采用单片机测量市电电参数的关键算法、步骤、软件流程图

背景

我从事静电除尘电源控制器的研发已经有近十年的时间，

对市电电参数的测量积累了丰富的经验，

A/D定时转换

单相静电除尘电源的电气信 的A/D采样通道为4个，

分别为初级电流、电压以及次级电流、电压。

MCU采用定时器触发A/D模块四个通道轮流转换，

在所有通道转换完成以后，触发A/D转换完成中断；

同时，自动同步采样4个通道的输入信 以准备下次转换。

取信 周期的整数倍为计算周期，

在计算周期内共采样信 N次，以ADij表示第i个通道的第 j次采样值。

不妨设0≤i≤3，其中第0个通道为初级电压，

第1个通道为初级电流，

第2个通道为次级电压，

第3个通道为次级电流。

第i个通道的直流偏置分量标定为整型变量ADOffi，

标定系数的分子为整型变量mi，分母为整型变量ni。

电参数算法

第i个通道的信 平均值TiAVG为

公式1

第i个通道的信 真有效值TiRMS为

公式2

初级的有功功率P1为：

公式3

次级的有功功率P2为：

公式4

初级的视在功率S为：

公式5

初级的无功功率Q为：

公式6

初级的功率因数Pf为

公式7

变压器效率η为：

公式8

A/D采样中断服和程序流程图

图3

图3为A/D采样中断服务程序。

在步骤301至步骤302，依次取出各个通道的采样结果，

减去相应的直流偏置分量并存入缓存变量。

在步骤303，计算上述步骤所得结果的绝对值以及平方和，加入相应的缓存变量。

如果在步骤304判断所有通道处理完毕，则跳转至下一步骤；

否则返回步骤301，处理下一通道A/D采样结果。

在步骤305将采样计算值递增之后，程序进一步在步骤306、307计算初、次级的功率并加入相应的缓存变量。

在步骤308，判断采样计数是否大于计算周期的采样次数，

如果是，则跳转至下一步骤，否则，从中断服务程序返回。

在步骤309，缓存变量的数值被赋给结果变量。

在步骤310、311，清空缓存变量以及采样计数器，以便进入下一个计算周期；

同时将采样完成标志置位。

真有效值计算流程图

图4为真有效值计算流程图。单片机在其主程序中根据A/D采样结果计算各参数的真有效值。

在步骤401判断采样完成标志是否被置位。

如果否，继续等待信 采样。

否则，程序跳转至步骤402判断是否选择真有效值测量方式。

如果选择真有效值测量方式，则在步骤403将平方和变量除以采样次数N并开方，

否则，在步骤404将绝对值之和变量除以采样次数N。

在步骤405,根据标定系数从上述步骤的结果转换得到平均值测量值TiAVG或者真有效值测量值TiRMS。

步骤407，根据标定系数转换得到初、次级有功功率测量值P1以及P2。

步骤408，根据公式5-公式9，分别计算初级的视在功率、无功功率、功率因数，变压器效率。

图4

故障判断

图5

在得到信 测量值之后，单片机将进行过流、电压、过温、变压器偏励磁、火花闪络等故障判断。根据故障以及运行状况，调整可控硅的导通角。

图5是火花闪络处理流程图。

定义长度为参训样本总数量M的二维数组Buff用于缓存参训样本，

变量uchP用于记录当前参训样本的指针，变量SumX用于记录所有参训样本的导通角之和，

变量SumY用于记录所有参训样本的次极电压之和，

变量SumX2用于记录参训样本的导通角的平方和，

变量SumXY用于记录参训样本的次极电压与导通角的乘积之和。

在步骤501, 程序判断新的计算周期的信 采样、计算是否完成。

如果完成，则进行火花闪络的判断、处理；

否则，跳转至下一步。

在步骤502，判断已参训样本数量是否大于参训样本总数M。

如果小于，程序跳转至步骤506；

如果大于等于，则在步骤503用最小二乘法公式, 计算导通角A与次极电压V2的线性关系系数 K1、K2，如下：

在步骤504，根据公式V2=K1*A+K2，

计算出次极电压的理论值，再与实际测量值进行比较。

如果理论值低于实际测量值且其差值超过火花闪络的判断阈值，

则在步骤504认为发生火花闪络，进行相应故障处理。

否则，在步骤505从参训样本中删除最老样本,

即从SumX、SumY、SumX2、SumXY变量中分别减去最老样本的相应计算值，

并跳转至步骤506。

在步骤506，将当前的测量值（Ai,V2i）加入线性系数 K1、K2的训练学习，

即从SumX、SumY、SumX2、SumXY变量中分别加上（Ai,V2i）的相应计算值；

同时在步骤507将（Ai,V2i）存入参训样本缓存。

在步骤508、509中，将参训样本缓存指针前移。