基于TMS320F2806的综合电能监测仪的研制

论文摘要

近年来随着现代化的工业设备和民用电气装置的普及,大量的非线性电力负荷运用到日常生活和工业生产中,使得公用电网的电能质量问题愈发凸显。这严重影响了城市经济安全高效地运行以及人民生活质量的提高。因此,研究电能监测技术就具有特别重要的意义。本文从介绍电能质量监测的意义出发,阐述了电能质量的基本概念与电能质量问题的相关分类。深入探讨各项电能质量参数的基本检测原理和算法。结合国家标准,明确了电能质量监测的各项设计要求,在此基础上提出了一种以TMS320F2806为核心的电能质量监测仪的设计方案,并具体阐述了该电能质量监测仪的硬件设计与软件设计。系统在硬件上主要针对电源模块、A/D采样模块、实时时钟模块、人机接口模块、存储器扩展模块及通讯模块等方面进行设计,并进行实际调试。为方便开发与日后的升级,系统在软件上采用模块化设计,主函数采用类似于操作系统的时间片轮循的软件设计方法,通过不断地查询各功能模块的标志,来进行统一地管理与调度,从而实现应用系统的模块化和开发任务的层次化。为提高DSP运算速度,系统采用Q格式定标的FFT运算,并针对电力系统谐波分析的使用环境做出了一定的改进;由于电力系统存在频率偏差的现象,系统在采样时采用自适应周期同步采样算法,较好地跟踪了电网频率的变化,从而提高了检测精度。最后,采用三相精密测试电源对监测仪表的测量精度进行了实验论证,实验结果表明该仪表具有较高的测量精度、较好的线性度和较大的动态范围、统计量准确、实时性好、工作稳定,可以满足电能测量的精度要求以及电力设备实时监控方面的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 电能质量问题综述
• 1.2.1 电能质量的定义
• 1.2.2 电能质量问题的分类
• 1.2.3 电能质量问题产生的危害
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 电能质量的测量与检测原理
• 2.1 仪表的功能
• 2.2 基本电能参数的测量方法
• 2.2.1 电压、电流有效值的计算
• 2.2.2 功率及功率因数的计算
• 2.2.3 三相不平衡度的检测
• 2.2.4 谐波与谐波畸变率的计算
• 2.3 常用的电能质量分析方法
• 2.3.1 时域仿真法
• 2.3.2 频域分析法
• 2.3.3 基于变换的方法
• 2.4 快速傅里叶变换（FFT）
• 2.4.1 FFT算法
• 2.4.2 电力系统谐波的FFT运算
• 2.5 自适应周期同步采样算法
• 2.6 本章小结
• 第三章 电能质量监测仪的硬件设计
• 3.1 仪器硬件设计的原则
• 3.2 仪器硬件总体结构
• 3.3 DSP的介绍与特点
• 3.3.1 DSP的简介
• 3.3.2 TMS320F2806的性能与特点
• 3.4 电源模块设计
• 3.5 A/D采样模块设计
• 3.5.1 电压信号调理电路
• 3.5.2 电流信号调理电路
• 3.5.3 同步方波变换电路
• 3.5.4 基准电压电路
• 3.6 实时时钟模块设计
• 3.7 存储器扩展模块设计
• 3.8 人机交互模块设计
• 3.8.1 键盘接口模块
• 3.8.2 液晶屏显示模块
• 3.9 通讯模块设计
• 3.9.1 串口通讯模块
• 3.9.2 GPRS通讯模块
• 3.10 本章小结
• 第四章 电能质量监测仪的软件设计
• 4.1 DSP应用系统的开发流程与开发环境
• 4.1.1 DSP应用系统的开发流程
• 4.1.2 DSP系统的开发环境
• 4.2 COFF格式与 CMD文件
• 4.2.1 COFF（Common Object File Format）格式
• 4.2.2 CMD（Linker Command Files）文件
• 4.3 软件功能模块设计
• 4.3.1 主程序模块
• 4.3.2 数据采集模块
• 4.3.3 数据处理模块
• 4.3.4 人机接口模块
• 4.3.5 外部存储器模块
• 4.3.6 通讯模块
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验结果与结论
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文