电能质量检测装置的研究和实现

论文摘要

在我国电业工业蓬勃发展、电力负荷急剧增长的同时,非线性和冲击性负荷也在不断的增长,这些负荷对供电系统电能质量造成严重污染；另一方面,高度自动化和智能化的工业用电设备也对电能质量提出更高的要求,现代电力系统的特征赋予了电能质量新的内涵和意义。研制性能优良的电能质量分析仪对于电能质量监测,乃至后续的电能质量控制有着十分重要的意义。电能质量分析检测装置包括硬件设计和软件设计两个方面。硬件方面,应用了TMS320VC5402 DSP芯片为核心器件的硬件结构由信号采集单元、DSP核心单元、存储单元、通讯单元等构成。软件方面,利用集成开发环境CCS,采用了C语言和汇编语言混合编程,设计了电能质量相关指标的分析和检测程序,其中包括硬件系统初始化子程序、数据采样子程序、数据处理子程序、算法程序等。该仪器能够分析电网实时电压、电流等数据,借助数字信号处理芯片强大的数据处理功能对电能质量予以分析。电能质量指标和算法的研究主要包括：供电电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡度、谐波计算等。首先,对电能质量监测的有关理论进行了论述和分析。对DFT的频率混叠问题和频谱泄露问题做了分析并提出解决方法。其次,设计了电能质量分析仪的硬件和软件系统。在硬件系统中,核心处理芯片采用DSP和CPLD,模数转换模块采用16位高精度的ADC,配置了以太网、UART和USB2.0等接口,并在前向通道设计了有源的抗混叠滤波器。由于传统的电磁型互感器的不足,信号转换模件采用了霍尔传感器。在软件系统中,分别设计了包括DSP软件系统的启动程序、FFT的程序设计、通信接口驱动程序设计、PC机端以太网数据包的捕获程序设计等。最后,测试电能质量分析装置的性能,验证电能质量分析仪精度达到国家标准中规定的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文主要工作
• 2 电能质量的相关理论
• 2.1 电能质量的概念
• 2.2 电能质量的标准和指标
• 2.3 本章小结
• 3 电能质量检测方法的研究
• 3.1 电压、电流、功率、功率因数的计算
• 3.2 频率的检测
• 3.3 三相不平衡度的计算
• 3.4 电网谐波的分析
• 3.5 本章小结
• 4 基于DSP结构的硬件设计
• 4.1 硬件系统整体设计
• 4.2 主控模件的核心处理模块
• 4.3 信号转换模块
• 4.4 电源设计
• 4.5 本章小结
• 5 系统软件部分
• 5.1 软件系统的总体设计
• 5.2 DSP软件系统的启动
• 5.3 DSP片内锁相环（PLL）
• 5.4 FFT的软件实现
• 5.5 UART驱动程序
• 5.6 本章小结
• 6 性能测试
• 6.1 频率测试
• 6.2 有效值值测试
• 6.3 谐波测试
• 6.4 电压暂降测试
• 6.5 小结
• 7 总结和展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 个人简历
• 致谢