基于DSP的智能型电力参数测试仪的研究

论文摘要

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%)。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 电力系统参数测量意义
• 1.2 目前国内外电力参数测量的基本情况
• 1.3 课题研究的主要内容
• 2 电力参数的测量原理及分析方法
• 2.1 主要数学分析方法
• 2.1.1 傅立叶变换
• 2.1.2 小波变换
• 2.1.3 几种变换方法的比较
• 2.2 电压、电流有效值测量
• 2.3 频率的测量
• 2.4 谐波分析及功率、功率因数的计算
• 2.4.1 电力电网谐波
• 2.4.2 利用傅立叶变换进行谐波分析与功率、功率因数计算
• 2.4.3 快速傅立叶变换（FFT）
• 2.4.4 FFT算法的DSP实现
• 2.4.5 FFT应用中的实际问题
• 2.5 三相不平衡度的测量
• 2.6 电压波动与闪变的检测
• 2.6.1 电压波动的检测
• 2.6.2 电压闪变的检测
• 2.7 本章小结
• 3 电力参数测试仪的硬件设计
• 3.1 TMS320LF2407A的功能简介
• 3.1.1 TMS320LF2407A概述
• 3.1.2 TMS320LF2407A的中央处理单元
• 3.2 DSP系统的设计
• 3.2.1 外扩存储器扩展电路
• 3.2.2 JTAG接口电路
• 3.3 模拟量采集系统的设计
• 3.3.1 电压和电流的检测与调理电路
• 3.3.2 钳位及滤波电路
• 3.3.3 频率测量电路
• 3.3.4 A/D转换电路
• 3.4 人机交互系统的设计
• 3.4.1 键盘接口电路
• 3.4.2 液晶显示电路
• 3.5 串行通讯接口设计
• 3.6 硬件的抗干扰设计
• 3.7 本章小结
• 4 电力参数测试仪的软件设计
• 4.1 软件总体流程
• 4.2 初始化模块
• 4.3 中断服务模块
• 4.4 A/D中断服务程序设计
• 4.4.1 数据采集程序设计
• 4.4.2 数据处理程序设计
• 4.5 人机交互模块程序设计
• 4.6 通讯模块程序设计
• 4.7 浮点数计算程序设计
• 4.8 软件的抗干扰设计
• 4.9 本章小结
• 5 系统调试与分析
• 5.1 DSP的开发环境简介
• 5.2 系统软硬件调试与分析
• 5.2.1 硬件调试
• 5.2.2 软件调试
• 5.2.3 系统测试
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 附录A 硬件原理图
• 附录B TMS320LF2407A芯片引脚图
• 致谢
• 读研期间发表论文情况