嵌入式电能质量监测仪的研究与设计

发布时间：2017-05-09 18:09

  本文关键词：嵌入式电能质量监测仪的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：当今社会的发展对电力需求正在迅速增长,与此同时,对供电质量的要求也越来越高,许多电能质量问题导致了产品质量下降,生产流程中断,甚至设备损坏,影响国民经济的总体效益,因此,在建设智能电网的理念下,研究与分析电能质量监测仪,保证电网中广大用户安全可靠运行,已经成为电力可持续发展的必要条件。 本文在电能质量分析的理论方法上进行了深入研究,为各项电能指标在线计算提供了理论依据,其中针对检测技术复杂,研究相对不足的电压闪变理论,在含有高次谐波时提取电压闪变量会引入快速变化不对称振荡幅值的问题,提出了改进希尔伯特变换求解含高次谐波闪变量的方法,利用同步检波原理和小波包分析处理希尔伯特变换后的闪变信号可以提高检测精度,并在MATLAB中得到仿真结果。另外本文根据现场需求对电能质量监测仪进行了详细的产品设计,考虑到监测系统所需的多通道采集、海量数据处理、及满足实时性的条件,本课题最终提出以DSP为核心,辅以FPGA和ARM的嵌入式电能质量监测仪的硬件设计方案,由于作者在工作中的偏重,本文重点在算法,原理图设计和DSP部分。在模块化设计的指导思想下,进行电能质量监测系统的软硬件设计,利用FPGA的并行处理能力和数据高速传输时逻辑时序控制,控制AD7606数据采集及传输；利用DSP强大的数据运算处理能力,完成基本电参量和各项电能指标的计算与分析；利用ARM微处理器丰富的外围接口电路以及方便移植嵌入式操作系统的优势,实现监测系统的任务调度,数据显示,人机交互界面等功能。 经测试,本文改进算法后的电压闪变测量精度明显提高,所设计的电能质量监测仪在满足需求的条件下能够长期稳定运行,初步达到预期目标。最后对整个监测系统进行性能测试,所得测试结果验证了各项指标达到国家标准,实现了电能质量在线监测和分析的目的。
【关键词】：电能质量 电压闪变 希尔伯特 DSP 嵌入式系统
【学位授予单位】：上海师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TM711
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题背景9-12
• 1.1.1 电能质量的基本概念9-10
• 1.1.2 电能质量问题的分类10
• 1.1.3 电能质量问题的产生与危害10-11
• 1.1.4 电能质量监测的重要性11-12
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内发展状况13-14
• 1.2.3 电能质量监测分析的发展趋势14-15
• 1.3 本论文主要研究工作15-17
• 第二章 电能质量指标分析和理论方法研究17-27
• 2.1 电能质量各项指标测量与计算17-22
• 2.1.1 供电电压偏差17
• 2.1.2 电力系统频率偏差17-18
• 2.1.3 公用电网谐波18-19
• 2.1.4 电压波动与闪变19-21
• 2.1.5 三相电压不平衡21-22
• 2.1.6 暂时过电压和瞬态过电压22
• 2.2 基于希尔伯特变换检测电压波动与闪变22-23
• 2.2.1 Hilbert变换的基本原理22-23
• 2.2.2 Hilbert变换解调法23
• 2.3 改进希尔伯特变换方法求含有高次谐波的闪变量23-27
• 2.3.1 同步检波原理提取闪变信号24-25
• 2.3.2 小波包分析原理实现降噪25-27
• 第三章 电能质量监测仪硬件设计27-42
• 3.1 电能质量监测仪总体设计方案27-28
• 3.2 数据采集模块硬件设计28-31
• 3.2.1 互感器电路设计28-29
• 3.2.2 信号放大电路设计29-30
• 3.2.3 模数转换电路设计30-31
• 3.3 数据处理模块硬件设计31-36
• 3.3.1 数据信号处理器的选型32-33
• 3.3.2 电源与复位电路设计33-35
• 3.3.3 存储扩展电路设计35
• 3.3.4 时钟、JTAG调试电路设计35-36
• 3.4 数据显示模块硬件设计36-40
• 3.4.1 电源电路设计36-37
• 3.4.2 存储扩展电路37-39
• 3.4.3 网口电路设计39
• 3.4.4 LCD接口电路设计39-40
• 3.5 数据传输硬件模块40-42
• 第四章 电能质量监测仪的软件设计42-48
• 4.1 数据采集模块软件设计42-43
• 4.2 数据处理模块软件设计43-46
• 4.2.1 DSP软件开发坏境43-44
• 4.2.2 电能指标计算主程序44-45
• 4.2.3 DSP中闪变计算子程序45-46
• 4.3 数据显示模块软件设计46-48
• 第五章 电能质量监测仪性能测试及分析48-58
• 5.1 信号采集电路测试48-50
• 5.1.1 工作电压测试48
• 5.1.2 采样精度测试48-50
• 5.2 数据传输与显示测试50-51
• 5.3 Hilbert算法仿真结果及分析51-54
• 5.4 电能质量监测仪的指标测试54-58
• 5.4.1 测试结果分析56-58
• 第六章 总结与展望58-60
• 6.1 总结58-59
• 6.2 展望59-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 附件64-65

【参考文献】

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本文编号：353035