基于多处理器的电力谐波检测系统研究

论文摘要

由于工业和民用负载中非线性负载的增加,导致电力谐波的电压和电流波形畸变,在工作时向电源反馈高次谐波,对供电质量造成严重污染,对电力系统的运行造成极大的危害。因此谐波问题已成为电力部门普遍重视和关心的问题,其中谐波测量是处理谐波问题的基础,也是分析和控制电网谐波含量的依据。传统的电力谐波检测仪大多基于单片机实现,难以满足对谐波测量的实时性和高精度的要求。本文基于多处理器的构架对电力谐波检测系统进行研究,提出了FPGA+DSP+ARM的体系结构,利用FPGA的IP核实现FFT运算,DSP实现计算功能,ARM实现控制功能。系统充分利用三种处理器的优点,对电量信号进行实时精确测量,而且提供了良好的人机界面,便于进行监测与控制。本文首先对基于FFT算法的电量检测系统原理进行介绍,并给出了具体的计算过程和公式,然后构造了FPGA+DSP+ARM结构的多处理器检测系统,说明其系统实现和工作原理,随后对该系统的进行分块,对每个模块的硬件实现和软件实现进行研究,最后用实验验证了系统满足性能指标要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 电力系统谐波简介
• 1.1.2 电力系统谐波标准
• 1.2 研究方法与意义
• 1.2.1 电力系统谐波测量方法
• 1.2.2 研究目标与意义
• 1.3 内容安排
• 2 谐波检测系统总体设计方案
• 2.1 谐波分析原理
• 2.2 基于FFT算法的谐波计算原理
• 2.2.1 各次谐波计算
• 2.2.2 各次谐波有功功率、无功功率的计算
• 2.2.3 总有效值、总功率值和畸变率的计算
• 2.3 总体设计方案
• 2.3.1 系统设计指标
• 2.3.2 基于FPGA+DSP+ARM多处理器的结构特点
• 2.3.3 系统框图
• 2.3.4 系统工作原理
• 2.4 本章小结
• 3 谐波检测系统硬件设计
• 3.1 数据调理模块及ADC模块
• 3.1.1 数据调理模块
• 3.1.2 ADC模块
• 3.2 FPGA模块
• 3.2.1 FPGA简介
• 3.2.2 Spartan 6简介
• 3.2.3 FPGA模块设计
• 3.3 DSP模块
• 3.3.1 DSP特点
• 3.3.2 TMS320F28335简介
• 3.3.3 DSP模块设计
• 3.4 ARM模块
• 3.4.1 ARM特点
• 3.4.2 ATmega64简介
• 3.4.3 ARM模块设计
• 3.5 本章小结
• 4 谐波检测系统软件设计
• 4.1 DSP软件设计
• 4.1.1 初始化程序设计
• 4.1.2 中断处理程序设计
• 4.2 ARM软件设计
• 4.2.1 初始化程序设计
• 4.2.2 显示部分的程序设计
• 4.2.3 键盘部分程序设计
• 4.2.4 以太网接口程序设计
• 4.3 本章小结
• 5 谐波检测调试
• 5.1 调试目的
• 5.2 调试平台
• 5.3 电参量测量实验
• 5.4 本章小结
• 6 结束语
• 致谢
• 参考文献