高精度电网分析仪系统研究

论文摘要

电网分析仪是用于电网参数测量的电子式测量仪表,能够集中测量、计算并显示电网中三相电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数等多种参数。随着电力系统自动化水平的日益提高,电力参数的准确测量和统一管理对于实现电网安全经济运行具有重大意义。由于电网中非线性设备的使用日益增多,所产生的高次谐波电流大量注入电力线路中,使得电网电压、电流波形发生畸变。同时,电网频率并不是固定不变的,而是在50Hz附近波动,传统的直流采样算法已不能满足要求;标准的交流电样,在处理周期变动和采样边界不确定的时候,精度也不能做到很高。针对上述情况,本文设计了边界剪裁的交流采样算法,做到了精确的整周期采样。 本文以高速嵌入式单片机作为核心处理单元,对采样算法和嵌入式软件设计做了深入的分析研究,提出了提高测量精度的边界剪裁算法,设计了小型的任务调度系统,并应用于电网分析仪系统中。同时,完成了基于MODBUS协议的串口通讯功能,实现了对电网参数的实时监测和管理功能。在对电网分析仪系统功能分析的基础上,采用模块化的设计思想,设计并实现了电网分析仪的扩展模块。通过这种设计的电网分析仪在电力系统中有良好的应用前景。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 电网分析仪简介
• 1.2 电参量数字采样技术的现状
• 1.2.1 电参数数字采样技术概况
• 1.2.2 数字采样测量技术中主要方法介绍
• 1.3 交流采样方法的发展现状与应用中存在的问题
• 1.3.1 交流采样测量方法的发展现状
• 1.3.2 交流采样测量方法在应用中存在的问题
• 1.4 对目前采样方法与算法的更新与发展
• 1.5 本文所要研究的主要内容及大纲
• 第二章 电网分析仪的系统设计
• 2.1 电网分析仪系统的整体结构
• 2.2 硬件电路设计
• 2.2.1 设计中主要使用的核心芯片
• 2.2.2 电网分析仪硬件电路
• 2.3 软件设计
• 第三章 电网分析仪的整体误差模型
• 3.1 电参数误差分析现状
• 3.2 误差合成模型
• 3.3 电参数采样系统模型
• 3.4 电流采样综合误差
• 3.5 电压采样综合误差
• 3.6 仿真程序的验证
• 3.6.1 仿真程序的理论模型
• 3.6.2 仿真程序考虑的问题
• 3.6.3 仿真程序的使用
• 3.7 结论
• 第四章 边界裁减采样测量算法的实现
• 4.1 电网电参量测量基本原理
• 4.2 等间隔非同步采样测量误差分析
• 4.3 边界剪裁采样算法
• 4.3.1 通用过零采样的不足
• 4.3.2 边界剪裁采样算法的实现
• 第五章 电网分析仪的嵌入式实时系统
• 5.1 嵌入式实时系统的分类
• 5.1.1 按速度分类
• 5.1.2 按确定性分类
• 5.1.3 按软件结构分类
• 5.2 电网分析仪嵌入式系统的设计
• 5.2.1 电网分析仪嵌入式实时系统方案的选择
• 5.2.2 电网分析仪嵌入式实时系统的整体设计
• 5.2.3 电网分析仪嵌入式实时系统的任务调度策略
• 第六章 电网分析仪界面系统的设计
• 6.1 顶层界面
• 6.2 数据显示界面
• 6.3 曲线显示界面
• 6.3.1 显示曲线的切换
• 6.3.2 图形映射模式
• 6.4 设置模式下的处理
• 6.4.1 结构与状态切换
• 6.4.2 小型编辑器的实现
• 第七章 电网分析仪串口通讯的实现
• 7.1 MODBUS协议简介
• 7.2 电网分析仪与上位机的数据通讯
• 第八章 电网分析仪涉及的一些其它技术
• 8.1 软件抗干扰措施
• 8.1.1 目前通用的防脉冲抗干扰技术
• 8.1.2 电网分析仪采用的防脉冲干扰技术
• 8.1.3 电网分析仪采用的防止程序跑飞技术
• 8.2 程序的代码优化
• 第九章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文