电力参数测试仪设计

摘要

电力产业是一个国家经济发展的基础产业，然而随着电网中非线性负荷的大量涌入及新能源的广泛使用，电能污染日益严重。因此，解决电能质量问题，对电能质量进行必要的监测和分析，进而改善电网的电能质量显得尤为必要。
　　在实验室研制的电能质量分析仪的基础上，本文根据市场需求，设计改进，拓展电力测试参数，更新管理单元，设计一款基于ADC+DSP+ARM的电力参数测试仪，主要完成：（1）依据谐波分析和介质损耗角检测需求，提出并建立基于Kaiser-Nuttall(K-N)互卷积窗的双谱线插值 FFT改进谐波分析算法；（2）提出并建立基于时域准同步的介损角快速测量算法；（3）基于Cortex-M4+MQX的电力参数测试仪管理单元的软、硬件设计与实现。
　　本文设计由6部分组成：第1章为绪论，简要介绍项目的研究背景和意义、电能质量的定义及相关国家标准、介质损耗参数概念、电能质量问题的分类、电力检测技术研究现状及发展趋势、本文研究项目的来源和主要工作；第2章为电力参数检测算法研究，详细介绍基于K-N互卷积窗的双谱线插值 FFT改进谐波分析算法以及基于时域准同步的介损角快速测量算法，并建立仿真模型，分别对改进谐波分析算法和介损角检测算法进行仿真实验；第3章为电力参数测试仪的信号处理单元设计，首先介绍电力参数测试仪的总体设计，然后概述测试仪信号处理模块的硬件设计，最后分析本文提出电力参数检测算法的DSP实现流程；第4章为电力参数测试仪的管理系统硬件设计，首先介绍管理单元的硬件控制核心；再次介绍管理系统子模块的硬件电路设计，包括数据存储接口设计、通信接口设计以及人机交互接口设计，最后分析 PCB的设计流程和本文管理单元的PCB设计。第5章为电力参数测试仪的管理系统软件设计，首先分析管理单元软件核心MQX的微内核结构和启动执行过程；然后介绍测试仪管理系统的总体设计；最后结合 MQX，介绍测试仪各个模块的软件设计。第6章对电力参数测试仪的有效性与准确性进行验证，并分析参数测试仪的软硬件可靠性设计。
　　实际测试和检测结果表明，本文设计的电力参数测试仪的电能质量参数测量误差满足 GB/T19862—2005《电能质量监测设备通用要求》，达到电能质量分析仪A类标准；介损角测量误差满足 DL/T962—2005《高压介质损耗测试仪通用技术条件》。最后总结本文的创新点及不足，指出下阶段的研究工作和展望。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 电力参数测试标准与相关技术研究现状

1.3 项目来源与本文的主要研究内容

第2章 电力参数检测算法研究

2.1 基于K-N互卷积窗的FFT改进谐波分析算法研究

2.2 介质损耗参数测量算法研究

第3章 电力参数测试仪信号处理单元设计

3.1 电力参数测试仪的总体设计

3.2 数据采集模块设计

3.3 数据处理模块设计

3.4 电力参数检测算法的DSP实现

第4章 电力参数测试仪管理单元硬件设计

4.1 管理单元硬件核心

4.2 数据存储接口设计

4.3 通信接口设计

4.4 人机交互模块设计

4.5 测试仪管理系统的PCB设计

第5章 电力参数测试仪管理系统软件设计

5.1 管理单元软件核心

5.2 管理单元程序总体设计

5.3 存储单元软件设计

5.4 DSP与ARM数据交互设计

5.5 通信模块软件设计

5.6 人机交互模块软件设计

第6章 电力参数测试仪的测试与检验

6.1 仪器的可靠性分析

6.2 仪器的实际测试

结论

参考文献

致谢

附录 A 攻读学位期间的论文及专利

附录 B 攻读学位期间的获奖

附录 C 电力参数检测算法部分代码

附录 D Shell二进制写函数代码

附录 E 部分电力参数编码表

附录 F 人机交互模块触控键号监测代码