含谐波的电能计量系统的研究与实现

发布时间：2017-05-20 00:00

  本文关键词：含谐波的电能计量系统的研究与实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科学技术的迅猛发展，电力电子技术也在日益更新。近年来，因为用电需求，大量非线性负荷应用到电网当中，向电网中注入了大量的谐波，致使电网信号波形产生畸变。谐波污染不仅会损坏供电网络和用电设备，而且会影响电能计量装置的准确性，严重影响供电企业和线性用户的经济利益。 现在普遍使用的电子式电能表和感应式电能表都只是对基波电能进行准确计量，当电网信号中含有谐波成分时会严重影响这两种电能表的准确性。因此设计一种能够对电网中的谐波电能进行准确计量，并且能够区分谐波电能方向的谐波电能表很有必要性，它不仅能够保证供电企业对线性用户和非线性用户收费的合理性，而且能够作为治理谐波源的依据。 本课题对现有的在电网波形畸变情况下的各种功率定义进行了分析介绍，选用了适合本课题的功率定义方式，对非线性用户采用计量基波电能与谐波电能绝对值的和的方式进行电能计量，而对线性用户则只计量基波电能，以达到对二者收费的合理性。 本系统的硬件结构采用AD+DSP+ARM的双核结构，利用DSP快速的数据处理能力，对经过AD芯片采样后的电压和电流信号进行FFT变换，得到基波和各次谐波的数值，进而达到对基波电能以及谐波电能进行准确计量的目的。数据的采样过程中采用锁相环同步技术，来解决因为采样信号与被采样信号的不同步所引起的FFT频谱泄露问题，通过上位机ARM来完成液晶显示以及键盘操作等人机交互的任务。 最后，对本系统的谐波分析功能、频率测量功能以及液晶显示功能进行了测试。对线性用户和非线性用户的电能计量差异进行了测试和分析，确定对二者采用何种电能计量方式更合理。测试结果表明，对线性用户只计量其消耗的基波电能，，而对非线性用户计量其基波电能和谐波电能，这种计量方式比较合理。
【关键词】：FFT DSP 同步采样 谐波
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM933.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 课题的研究背景10-11
• 1.2 谐波的危害及对电能计量的影响11-12
• 1.3 考虑谐波的电能计量算法的发展及现状12-14
• 1.4 本课题的主要工作14-15
• 第2章 含谐波的电能计量算法15-25
• 2.1 常用谐波计量的方法15-16
• 2.2 基于傅立叶变换的谐波电能计量算法16-21
• 2.2.1 离散傅立叶变换 DFT16-17
• 2.2.2 快速傅立叶变换 FFT17-18
• 2.2.3 傅立叶变换的缺陷18-20
• 2.2.4 提高 FFT 算法精度的方法20-21
• 2.3 含谐波的电能参数的计算21-23
• 2.3.1 非正弦条件下的功率定义21-23
• 2.3.2 现行电能计量方式存在的缺陷及改进措施23
• 2.4 本章小结23-25
• 第3章 谐波电能计量系统硬件的设计25-38
• 3.1 硬件的总体结构25-26
• 3.2 DSP 子系统硬件电路26-34
• 3.2.1 信号调理电路26-27
• 3.2.2 锁相环同步电路27-28
• 3.2.3 防缺相电路设计28-29
• 3.2.4 A/D 转换电路29-31
• 3.2.5 存储器扩展电路31-33
• 3.2.6 DSP 核心电路33-34
• 3.3 ARM 子系统硬件电路34-37
• 3.3.1 LPC2114 介绍34
• 3.3.2 ARM 与 DSP 的接口设计34-35
• 3.3.3 液晶显示电路35-36
• 3.3.4 LPC2114 核心电路36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 谐波电能计量系统软件的设计38-49
• 4.1 DSP 软件编写注意事项38
• 4.2 系统软件的整体结构38-39
• 4.3 存储空间的分配39-41
• 4.4 定点 DSP 处理浮点型数据的设计41-44
• 4.4.1 浮点 DSP 与定点 DSP 的比较41-42
• 4.4.2 定点格式数据处理42-43
• 4.4.3 定点格式数据处理算法设计43-44
• 4.5 DSP 系统软件设计44-46
• 4.5.1 主程序流程44
• 4.5.2 HPI 通信程序44-45
• 4.5.3 采样中断处理程序45-46
• 4.6 ARM 系统软件设计46-48
• 4.6.1 液晶控制程序设计46-47
• 4.6.2 键盘程序设计47
• 4.6.3 ARM 与 DSP 通信程序设计47-48
• 4.7 本章小结48-49
• 第5章 系统测试与误差分析49-56
• 5.1 系统的性能测试49-53
• 5.1.1 谐波分量测量功能49-51
• 5.1.2 频率测量功能51
• 5.1.3 考虑谐波的电能算法的测试51-53
• 5.1.4 人机交互功能测试53
• 5.2 误差介绍及谐波电能计量系统误差分析53-55
• 5.2.1 本课题的误差来源54
• 5.2.2 本系统减小误差的措施54-55
• 5.3 本章小结55-56
• 第6章 总结与展望56-57
• 6.1 本论文的工作总结56
• 6.2 课题展望56-57
• 参考文献57-59
• 攻读硕士学位期间发表的论文59-60
• 致谢60

【参考文献】

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本文编号：380204