基于ARM的电力谐波检测仪的研究

论文摘要

随着电子技术和自动化技术的大规模应用,电力电子装置如变流设备、变频设备等,容量日益扩大,数量日益增多,电网中的谐波污染日益严重,给系统的安全稳定运行以及用电设备带来严重的危害。如何把谐波的损害降到最小已经成为一个亟待解决的课题。谐波的成分十分复杂,要解决谐波污染的问题,谐波检测是关键。谐波检测是指定量的测量各次谐波分量,弄清楚各次谐波的幅值、频率,是进一步谐波分析的基础。近年来嵌入式技术的发展很快,ARM处理器具有性能高、成本低和功耗低等特点,应用范围十分广泛。研究一种基于嵌入式ARM的谐波检测仪具有十分广阔的应用前景。本文对电力谐波检测方法进行了深入研究,从计算量、实时性、精度、可靠性、实现难易性、自适应能力、有效范围等几个方面,对各种检测方法进行综合比较,重点对FFT检测方法的理论进行了详细的探讨,目前FFT检测法是研究最为成熟应用最为广泛的谐波检测方法,它也具有一定的不足,文中通过硬件同步电路来减小误差并给出了实现的方法以及程序框图。本文选用三星公司的S3C2410芯片作为硬件核心,探讨了满足谐波检测仪功能要求的硬件电路,包括谐波数据采样模块、数据处理、谐波分析和通讯模块四个主要部分,设计了各硬件接口电路并给出电路图。针对FFT检测法的频谱泄漏和栅栏效应问题,设计了硬件同步电路,通过锁相环来实现采样频率与信号频率的同步,降低了误差。在硬件电路的基础上引入Linux操作系统,根据系统所设计的硬件电路裁减一个符合要求的Linux内核并进行编译,进行Bootloader、内核、文件系统等的烧写,完成设备驱动程序和应用程序的编写,包括主程序、谐波检测算法程序、通讯程序等。最后进行系统的整体测试,给谐波检测仪一组模拟谐波信号,观察谐波检测仪的输出,并结合有关国家标准对谐波检测仪的谐波检测效果进行鉴定。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 谐波检测方法研究现状
• 1.2.2 谐波检测技术发展趋势
• 1.2.3 嵌入式系统研究概述
• 1.3 本文的主要内容与安排
• 第2章 电力谐波检测方法及原理分析
• 2.1 谐波的基本概念
• 2.2 主要的谐波分析算法
• 2.3 基于傅里叶变换的谐波分析方法研究
• 2.3.1 傅立叶三角级数分解
• 2.3.2 傅立叶变换原理
• 2.4 基于快速傅里叶变换的谐波分析方法研究
• 2.5 本章小结
• 第3章 嵌入式电力谐波检测仪的总体方案设计
• 3.1 嵌入式系统的引入
• 3.1.1 数字式谐波检测
• 3.1.2 嵌入式系统的开发流程
• 3.2 设计原则
• 3.3 设计方案
• 3.3.1 硬件设计方案
• 3.3.2 软件设计方案
• 3.4 本章小结
• 第4章 谐波检测仪硬件设计
• 4.1 CPU选型
• 4.1.1 ARM概述
• 4.1.2 S3C2410的特点
• 4.2 S3C2410的核心电路
• 4.2.1 电源和复位电路
• 4.2.2 存储器扩展
• 4.2.3 JTAG接口电路设计
• 4.3 串口通讯模块
• 4.4 LCD接口电路
• 4.5 键盘接口电路
• 4.6 大容量存储器接口电路
• 4.7 模拟量接口电路
• 4.7.1 数据同步采集及调理电路
• 4.7.2 硬件同步电路
• 4.8 本章小结
• 第5章 基于嵌入式LINUX的测试系统软件开发
• 5.1 嵌入式系统开发环境的建立
• 5.1.1 交叉开发环境和软件编码
• 5.1.2 嵌入式交叉编译环境的搭建
• 5.2 Linux在S3C2410平台上的移植
• 5.2.1 Bootloader的移植
• 5.2.2 Linux内核的移植
• 5.2.3 文件系统移植
• 5.3 驱动程序的开发
• 5.3.1 A/D驱动程序
• 5.3.2 LCD显示模块驱动程序
• 5.4 谐波检测程序在Linux的实现
• 5.4.1 测量主程序
• 5.4.2 谐波检测算法程序
• 5.4.3 键盘模块程序
• 5.4.4 通讯模块程序
• 5.4.5 谐波数据分析
• 5.4.6 软件抗干扰措施
• 5.5 系统的整体测试
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 作者在攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢