电能质量监测系统信号处理算法设计与实现

论文摘要

随着国民经济的飞快发展,电能质量问题越来越成为现在电力行业所关注的一个热点问题。大量具有非线性、冲击性的电气设备广泛投入到电力系统以及日常生活中,导致电能污染日趋严重,电能质量问题日益突出。因此电能质量的监测与分析具有重要的社会意义,开发性能优良的电能质量监测系统对于保证电力系统安全运行及提高电能质量会起到重要的作用。本课题以《220-500kV电力系统故障动态记录技术准则》为基础开发电能质量监测系统。本文中首先介绍了国内外在电能质量监测领域的发展情况,较为全面地阐述了电能质量问题的现象以及产主根源。文中还重点研究了加窗插值算法、滑窗迭代DFT算法等各种电能质量的数字测量算法,从而为进一步改善电能质量提供很好的测量数据。为了满足实时性和精度的要求,软件上采用了高效的FFT算法分析谐波,使用汉宁窗的加窗插值算法降低了非同步采样引起的电压电流幅值和频率误差。设计采用了DSP+ARM结构,实现实时电压、电流、功率等基本电参量的测量,还具备谐波等电能质量参数的实时分析功能和通信功能。设计中充分发挥浮点处理器TMS320C33芯片的强大计算功能,保证了在线监测的实时性,并通过STR710 ARM处理器丰富的外设和增强I/O功能实现了多种网络功能。软件系统采用C语言和汇编语言结合的方式在CC平台上编写,保证了算法的精度和实时性。论文中所编程的主要软件包括采样模块、加窗插值FFT模块、DMA模块等几部分,最后利用MATLAB, CC软件平台上进行了仿真,验证了算法和程序的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 本论文的主要研究工作
• 1.4 论文结构
• 第2章 电能质量指标及分析相关理论
• 2.1 电能质量的概念
• 2.2 电能质量的分类
• 2.3 电能质量标准
• 2.4 电能质量分析的相关理论
• 2.4.1 供电电压偏差
• 2.4.2 电力系统频率偏差
• 2.4.3 三相电压不平衡度
• 2.4.4 电压波动与闪变
• 2.4.5 电压扰动
• 2.4.6 波形畸变和谐波
• 2.5 本章小结
• 第3章 电能质量测量相关算法研究
• 3.1 傅里叶变换与离散信号的数学分析
• 3.1.1 DFT原理
• 3.1.2 快速傅里叶变换FFT
• 3.1.3 快速傅里叶变换（FFT）中存在的问题
• 3.2 加窗插值FFT算法
• 3.2.1 窗函数的选择
• 3.2.2 加窗插值算法
• 3.2.3 MATLAB仿真与分析
• 3.3 滑窗迭代DFT检测算法
• 3.3.1 算法的导出
• 3.3.2 MATLAB仿真
• 3.4 交流电压、电流、功率及功率因数的计算
• 3.5 电压扰动测量
• 3.6 三相电压不平衡度测量
• 3.7 本章小结
• 第4章 电能质量监测系统总体设计
• 4.1 电能质量监测系统的要求
• 4.2 整体设计概要
• 4.2.1 录波子系统
• 4.2.2 远程监控子系统
• 4.2.3 对时子系统
• 4.3 电能质量监测系统的硬件设计
• 4.3.1 信号调理模块
• 4.3.2 信号处理模块
• 4.3.3 信号处理模块与通信调度模块接口-双端口RAM
• 4.3.4 通信调度模块
• 4.4 本章小结
• 第5章 电能质量监测信号处理软件设计与实现
• 5.1 总体数据流向
• 5.2 信号处理模块软件设计
• 5.2.1 信号处理模块的软件功能
• 5.2.2 命令处理函数
• 5.2.3 ADC采样
• 5.2.4 数字测量算法
• 5.2.5 录波处理函数
• 5.3 通信调度模块软件设计
• 5.4 加窗插值FFT算法在DSP上的实现
• 5.4.1 DFT变换的共轭对称性
• 5.4.2 DSP上的实现
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢