基于DSP的电能质量检测仪的研制

论文摘要

电能作为人们广泛使用的能源,其应用程度是衡量一个国家发展水平和综合国力的重要标志之一。随着电力电子技术的不断发展,各种非线性负载在人们的生产和生活中得到广泛应用,这些负载的非线性使得电网的供电质量日益恶化。为保证电力系统安全稳定运行,迫切需要对电能质量的各种参数进行实时检测。论文对电能质量的基本概念、定义及相关的国家标准进行归纳整理,分析了电能质量参数检测技术的国内外研究现状与发展趋势,介绍了谐波的危害性和当前的谐波检测方法,并在国家标准的基础上,提出了系统的设计方案,并从硬件和软件两个方面来论述电能质量检测系统的研制。硬件方面,以TMS320F2812为核心,利用电压传感器系列VSM025A型、电流传感器系列CS040G、工业液晶显示器LR080AR/D完成了系统数据采集模块、数据处理模块、通信模块、人机交互模块的设计,并在此基础上实现了电能质量检测系统的原理设计及实验装置制作。硬件设计的重点在于数据采集部分,为了使采集的电压和电流的幅值能达到采样的范围,采用传感器和运算放大器组成的信号调理电路对其进行变换。软件方面,主要完成了系统的初始化设置、A/D转换、FFT算法、数据分析及传输等方面的程序设计。其中,采用C语言来实现FFT算法,并做以下三个改进：旋转因子预存储、采用TMS320F2812的位倒序寻址功能来实现位码的倒序排列和蝶形运算。把N点实数电网信号分成奇偶子序列,再拼成N/2点复数序列进行FFT运算,再用N/2点序列的运算结果按一定规律生成N点实数信号的FFT计算结果。以快速傅里叶变换、对称分量法等算法实现谐波、相电压与线电压有效值、频率、正序电压、负序电压、零序电压的计算。并通过编写液晶显示程序,实现测量数据的显示功能。在完成系统设计及实验装置制作的基础上,对整个系统进行了调试,得到如下电能质量参数：频谱、相电压有效值、线电压有效值、正序／负序／零序电压、频率、三相电压波形。实验测试结果表明,系统软件和硬件运行正确,能够达到预期目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电能质量研究背景
• 1.2 电能质量研究意义
• 1.3 电能质量研究现状
• 1.4 电能质量发展趋势
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 电能质量检测的概述
• 2.1 引言
• 2.2 电能质量定义
• 2.3 电能质量国家标准
• 2.4 电能质量分类
• 2.4.1 稳态电能质量
• 2.4.2 动态电能质量
• 2.5 电能质量产生及危害
• 2.5.1 电网谐波
• 2.5.2 频率偏差
• 2.5.3 电压偏差
• 2.5.4 三相不平衡度
• 2.6 电能质量分析方法
• 2.6.1 时域仿真法
• 2.6.2 频域分析法
• 2.6.3 基于变换的分析方法
• 2.7 小结
• 第3章 电能质量参数检测方法的研究
• 3.1 引言
• 3.2 检测原理概述
• 3.3 基于傅里叶变换的分析方法
• 3.3.1 连续傅立叶变换
• 3.3.2 离散傅里叶变换
• 3.3.3 快速傅里叶变换
• 3.3.4 按时间抽取的基-2FFT算法
• 3.3.5 FFT算法的问题
• 3.4 电能质量参数的检测
• 3.4.1 频率检测
• 3.4.2 谐波检测
• 3.4.3 电压电流有效值检测
• 3.4.4 三相不平衡度检测
• 3.5 小结
• 第4章 系统结构与硬件设计
• 4.1 引言
• 4.2 系统框架
• 4.3 数据采集模块
• 4.3.1 传感器
• 4.3.2 信号调理电路
• 4.3.3 过零检测电路
• 4.3.4 A/D数模转换
• 4.4 DSP处理模块
• 4.4.1 DSP选型分析
• 4.4.2 电源与看门狗
• 4.4.3 时钟设计
• 4.4.4 JTAG接口
• 4.5 串口通信模块
• 4.6 键盘及液晶显示模块
• 4.6.1 键盘电路
• 4.6.2 液晶显示电路
• 4.7 小结
• 第5章 系统的软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 软件构架
• 5.3 系统控制模块
• 5.4 A/D采样的软件实现
• 5.4.1 采样方式定义
• 5.4.2 触发方式定义
• 5.4.3 顺序转换通道定义
• 5.4.4 A/D中断子程序
• 5.5 数据处理的软件实现
• 5.5.1 谐波的计算
• 5.5.2 频率的计算
• 5.5.3 线电压的计算
• 5.5.4 正序负序零序的计算
• 5.6 通信模块的软件实现
• 5.7 键盘及液晶显示的软件实现
• 5.7.1 键盘
• 5.7.2 LCD显示
• 5.8 小结
• 第6章 系统调试与分析
• 6.1 调试平台及标准参数
• 6.2 数据处理模块调试分析
• 6.3 界面显示
• 6.4 频谱显示
• 6.5 误差分析
• 6.6 改进措施
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 硬件原理图
• 附录2 部分程序清单
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研实践