基于DSP的电能质量监测系统的研究

论文摘要

随着大功率电力电子开关设备的普及应用,它所带来的各种电能质量问题已引起各国电力工作者的高度重视,提高电能质量的新技术已成为近年来电力系统研究领域中新的研究热点。通过对电能质量进行实时监测、记录和分析,可以为改善电能质量、制定有关电能质量的治理措施以及确定治理装置的技术参数提供必要的依据,这就使得研究电能质量监测技术具有十分重要的现实意义。本文以电能质量监测系统为研究对象,对电能质量参数的测量方法和系统的软硬件设计做了详细的分析和研究,本文研究的主要内容有:(1)在分析国内外对电能质量参数测量方法基础上,研究了本课题的电能质量参数的测量计算方法,详细讨论了一种基于布莱克曼窗函数的高精度FFT谐波分析方法,并经过仿真比对验证了这种方法能显著提高谐波测量的精度。(2)按照网络化、智能化、模块化的设计思路,设计了系统的技术指标,提出了系统的总体设计方案,构建了以DSP和CPLD为核心,包括信号采集模块、DSP数据处理模块、CPLD逻辑控制模块、外扩存储模块、键盘及液晶显示模块和通信模块六大模块的系统总体架构。(3)根据系统的总体设计思路,对电能质量监测系统的软硬件进行了分块设计:采用16位的A/D转换芯片,实现了对数据的高精度采样;采用主频150MHz的32位DSP TMS320F2812,实现了对高速采样数据的实时处理,提高了系统的数据处理能力;利用CPLD作为外围电路的逻辑控制模块,实现了对外围电路的灵活可靠控制;键盘及液晶显示模块的设计,为系统提供了友好的人机界面环境;多种通信接口的设计,极大的提高了系统的通信水平,实现了网络化的总体设计目标;此外,按照模块化的设计思想和本课题所采用的电能质量参数测量方法进行了程序的编写。(4)根据系统总体设计要求,对系统硬件电路及软件程序进行了分模块调试,给出了测试结果和试验波形,并对测试结果进行了分析。通过对系统主要模块的测试表明,系统采样模块、数据处理模块和通信模块均能正常工作,且测试的参数能达到系统的技术指标要求,实现了预期的设计目标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电能质量的概念
• 1.1.1 电能质量的基本定义
• 1.1.2 电能质量指标
• 1.1.3 电能质量的分类
• 1.1.4 我国电能质量的标准
• 1.2 电能质量监测技术研究背景和意义
• 1.2.1 电力系统开发高性能电能质量监测系统的必要性
• 1.2.2 电能质量监测设备研制的意义
• 1.3 电能质量监测技术的发展现状和趋势
• 1.3.1 电能质量监测技术的发展现状
• 1.3.2 电能质量监测技术的发展趋势
• 1.4 本文的结构和主要内容
• 第2章 电能质量参数测量方法的研究
• 2.1 电能质量参数的检测
• 2.1.1 电压电流有效值的检测
• 2.1.2 功率的检测
• 2.1.3 三相不平衡度的检测
• 2.1.4 电压波动与闪变的测量
• 2.1.5 频率的测量
• 2.1.6 电网谐波的测量
• 2.2 高精度FFT 算法的研究
• 2.2.1 非同步采样时的频谱泄漏问题分析
• 2.2.2 基于矩形窗截断和布莱克曼窗截断的插值FFT 算法
• 2.2.3 仿真结果及分析
• 第3章 电能质量监测系统总体设计
• 3.1 系统的性能和技术指标
• 3.2 总体设计方案
• 3.2.1 系统总体结构设计
• 3.2.2 系统模块介绍及功能划分
• 3.3 系统主CPU 的选型分析
• 第4章 电能质量监测系统硬件设计
• 4.1 系统整体电路
• 4.2 信号调理电路
• 4.3 A/D 转换电路
• 4.4 CPLD 逻辑控制电路设计
• 4.5 外扩存储电路
• 4.6 电源模块电路
• 4.7 键盘及液晶显示电路
• 4.8 串口通信电路
• 4.9 USB 接口电路
• 4.10 以太网通信电路
• 第5章 电能质量监测系统软件设计
• 5.1 主程序设计
• 5.1.1 初始化程序设计
• 5.1.2 数据处理程序设计
• 5.1.3 数据通信程序设计
• 5.1.4 人机界面程序设计
• 5.2 中断服务程序设计
• 第6章 系统调试与分析
• 6.1 调试平台及实验参数
• 6.2 数据采集模块测试分析
• 6.3 数据处理模块测试分析
• 6.4 串口通信模块测试分析
• 总结和展望
• 1.课题研究的主要成果
• 2.课题展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
• 附录B 部分源程序代码