基于STM32的单相电能质量监测仪的设计与实现

发布时间：2020-07-11 03:07

【摘要】：越来越多的非线性负载和分布式新能源的并网接入,使得电网供电质量受到了极大的挑战。建立完善的电能质量分析系统,既是智能电网的需求,也是改善电能质量的必要手段,正在受到工业界和学术界越来越多的重视。本文设计的基于STM32的低成本单相电能质量监测仪,能够实现高精度、智能化的实时电能质量监测,适合于家庭光伏发电、地下室充电桩、单相电车间等多种场合的电能质量分析。首先,对国内外电能质量监测发展现状进行了介绍,根据我国目前最新的电能质量监测标准,对电能质量监测仪进行了功能需求分析;确定了单相电能质量监测仪的静态电能质量指标参数,提出了以STM32为核心控制器,结合电能质量专用芯片RN8302的电能质量分析总体方案;通过MATLAB对基于瞬时无功理论的改进谐波检测方法进行了仿真,验证了通过单相电流移相构造三相电流进行谐波检测和动态电能质量监测方法的可行性。然后,介绍了单相电能质量监测仪关键硬件电路设计,包括电量信息采集扩展板设计、主控核心设计、通信系统设计等,完成了 PCB设计制作及焊接、调试等工作;基于嵌入式实时操作系统RT-Thread完成了电能监测仪底层软件开发,针对RN8302B数据采集、谐波分析、加密通信和IAP远程升级做了重点介绍。最后,对本文设计的单相电能质量监测仪进行校表和测试,实验结果表明了本文所提方案的可行性。本文设计的单相电能质量监测仪能够满足单相电能质量稳态数据的分析和实时传输,满足了电能质量监测仪的各项指标要求,具备较大的实用价值和较好的应用前景。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM933.4
【图文】：

基于改进ＦＦＴ谐波测量方法适用于稳态电路，根据三相瞬时功率检测方法可逡逑以快速检测出电路中谐波的变化情况Ｍｌ。对于单相电路，通过对电流分别延时逡逑１２０°和２４０°构造出另外两相电路［５５］，如图２－２所示，利用三相三线制瞬时无功逡逑检测方法，进行单相电路的快速检测［５６］。逡逑

图２－４邋ＭＡＴＬＡＢ仿真结果／ｓｐ．邋ｚ＿Ｓ（）、／ｓｈ电流变化图逡逑利用改进的ＦＦＴ谐波分析方法对电流谐波进行分析，有功电流谐波分析结逡逑果如图２－５所示，／ｓｐ基波电流中谐波含量只有４．１４％，基波电流峰值达２．７６Ａ。逡逑图２－６显示谐波电流“的谐波电流含量达２３７．４５％，基波电流峰值只有０．１６７Ａ。逡逑上述结果说明改进的ＦＦＴ谐波分析法能够对电流谐波情况进行准确分析，瞬时逡逑无功法能够很好的将基波有功电流／ｓｐ、基波无功电流／ｓｑ和谐波电流／ｓｈ区分，并逡逑且具有较好动态响应特性。逡逑ＦＦＴ邋１１８＾邋１０９邋ｃｙｃｌｅｓ邋ｓ？邋ｓｅｌｅｃｔｓ逦ＦＦＴ邋ｗｍ４ｍ．邋１０邋ｄ邋１＾０邋ｅｙｃｔｅｓ邋ｏｆ邋ｓ？ｌ？ｅ？ｅｄ邋ｓ？ｇ＾逡逑４，逦逦逦逦逦逦逦ｊ逦２ｐ￣￣￣ｒ——逡逑岕

本文编号：2749866