基于准同步采样的电能质量监测仪

摘要

电能质量在线监测系统建设是目前我国国家电网运营监测(控)中心建设的重要基础性工作之一。通过覆盖电网各个节点的电能质量监测仪,在线采集计算电网的供电可靠性、谐波、功率、暂态扰动等电能参数,对于实现供电质量闭环监测控制、电网安全风险分析和管理、提升电网运行效率和供电服务水平有着重大意义。
　　新一代电网建设规划对电能质量测试装置提出了实时性、综合性、可扩展性和数据库化四大需求。传统的测试设备由于架构和算法上的制约,难以同时满足这些需求。本文设计了一种由 ARM主控单元和DSP测量单元组成的分布式监测系统。通过多个测量单元的协同处理,可以构建灵活的多节点局域网络,实现对多项稳态、暂态电能质量参数和能耗参数的综合性监测分析。另外,对DSP系统内存管理、数据传输和事务控制等方面的优化设计,确保了监测系统的实时性能。
　　对谐波等核心参数的测量基于傅里叶变换。该方法在处理异步采样数据时存在频谱泄露和栅栏效应,影响测量精度。本文采用准同步采样法解决这一问题。其基本原理是使用带通滤波和阈值比较法精确计算基波周期,然后通过插值算法重构原始采样序列,使之近似于同步采样信号。对重构信号做FFT运算的可显著降低频谱泄露和栅栏效应引起的误差。由于电网信号中存在着不确定分布的间谐波分量,当间谐波频率位于带通滤波器过渡带范围内时,会干扰基波频率的测量,进而降低准同步采样法的准确度。本文提出了一种逐次逼近式准同步化的改进措施,可以较好地解决这一问题。仿真分析表明,在电力系统的常见频率偏差、噪声、间谐波干扰等情况下,该方法对电网谐波的测量精度优于传统的加窗插值FFT算法。
　　最后,对该电能质量监测仪进行了标定实验,其对模拟市电信号的测量精度达到了电能质量监测仪器国家标准(GB/T19862-2005)的要求。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 电能质量的概念和参数

1.3 电能质量测试技术综述

1.4 电能质量测试设备研究现状和发展趋势

1.5 本文的主要内容和创新点

1.6 本章小结

第二章 电能质量监测系统总体设计

2.1测量模型和计算方法

2.2系统架构设计

2.3本章小结

第三章 测量模块设计方案

3.1信号转换

3.2信号采集

3.3信号处理

3.4 DSP系统实时性设计

3.5本章小结

第四章 准同步采样法检测电网谐波

4.1准同步采样法基本原理

4.2准同步采样检测谐波算法设计

4.3算法性能仿真分析

4.4嵌入式实现与优化

4.5仪器标定实验

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

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