基于DSP的智能型电力参数测试仪的研究

发布时间：2020-05-31 10:58

【摘要】： 对电力参数进行高精度、多参数的测量,是充分了解电网运行状况,寻找并解决电力系统中出现问题的重要途径。目前国内市场上电力参数测试仪器功能相对较单一,且技术不成熟,而国外一些大型生产厂家和研发机构在这方面已经有了相对成熟的产品,但是价格昂贵。本文的研究就是在这样的背景下提出的。论文首先对电力参数测量意义和基本情况以及目前市场上测试仪器的研究现状、存在问题以及发展趋势做了深入研究,在查阅国内外电力参数检测技术的有关文献资料的基础上,通过分析、比较,提出了基于DSP的智能型电力参数测试仪的总体设计方案。文中对高次谐波影响下的电压、电流有效值及其它电力参数测量原理进行了理论阐述,分析并比较了几种常用数学方法的优缺点,决定采用经典成熟的傅立叶变换法。着重研究了复数形式下傅立叶变换对求解各次谐波幅值的作用。文中采用的交流采样算法是将同一相的电压和电流分别作为复序列的实部和虚部来进行傅立叶变换,其最大的优点就是只需要一次复序列傅立叶变换就能同时求U、I、P、Q、COS_φ,从而大大减少了计算量。本设计采用以TMS320LF2407A为核心,其它芯片为辅的数模电路。在软件设计上着力遵循模块化设计原则。针对系统中较难实现的算法程序作了较为详细地说明。并针对大量的浮点数计算,提出了浮点数计算程序设计。并提出了硬件与软件方面的抗干扰措施。论文最后对系统进行了调试与分析,结合开发板与实验室开发装置,在CCS调试工具和硬件仿真器的共同作用下,对文中所用的A/D采样,FFT算法以及通讯接口等程序进行了调试。并对系统进行了部分功能的测试。经测试证明,达到了预计精度(＜0.5%)。
【图文】：

频谱,窗函数,频谱,布莱克

Fig·3ThefrequeneysPeetrumofseveralkindsofwindowfunction上图给出了上述各窗口的频谱图形，可以看出，随K值增大，旁瓣的幅值减小，衰减速度变大，同时主瓣宽度随K值增大而增加。在这几种窗函数里，矩形窗具有最窄的主瓣，但具有最大的旁瓣，所以矩形窗的频率分辨率最好，而幅值分辨率最差;而布莱克曼窗的旁瓣幅值最小，而主瓣宽度最大，所以布莱克曼窗的幅值分辨率最好，但频率分辨率最差。因此，在对信号处理时，，要根据信号处理的目的来选择窗函数。对于谐波分析而言，一般对信号的幅值要有较高的分辨率，所以，本系统的谐波分析中采用了布莱克曼窗，用来抑制频率泄漏;特别是当信号中存在间谐波，并且距离某次谐波点很近时，直接应用FFT就会因为泄漏的影响而大大影响整数次谐波点的计算精度，应用布莱克曼窗后，只要这两个频率点之间的距离不超过一个布莱克曼窗主瓣的宽度，就不会造成大的影响。事实上，这个影响是很微小的，不会影响计算的精度。

原理图,采样方案,原理

波等间隔采样N点。那么第1个采样点从何时开始?第1个方案是第1个采样点就是在同步信号的过零点，方案2是第一个采样点从起始点向后推迟rs/2。两种方案的采样原理如图4所示。方案2图4两种采样方案的原理Fig·4ThePrinciPleof。万osamPlingscheme下面分析比较这两种方案的分析精度。对于如下的给定信号: u(t)==ssin(助x50t)+o.3sin(助x1O0t)+0.3sin(劫x150t)+0.3sin(劫x250t)对上述给定信号每个周波采样犯点，即采样频率为160OHZ。首先对其进行过零采样，即采样的起始位置为信号过零点;然后再把采样起始的位置向后偏移0.5个采样间隔，即在信号过0点偏移Ts/2处。用这两种方法采样后的计算结果如表2所示。表2采用不同的起始点对分析精度的影响 Table2TheanalyseaecuraeyaffeetofadoPtingdifferentstartingPoint谐谐波波理论值 (V)))过零点采样样偏移0.5个采样间距距幅幅幅幅值 (V)))误差差幅值 (V)))误差差基基波波 5554.9982220.036%%%4.9982220.036%%%222次次 0.3330.2933332.233%%%0.2934442.2%%%333次次 0.3330.2981110.633%%%0.2982220.6%%%555次次 0.3330.2985550.5%%%0.2987770.433%%%由表2可知，非过零采样避免了第一个采样点数值为O，从而提高了计算精2)均值处理问题给定3个信号如下:
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP368.12

【参考文献】