新型无功功率（谐波）传感器开发

论文摘要

本项目实现的最终目标是将复杂的“三相电路瞬时无功功率”理论、交流采样技术、数字信号处理运用到产品中去,以大多数用户都能够接受的成本来实现这一产品。在将电压和电流的有效值、初相角和相位差引申为瞬时值后,可以建立对瞬时无功功率和传统功率理论的统一数学描述,从而明确揭示出二者之间的关系。三相电路瞬时无功功率理论是将上述有关概念引申为瞬时值,进而将有功功率和无功功率引申为瞬时量后,对三相电路传统功率理论的自然扩展。而传统功率理论是用瞬时无功功率理论描述稳态的三相电路时的特例。数字滤波器的性能和运算要求常常是矛盾的,由于低成本的开发要求,我们用把滤波器设计成长整型运算,不采用浮点运算,以便用ARM7的内核来实现。这就对算法提出了极高的要求。而算法的验证是非常重要的,一种工具往往不能满足我们的要求。我们分别用matlab,C语言,和excel对算法进行了各个方面的验证,其结果是可靠而令人满意的。在本项目中作者采用了ARM+ADC的硬件体系结构,完成所有硬件电路的设计,并主要致力于以下几个方面的工作:1)高速ARM+ADC的硬件体系结构设计和应用;2)高速、高效的无功理论算法研究和实现。样机模块隔离采集三相交流单元电路中的三相电压和三相电流,用RS485总线输出被测三相交流单元的有功电度（含方向）、无功电度（含方向）、有功功率（含方向）、无功功率（含方向）、视在功率、功率因素（含方向）、频率、电压和电流信号的有效值,三相电压电流的1-19次谐波分量值、三相电压电流的正序、负序、零序值,用PWM输出三相无功谐波电流。样机已通过隔离耐压测试,高低温测试,以及长时间通电老化测试,均未见异常。样机在可靠性、安全性方面达到设计要求。经验证可正常使用,满足使用要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 背景
• 1.2 项目实用价值
• 1.3 国内外研究动态
• 1.4 项目目标及论文内容
• 第二章 硬件系统设计原理
• 2.1 硬件系统框图
• 2.2 信号隔离、调理
• 2.3 A/D 转换
• 2.3.1 功能模块连接
• 2.3.2 硬件工作时序
• 2.3.3 通讯规范
• 2.4 数字处理部分
• 2.5 硬件原理图
• 第三章 算法设计原理和实现方法
• 3.1 瞬时无功功率理论简述及各种情况下的功率表达式推导
• 3.1.1 瞬时无功功率理论的有关定义
• 3.1.2 各种情况下功率表达式的推导
• 3.1.3 传统功率理论向瞬时值概念的扩展
• 3.1.4 数学描述的统一及物理意义
• 3.2 三相电路谐波和无功电流、无功检测
• 3.2.1 三相无功功率实时检测（P-Q）
• 3.2.2 三相谐波和无功电流实时检测（ip-iq）
• 3.3 LPF 设计
• 3.4 同步正余弦信号发生电路设计
• 第四章 系统软件的设计原理和算法流程
• 4.1 软件的设计原理和结构特征概述
• 4.2 软件内部规范说明
• 4.2.1 软件的全局描述
• 4.2.2 软件局部功能模块的接口描述
• 第五章 试验结果
• 5.1 测试项目内容和数据
• 5.2 验证结论
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间研究成果
• 附录