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基于FPGA和ARM的电能质量分析系统设计

发布时间:2018-03-21 09:55

  本文选题:电能质量 切入点:FPGA 出处:《上海交通大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:电能质量分析系统是应用于电网电能质量监测和分析的重要工具,具备基本电力参数测量和谐波分析等功能,对全面提升电网供电质量有着重要意义。本文采用了ARM/FPGA作为主协处理器,充分结合了FPGA的并行处理能力和ARM的多任务处理能力,在保证实时性的同时实现了高精度的数据计算。为了避免由电网频率波动带来的频谱泄露和栅栏效应问题,采用了硬件锁相环同步跟踪技术,通过对输入电压信号的频率跟踪,保证了后续参数计算的准确性。在软件设计上通过对电能质量参数测量方法和相关数字算法的研究,确定了参数的最优计算算法,在硬件的基础上完成了电能质量分析系统的研制。首先针对基本电力参数直接运用参数定义进行计算。其次对于无功功率计算采用了基于FIR滤波器的Hilbert变换,提高了非正弦信号情况的计算精度。最后,设计了深度为256的快速傅立叶变换,实现了对电流信号的谐波分析。最后本文基于设计的电路板和信号源搭建了测试系统,在双通道信号源的激励下完成了三组有代表性输入的测试,并对记录结果作横向对比和误差分析。测试结果表明,该系统运行稳定,计算精度高,满足了电能质量分析系统的基本设计要求,具有一定的实用价值。
[Abstract]:Power quality analysis system is an important tool used in power quality monitoring and analysis, has the basic function of power parameter measurement and harmonic analysis, which is of great significance to improve the quality of power supply. This paper uses ARM/FPGA as the main processor, combined with the ability to multi task parallel processing ability of ARM and FPGA in the real time guaranteed to achieve high precision data calculation. In order to avoid the spectral leakage and fence effect caused by the frequency fluctuation, the synchronous tracking technology hardware PLL tracking based on the input voltage signal frequency, ensuring the accuracy of the parameter calculation. Through the research on electric energy measurement method the quality parameters and related digital algorithm in software design, to determine the optimal parameters of the calculation algorithm, on the basis of the hardware to complete the power quality analysis system The system is developed. Firstly, basic electrical parameters directly use the parameter definition to calculate. Secondly, the reactive power calculation using Hilbert transform based on FIR filter, improves the precision of non sinusoidal signal. Finally, the design depth of 256 fast Fu Liye transform, realize harmonic current signals of the last analysis. In this paper, the design of the circuit board and the signal source based on the testing system is set up, in the dual channel signal source under the excitation of three complete set of representative input test, and horizontal comparison analysis and error of the results recorded. Test results show that the system is stable, high precision and meet the power quality analysis the basic requirements of the design of the system, has certain practical value.

【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TM930.2

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本文编号:1643347

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