随着现代工业的蓬勃发展，基于大功率电力电子开关设备的普及及应用，使得电力网中的非线性设备及电力负荷大量增加，同时由于为了更好的提高系统效益而不断地采用电子装置，这些现象所带来的各种电能质量上的问题已一天比一天突出。特别是冲击性和非线性负荷容量的一直增长，使得电网发生波形畸变和三相不平衡等电能质量上的问题，极度影响电力系统和电力用户供用电设备的安全运行。
电能质量的优劣将直接影响总系统的稳定性和可靠性，已经引起了各国电力工作者的格外的重视。电能质量所带来的问题和别的环境问题一样成为公害，电能质量的检测分析和质量控制越来越引起电力供应企业和电力用户的关注。电能质量的问题取决于供电和用电方，要提高电网的电能质量水平，使用户用上优质的电能，同时也为了电力设备的安全运行，必须由电力部门和接入电网的广大电力用户来共同维护。为了切实维护电力部门和用户的利益，保证电网的安全运行，净化电气环境，必须加强电力系统电网电能质量的检测和管理。
电能质量越来越引起电力企业与用户的关注，如何准确的评定电能质量的好坏，如何可靠的检测电能质量参数，已成为电能质量研究中必要的一环。研究电能质量并制定相应的标准，是评定电能质量以及电力技术工作者选用补偿方法、装置和技术措施的依据。
目前在国际上主要有两大电能品质衡量准则体系，分别是IEEE标准和IEC标准，我国在参考这些电能品质衡量准则的基础上，结合自己国家的国情，制定出自己的电能品质衡量准则。我国电能质量有5项指标:电压偏差，频率偏差，谐波，电压波动和闪变，三相电压不平衡度，这些标准分别为：
与这些标准相关的测试应用场景范围广阔，工作方式和测试项目也比较多。这些测试要求同其他的自动化系统相比具有一定挑战性，电力应用决定了它是一个高速和实时性的应用，连续的测试分析统计又需要大的数据吞吐量，而作为测试分析设备或仪器又对分辨率和精度有较高要求。
为了满足电能质量的检测需求，有关电能质量检验和分析设备的研制开发一直都在进行中。国内外采取了许多先进的软、硬件技术和数学仿真方法，涌现了许多研究成果和相应的产品。目前电能质量研究分析的方法主要有：时域仿真方法、频域分析方法和基于变换方法；这些实现有基于微处理器开发的嵌入式系统，也有运行于计算机上的基于各种高级编程语言开发的软件系统。其中，嵌入式的电能质量在线检测仪，由于其抗干扰能力强、精度高、耗电低、体积小、免维护、费用省等特点，成为电能质量在线检测的首选设备，而且，通过快速的数据传输通道，将所获取的原始数据传输计算机系统上，能够直接进行一些需要大量的存储空间和运算能力的复杂的分析计算和统计。
经过分析，我们大家都认为这些测试要求具有一定的共性，将电能质量检验分析共性的部分抽取出来，开发一个检测分析平台，然后在其基础上开发不同的测试功能和不同运行模式的产品，是可行的。本项目的核心是基于PIC32设计开发电能质量检验分析平台，采用高性能RISC处理器，高速实时采集检测点的三相电流和三相电压模拟信号，对数据来进行实时分析处理，计算电网的各种电能参数，分析电网的电能质量，对这一些信息进行即时显示，将检验测试的数据进行就地存储，并能通过通信接口将数据传输到后台计算机系统。
测试平台要完成功能的主要要求有：对电压和电流通道信号进行高速采集，设计各种数据电参量计算的算法和统计算法，开发可灵活组织的人机界面程序，系统具有大吞吐量的数据传输方式。配备PC机端软件，数据通过以太网口或USB接口与PC机端软件进行通信，PC机软件可以进行数据的读取、处理、存储、显示等操作。
本设计的检测系统用于单相或三相交流供电系统，适用于低压220/380V系统，也可以经由电压互感器检测高压系统，电流信号输入为0-5A，直接测量或经由电流互感器接入。电能质量检测装置主要由信号调理模块、PIC32采集处理模块和 PC机软件模块这三大模块构成。系统的整体架构见图1。
性能方面要求：三相电压，三相电流输入，采样速率每周波128点，100M以太网或/和全速USB接口等。
此设计完成后，可以进一步开发不同的功能，完成诸如谐波测试分析，闪变测试，无功功率补偿测试等各项电能质量的测试，开发出具有特点和竞争力的产品，具有较大的实用意义，与工业实际结合起来，实用性强。
电能质量检测装置要完成的任务种类繁多。首先要实现对现场的电能参数进行实时采集，然后要对采集数据来进行快速处理，最后还要对处理参数进行统计和存储，同时要完成与用户的通讯等多个任务。这就要求我们所设计的系统不仅具有高速的处理能力，还要具备实时任务调度能力，当然最主要的还要考虑到设备的成本问题。目前已经出现过多种电能质量检验装置的设计方案，如（1）基于采集卡+工控机的设计实现方式，（2）基于单片机的设计实现方式，（3）基于DSP 的设计实现方式。
采用上述方案都存在一些问题，基于采集卡+工控机的设计实现方式，设备成本偏高、体积大、灵活性不够，不适宜大量定点安放在各检测现场；基于单片机的设计实现方式，数据解决能力不够强大，内存资源不够丰富，实现大量的数据计算和交换比较困难；基于DSP 的设计实现方式，成本高，一般适用于数据处理运算量比较大，实时性要求高而对控制和通信能力要求相对较低的检测系统。另外还有一些组合方案，如基于单片机+DSP的设计实现方式，基于MCU+CPLD的设计实现方式，但系统复杂，开发困难，成本较高。
本项目采用基于带5级流水线位MIPS内核的高性能RISC处理器 PIC32进行开发，速度高，最高80 MHz的频率，带有单周期乘法单元和高性能除法单元，很好的整合了单片机和DSP的功能，构成一功能强大的32位DSC(数字处理控制器)，特别适合于控制、处理双密集型的场合，且该类处理器资源丰富、片内外设功能强大，足够满足常用控制场合。采用该设计的具体方案，在满足处理大运算量实时任务要求的同时，系统的设计成本也相比来说较低。
PIC32系列单片机是Microchip Technology Inc．(美国微芯科技公司)推出的高性能32位单片机，它是以MIPS32架构为基础设计的。目前推出的PIC32MX3XX分支为通用型，PIC32MX4XX分支带有USB功能，PIC32MX5XX分支带有USB和CAN功能，PIC32MX6XX分支带有USB和Ethernet功能，PICMX7XX分支则带有USB、CAN和Ethernet功能。PIC32系列单片机采用哈佛结构，带有5级流水线 MHz；具有高效指令架构、高性能硬件乘法器/累加器及多至8组32个内核寄存器，可实现1.56 DMIPS/MHz的工作速度。此外，PIC32系统具有指令和ROM数据预取缓冲器的64字节高速缓存，128位宽的闪存，可缩短单个指令的取指时间，支持MIPSl6e 16位指令集构架，可最多减少40％的代码。
PIC32系列单片机不仅比PIC 8位、16位单片机速度更快、性能更强，同时相对于ARM系列的32位单片机也具有一定的优势。虽然Microc-hip能选择的MISP 4K最高时钟频率只有80 MHz，但是由于MIPS内核简洁，多家处理器评估机构确认PIC32的解决能力总体性能更高，而且PI-C32的指令多为单周期指令，比多周期指令执行速度更迅捷。PIC32系列单片机多达128 KB的RAM，使其在数据处理上更具优。Microchip微公司还有一个很独特的优势，就是该公司所有8、16和32位的器件都是充分兼容的，所有的这些全系列的产品使用的都是同样的开发工具，单一的开发环境，软件库也是全面兼容的，这对于客户更方便。此外，Ashling、Green Hills及Hi-Tech提供了完整工具链支持，CM-X、Exp-ress Logic等提供RTOS支持，EasyGUI、Segger、RamTeX及Micrium等提供绘图工具支持。值得一提的是，微芯公司为研发人员准备了入门工具包，示例源文件，同时免费提供了如USB、TCP/IP协议栈，以及Graphics和FATl6文件系统开发的中间件模块。PIC32的MPLAB C32编译器包括了16位Microchip MCU兼容的软件外设函数库，以更便利快捷地使用外没模块。Microchip集成开发工具支持所有PIC32型号单片机，包括MPLAB集成开发环境(IDE)、MPLAB C32 C编译器、MPLAB REAL ICE仿真系统、MPLAB ICD2在线调试器及Explore 16开发板等。
