畸变信号条件下电能计量装置的研究

论文摘要

随着经济的高速发展,电力系统中非线性负载不断增加,结构也变得越来越复杂。电网信号中除了稳态的基波和谐波,还呈现出准周期、时变、非稳态的复杂特征,引发了更为复杂的功率潮流变换,不仅影响电网安全高效的运行,并且对现有的电能计量方法和仪表的设计提出了新的挑战。因此在当前电网信号严重畸变的条件下,研究能够实现电能准确、合理计量的电能计量装置,具有非常重要的意义。首先,本文介绍了畸变信号条件下电能计量的方法和仪表的研究背景、意义以及国内外的研究现状。其次,本文建立了电网典型非稳态畸变信号的数学模型,深入系统地分析了畸变信号功率潮流的方向,采用了一种能够实现电能准确、合理计量的新方法,并将小波分频带测量的方法用于畸变信号条件下功率的分解测量,理论上实现了畸变功率的准确测量。最后针对电网典型畸变信号进行了仿真实验,给出了仿真结果,验证了电能计量新方法的正确性。然后,本文在电能计量新方法的理论基础上,对电能计量装置的软硬件进行了设计。在硬件设计中,以DSP+ARM的双核构架为核心,完成了数据采集模块、DSP处理模块和ARM控制模块的设计。在软件设计中,给出了各模块的软件流程图。最后,本文对电能计量装置中可能存在的误差进行分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外电能计量方法及仪表的研究现状
• 1.2.1 稳态畸变信号条件下电能计量方法及仪表的研究现状
• 1.2.2 非稳态畸变信号条件下电能计量方法及仪表的研究现状
• 1.3 本论文研究的主要内容
• 第2章 畸变信号条件下电能计量的新方法
• 2.1 电网模型和功率信号的数学描述
• 2.1.1 电网模型
• 2.1.2 功率信号的数学描述
• 2.2 现有电能计量方法的不合理性
• 2.2.1 传统电能计量方法的不合理性
• 2.2.2 基波表计量方法的不合理性
• 2.3 畸变信号条件下电网功率潮流分析
• 2.3.1 基波功率潮流分析
• 2.3.2 基波电压与畸变电流产生的功率潮流分析
• 2.3.3 畸变电压与基波电流产生的功率潮流分析
• 2.3.4 畸变功率潮流分析
• 2.4 畸变信号条件下电能计量新方法
• 2.4.1 小波变换
• 2.4.2 小波分频带测量方法的基本原理
• 2.4.3 畸变功率的测量
• 2.5 电网典型畸变信号的仿真分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 电能计量装置的硬件设计
• 3.1 硬件结构总体设计
• 3.2 主控芯片选择
• 3.2.1 DSP 芯片选择
• 3.2.2 ARM 芯片选择
• 3.3 数据采集模块电路设计
• 3.3.1 电压变换电路设计
• 3.3.2 电流变换电路设计
• 3.3.3 锁相环电路设计
• 3.3.4 A/D 转换电路设计
• 3.4 电源电路设计
• 3.5 实时时钟电路设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 电能计量装置的软件设计
• 4.1 DSP 处理模块软件设计
• 4.1.1 数据采集软件设计
• 4.1.2 数据处理软件设计
• 4.2 ARM 控制模块软件设计
• 4.2.1 数据存储软件设计
• 4.2.2 键盘软件设计
• 4.2.3 实时时钟软件设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 电能计量装置误差因素分析
• 5.1 电流互感器引起的误差
• 5.1.1 积分电阻的影响
• 5.1.2 阻抗不匹配的影响
• 5.1.3 其他误差
• 5.2 电压互感器引起的误差
• 5.3 其他误差
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢