基于数字积分器的无功功率测量实验仪的设计

摘要

随着电力工业的发展，电力电子装置的应用日益广泛，电力系统中非线性器件越来越多，电网中信号的波形出现了畸变的情况，使得电能质量日趋恶化，电力系统的安全运行受到影响。在此情况下，现有无功功率测量方法存在许多缺陷，表现为测量不精确、运算量大、实时性差、仪表设计复杂和工程可用性低等。在当前电网信号的非线性急剧增加的的情况下，如何进行无功功率测测量已经成为电气测量领域的一个亟待解决的问题。
　　本文从无功功率理论的研究出发，分析了国内外现有无功功率测量方法的研究概况。针对现阶段无功测量方法存在的问题，在满足原始无功功率原理的前提下，使用了基于数字积分器的方法来测量无功功率，设计了无功测量实验仪，主要包括：无功测量实验仪的硬件设计和软件设计。硬件部分主要设计了电源模块、数据采集模块、STM32控制模块和显示模块；软件部分首先对系统算法进行了设计，包括数字积分算法和数字滤波算法，然后在硬件平台上进行程序设计实现系统的算法，程序部分设计了主控模块、数据采集模块、数据处理模块和数据显示模块。最后，对本文的无功功率测量方法和所设计的实验仪进行了仿真实验测试，得出了无功功率测量的仿真实验结果，将测量方法的仿真结果、实验仪的实验结果和其他方案的测量结果进行了比较分析，验证了本方法的正确性。
　　本文的基于数字积分器的无功测量方法，能够准确地测量畸变信号下的无功功率，遵循了原始地无功功率定义。设计的无功功率测量实验仪主要是利用软件编程来实现无功功率测量的核心算法，所以减少了一些模拟器件受干扰的影响，降低了误差，使测量更加准确。实验仪具有设计灵活、结构简单、易实现、成本低、测量方便快捷、可靠性和稳定性好、工程可用性强等优点。

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第1章 绪论

1.1课题的研究目的及意义

1.2国内外研究现状分析

1.3本论文研究的主要内容

第2章 无功功率测量方法分析及方案选择

2.1正弦信号下无功功率理论的分析

2.2正弦信号下无功功率测量方法的分析

2.3非正弦信号下无功功率理论分析

2.4非正弦信号下无功功率测量方法分析

2.5总体方案设计

2.6本章小结

第3章 无功功率测量实验仪的硬件设计

3.1电源模块的设计

3.2数据采集模块的设计

3.3主控模块的设计

3.4显示模块的设计

3.5 JTAG模块的设计

3.6本章小结

第4章 无功功率测量实验仪的软件设计

4.1数字滤波器的设计

4.2数字积分器的设计

4.3系统的算法设计

4.4程序模块的设计

4.5本章小结

第5章 实验测试及结果分析

5.1正弦信号下实验测试

5.2谐波信号下实验测试

5.3本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果

致谢