电能质量实时监测装置的研究与设计

论文摘要

随着国民经济和科学技术的迅速发展,各种工业生产对电能质量的要求越来越高。但是,在现代电力电子设备大量使用的同时,电能污染现象也日趋严重,电能质量问题已经引起电力部门和许多重要商业用户的密切关注,如何提高和保证电能质量已经成为我国电力系统面临的重要问题。因此对电能质量进行监测与分析具有十分重要的意义。论文就电能质量实时监测装置的设计进行了研究和分析,主要内容如下:首先,本文对电能质量问题的产生原因、电能质量衡量指标和国内外的研究现状进行了综述;详细分析了电压偏差、频率偏差、三相不平衡、谐波、电压波动与闪变、电能暂态等电能质量各项指标的检测原理,并对各项指标的数字化实现方法作了分析和比较;在此基础上,对采用小波分析方法检测电压闪变和电能质量暂态参量的检测原理、算法实现做了深入研究,为电能质量实时监测装置的研制提供了必要的理论依据。其次,在理论研究和分析的基础上,本文设计并实现了电能质量实时监测装置。考虑到监测装置对实时性和需支持复杂算法的特殊要求,采用了基于ARM+DSP构架的硬件平台,该平台既利用了ARM微处理器管理能力强以及外围接口丰富的优势,同时又具备DSP快速数据运算能力的特点;软件部分采用μC/OS-Ⅱ操作系统实现管理和控制,并根据模块化的设计思路,完成了总体软件的编写。最后,本文依据电能质量监测装置性能指标进行了较为全面的测试分析,验证了算法的正确性和有效性,并在某电力试验研究院进行了实际测量,测量数据表明软硬件部分均达到了预期设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 电能质量问题的产生原因
• 1.2 电能质量的研究意义
• 1.3 电能质量的衡量指标
• 1.4 国内外研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 2 电能质量测量的数字化实现
• 2.1 电能质量检测中常用算法
• 2.2 稳态电能质量检测
• 2.2.1 基本电参量计算
• 2.2.2 电压偏差
• 2.2.3 频率偏差
• 2.2.4 三相不平衡
• 2.2.5 谐波与间谐波
• 2.2.6 电压波动与闪变
• 2.3 暂态电能质量检测
• 2.3.1 小波基的选择
• 2.3.2 检测过程
• 2.4 本章小结
• 3 系统的硬件设计与实现
• 3.1 装置整体设计
• 3.1.1 三层结构
• 3.1.2 主要功能
• 3.1.3 主要性能指标
• 3.2 ARM数据管理系统及外围模块设计
• 3.2.1 微控制器ARM的选择
• 3.2.2 LPC2214核心处理模块
• 3.2.3 电源电路
• 3.2.4 液晶显示
• 3.2.5 通信方式
• 3.3 DSP数据采集系统
• 3.3.1 DSP芯片的选择
• 3.3.2 DSP核心处理模块
• 3.3.3 A/D芯片选型及采样设计
• 3.3.4 采样信号调理设计
• 3.4 本章小结
• 4 系统的软件开发与实现
• 4.1 ARM管理单元软件介绍
• 4.1.1 μC/OS-Ⅱ操作系统
• 4.1.2 软件开发调试环境
• 4.1.3 μC/OS-Ⅱ的移植
• 4.1.4 软件流程及中断处理方法
• 4.1.5 监测任务具体实现
• 4.2 DSP测量单元软件介绍
• 4.2.1 DSP软件开发环境
• 4.2.2 DSP软件总体设计
• 4.2.3 数据采集模块设计
• 4.2.4 数据运算模块设计
• 4.2.5 HPI数据通信模块设计
• 4.3 上位机简介
• 4.4 本章小结
• 5 系统的功能测试与分析
• 5.1 主要功能及参数指标
• 5.2 测试方法
• 5.3 性能测试
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录Ⅰ 部分实物图
• 附录Ⅱ 在校期间发表的论文
• 附录Ⅲ 参与科研实践