微處理器不能正常

工作。

3 智能電力檢測儀系統(tǒng)抗干擾的對策

為了抑制電網(wǎng)干擾所造成穩(wěn)壓的波動，可以采取硬件和軟件兩種抗干擾設(shè)施，一般來說，硬件設(shè)施是第一道防線，軟件設(shè)施是作為第二道防線的。因為只有硬件消除絕大多數(shù)干擾，軟件干擾設(shè)施中的CPU 才能正常工作，為保證系統(tǒng)工作效率和實時性，要硬件和軟件抗干擾設(shè)施相結(jié)合。

3.1 硬件抗干擾措施

（1）為減少共模干擾，輸入方式上可采用雙層屏蔽浮地方式。（2）確?！皵?shù)字地”與“模擬地”能夠正確的處理。數(shù)字電路是非線性的，電流沖擊因邏輯門的開關(guān)而產(chǎn)生，以致其在數(shù)字地上較為強烈高頻擾動，因此數(shù)字地與模擬地要分別與電源端底線相連，不能有共同環(huán)路或者路徑，且只應(yīng)單點連接；系統(tǒng)內(nèi)部的噪聲耦合在一定程度上可通過良好的接地的方法來抑制；為提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在布置線路時應(yīng)將盡量使用的加粗接地線。（3）干擾源頻帶的敏感性方面，可通過選用有源低通濾波器和無源RC 濾波電路方法來在降低系統(tǒng)干擾源頻帶的敏感性。（4）在電路板的計階段，要保證合理、正確布線，盡量使用短而粗高頻線的方式布線來降低對DSP硬件系統(tǒng)中最容易出現(xiàn)高頻干擾，另外要遠離易受干擾的信號線，如模擬信號等。

3.2 軟件抗干擾措施

（1）我們可以運用單字節(jié)如NOP空指令命令，在程序關(guān)鍵的位置插入，就能讓在程序區(qū)偏移的程序步入正途。除了單字節(jié)，雙字節(jié)指令也可同樣操作，可使后面的指令串聯(lián)在一起。保證了程序的穩(wěn)定，這樣可以防止指令不易受外部干擾，即使有也不影響其他程序的執(zhí)行。（2）編譯自我檢測程序。在一些重要單元內(nèi)存位置設(shè)立標(biāo)識，這樣在程序啟動時，可以自我監(jiān)測，為信息的傳送和儲存保駕護航。（3）軟件陷阱技術(shù)和指令冗余技術(shù)的運用。二者都是應(yīng)對程序異常時采用的，軟件陷阱技術(shù)在表格區(qū)或非程序區(qū)域異常時，可以阻攔跑飛的程序，通過矯正PC 指針使程序步入正軌。指令冗余技術(shù)是在程序區(qū)將走飛的程序矯正，如通過NOP指令將后面的指令串聯(lián)在一起，可以保證指令操作的正確執(zhí)行。而LJMP，RET，LCALL等跳轉(zhuǎn)程序指令同樣起著防止外部傳輸信號的干擾，保證指令安全有效運行的作用。

4 結(jié)語

智能電力檢測儀的系統(tǒng)抗干擾的因素很多，該文僅對較為常見的影響因素進行了分析并提出了有針對性的措施。若在智能電力檢測儀實際運用中采納上述若干抗干擾建議，將會微處理器系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性能大大提高，產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

[1] 張克彥. MCSS51/196 單片機浮點程序和實用程序[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2000．

[2] 饒智芳.電力參數(shù)檢測儀的設(shè)計與實現(xiàn)[D].南昌大學(xué)，2010．

[3] 王飛，李軍紅，劉鐵湘.基于DSP技術(shù)的諧波檢測儀的設(shè)計[J].中國教育技術(shù)裝備，2006（7）.

[4] 楊濤銘.電氣信號數(shù)字化檢測技術(shù)的探討[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012（17）.