非正弦条件下电参量测量的理论研究及其实现

摘要

随着非线性负荷的增加,系统电压和电流发生畸变,波形不再为正弦波,使传统的测量理论和方法不再适用,需要新的理论和测量装置来正确实现非正弦条件下的电参量测量.该文主要研究对象就是非正弦条件下的电参量测量.首先,在对现有的各种非正弦条件下的功率理论作了一定的研究、分析和综合后,选择出了适用于非正弦条件下功率测量的功率定义.其次,对现有的主流的非正弦条件下各种电参量的测量方法作了介绍,比较了各种电参量的不同的测量方法的优缺点,选定了基于FFT的频域功率测量方法.对非正弦条件下波形畸变对各种电参量的影响作了具体的误差分析,并对非正弦条件下的测量工作中尚需解决的问题作了分析.在理论分析的基础上,将理论应用于实践,研究并开发了新型的适合于非正弦条件下各种电参量测量的多功能电量测量仪.测量装置以DSP（数字信号处理器）为核心处理器,运用FFT计算将时域信号转换到频域计算各种交流电参量,采用锁相环倍频跟踪电网频率,消除采样同步误差.在系统软件中,运用定点DSP的局部浮点算法,提高了算法精度.通过对装置进行测试,分析测试结果,装置达到了设计要求,具有较高的精度,同时分析了装置误差产生的原因,对装置提出了进一步改善的方案.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1.1课题背景

§1.2课题研究目的和意义

§1.3本论文的主要工作

第二章非正弦条件下的功率理论

§2.1电力系统谐波

§2.1.1电力系统谐波的基本概念

§2.1.2电力系统谐波的危害

§2.1.3电力系统谐波的管理和监测

§2.2非正弦条件下功率定义的基本要求和分类

§2.3传统正弦条件下功率的基本定义及其特点

§2.4非正弦条件下现有的各种功率定义

§2.4.1 C.Budeanu提出的功率定义

§2.4.2 S.Fryze提出的功率定义

§2.4.3 N.L.Kusters和W. J.M Moore提出的功率定义

§2.4.4 W.Shepherd和P. Zakikhani提出的功率定义

§2.4.5 Sharon提出的功率定义

§2.4.6 L. S.Czarnecki提出的功率定义

§2.4.7 IEEE谐波工作小组对无功功率定义的建议

§2.4.8国家标准

§2.5现有功率理论的分析比较

§2.5.1 C Budeanu功率定义中的不足

§2.5.2现有功率理论的共同特点—正交分解

§2.6适用于非正弦条件下功率计量理论

第三章非正弦条件下电参量的测量

§3.1电力系统电参量检测的目的

§3.2非正弦条件下电参量的测量方法

§3.2.1 电压、电流有效值测量

§3.2.2频率测量

§3.2.3相位差的测量

§3.2.4谐波测量

§3.2.5功率测量

§3.3由谐波造成的电参量测量误差分析

§3.3.1 电压电流测量误差的分析

§3.3.2视在功率测量误差的分析

§3.3.3有功功率测量误差的分析

§3.3.4无功功率测量误差的分析

§3.4非正弦条件下测量需要解决的问题

§3.4.1如何反映负荷特性

§3.4.2怎样进行责任划分

§3.4.3谐波损耗如何评估

§3.4.4测量精度如何保证

第四章基于DSP和数据采样的非正弦电参量综合测量装置的硬件实现

§4.1简介

§4.2 DSP系统设计

§4.2.1 DSP芯片简介

§4.2.2 DSP系统的设计方法[26]

§4.2.3系统核心-DSP芯片的选择

§4.3测量装置的硬件设计方案

§4.3.1硬件设计总体方案

§4.3.2信号转换及调理电路的设计

§4.3.3采样模块的设计

§4.3.4同步采样电路的设计

§4.3.5系统抗干扰设计

第五章综合测量装置的软件设计

§5.1系统软件总体结构

§5.2主程序流程

§5.3采样中断流程

§5.4主从通讯中断流程

§5.5系统内存的分配

§5.6定点DSP软件中的小数运算与精度保护

§5.7系统软件定标因子的选择

§5.8 FFT变换的误差及其消除方法

§5.8.1实数序列的FFT快速算法

§5.9各电参量的计算：

第六章测试结果及误差分析

§6.1测试报告

§6.2系统误差产生的原因

结论与展望

参考文献

致谢