基于ARM的电力系统谐波检测仪的研究与设计

论文摘要

随着电力电子设备数量的迅速增多和电网中各种非线性负载的增加,电网电压、电流中的谐波含量日益增高,致使供电和用电设备过热、电能损耗增加,、对电力系统的安全、经济运行造成极大影响。实时测量电网中的谐波含量,对于防止谐波危害具有重要的现实意义。为了实现对电网中的谐波实时而精确的检测,首先对文献和专著中给出的各种谐波检测方法进行了分析和比较,确定了谐波检测所采用的算法,并在此基础上完成一种谐波检测仪整体方案的设计。该检测仪可以完成对三路输入信号的电压、电流的谐波含量进行检测,并配备了对检测数据进行显示、统计和存储的功能。论文介绍了电力系统谐波检测仪的研究设计过程,并分别从谐波算法的研究选择、系统硬件设计、系统软件设计、系统测试等方面加以论述。本文具体内容如下：首先介绍了谐波检测研究的意义、谐波的危害及谐波检测现状。然后介绍了谐波的概念、谐波检测的方法,并在对几种谐波检测算法分析研究的基础上,确定了本谐波检测仪所采用的基于快速傅立叶变换的加窗插值算法。第三部分叙述了以ARM7为微处理器的检测仪系统硬件设计,包括主控模块、信号调理模块、A／D采样模块、数据存储模块、实时时钟模块、液晶显示模块的设计和硬件抗干扰设计等工作。第四部分是谐波检测仪系统软件的设计。介绍了利用C语言开发的系统软件,包括主程序、A／D转换、按键处理、数据处理等组成部分。之后是系统测试与误差分析部分,经过对实测信号结果的分析,证明算法的选择与检测仪的设计满足精度要求。最后是对以上研究工作进行的总结,并对未来工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 电力系统谐波研究的意义
• 1.2 谐波的危害
• 1.3 电力系统谐波检测现状
• 1.4 谐波检测存在的问题
• 1.4.1 信号混叠
• 1.4.2 同步采样
• 1.4.3 频谱泄漏和栅栏效应
• 1.5 本章小结
• 第2章 谐波的概念及检测算法
• 2.1 谐波的概念
• 2.2 谐波检测的常用方法
• 2.3 谐波检测算法研究
• 2.3.1 傅立叶级数的三角形式
• 2.3.2 傅立叶级数的指数形式
• 2.3.3 离散傅立叶变换
• 2.3.4 快速傅立叶变换
• 2.3.5 信号加窗
• 2.3.6 插值算法
• 2.4 本章小结
• 第3章 谐波检测仪系统的硬件设计
• 3.1 谐波检测仪系统硬件总体设计
• 3.2 主控模块设计
• 3.2.1 LPC2132简介
• 3.2.2 LPC2132硬件结构
• 3.3 信号调理模块设计
• 3.3.1 电压信号调理电路的设计
• 3.3.2 电流信号调理电路的设计
• 3.4 A/D转换模块设计
• 3.4.1 AD73360功能简介
• 3.4.2 AD73360引脚功能介绍
• 3.4.3 A/D输入通道的设计
• 3.4.4 A/D输出通道的设计
• 3.5 系统稳压电路设计
• 3.6 系统复位电路设计
• 3.7 实时时钟电路设计
• 3.8 数据存储模块设计
• 3.9 液晶显示模块设计
• 3.10 检测仪的硬件抗干扰设计
• 3.10.1 电源的抗干扰设计
• 3.10.2 印刷电路板的抗干扰设计
• 3.11 本章小结
• 第4章 谐波检测仪系统软件设计与实现
• 4.1 ADS集成开发环境简介
• 4.1.1 ARM ADS的组成
• 4.1.2 CodeWarrior IDE简介
• 4.1.3 AXD调试器简介
• 4.2 系统软件设计
• 4.2.1 主程序设计
• 4.2.2 A/D转换程序设计
• 4.2.3 按键处理程序设计
• 4.2.4 时钟模块程序设计
• 4.2.5 数据处理程序设计
• 4.2.6 软件抗干扰设计
• 4.3 本章小结
• 第5章 谐波检测仪系统测试与误差分析
• 5.1 谐波检测仪系统测试
• 5.1.1 对标准源的测试
• 5.1.2 对市电的测试
• 5.1.3 其它测试
• 5.2 误差分析
• 5.2.1 传感器的误差分析
• 5.2.2 A/D转换的量化误差分析
• 5.2.3 非同步采样的误差分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢