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进入21世纪,随着国家经济和科学技术的迅速发展,大量非线性负载接入电网,使得电网中产生大量的谐波,造成电压波动和三相不平衡等问题,这严重影响电网的安全和电能质量。而监测电网中的电能质量已成为确保供电系统安全和电网稳定运行的重要手段,同时,人们对电能质量监测系统的网络化要求日益提高,将无线网络技术用于电能质量的管理,实现分布式电能质量管理成为实现智能电网的迫切需要。 本文,首先详细阐述了课题的主要内容和意义以及电能质量的概念和标准,并将国内外对电能质量监测系统的研究现状和趋势进行了分析,对当前电能质量监测系统普遍存在的问题也作了分析,提出了一种将ZigBee无线网络传感技术与电能质量监测技术相结合的研究设计方案,旨在改进现有电网电能质量监测系统存在监测实时性不强,工程大,不能适应复杂地理环境和维护困难等问题。 其次,介绍以微型太阳能发电站的电能质量监测为研究背景的系统整体框图,详细介绍了ZigBee的基本特点,ZigBee网络的结构和IEEE802.15.4之间的关系,突出了ZigBee无线传感技术在电能质量监测系统中的优势。并从单个节点的能耗和网络层的能耗分析ZigBee网络能耗的原因,为延长了电池的使用寿命和无线传感网络的生存周期提供解决方案。 然后,阐述了传统 FFT算法的原理,并对其优缺点进行分析。深入研究了全相位 FFT算法,将其内在的机理作相关介绍,基于此算法完成了对总有功功率推导、分析和实现,并与传统计算总有功功率的方法作理论分析对比。得出了与传统计算方法相比,使用改进的全相位 FFT算法估算总有功功率的计算量低且精度高。并用matlab仿真验证在理想和有噪声情况下,上述结论的正确性。 最后,设计和研制出基于ZigBee网络的电能质量监测系统模型,并对整个系统进行功能和性能测试,同时对测试数据进行分析,且与仿真结果对比。实验表明,该系统满足电能质量监测的实时性和高精度要求,数据传输稳定,用户界面友好,网络稳定且生存周期明显提高,达到了预期效果,符合电能质量监测发展的新要求。