高精度功率分析仪的校准与参数计算研究与实现

摘要

目前，随着电力行业的不断发展，各式各样的电力设备在生活中得到应用，这些设备产生的电子信号呈现出多样性、宽带非平稳、复杂化的特征。传统的测量仪器已经越来越难以满足宽带、不平衡、瞬态信号测试的要求。随着高精度功率分析仪的出现，这类信号的测量需求得到了满足。高精度功率分析仪具有宽频段范围内测量频率、电压电流、谐波、功率等电量参数的功能，并提供了多个测量通道，实现了输入与输出的高精度同步测量。 本文分析了实际研制功率仪过程中的重难点，一是非线性系统的校准算法，二是高精度参数计算。文中针对重难点设计了合理的实现方案，并在仿真平台和实际搭建的平台上都得到了验证。 首先针对非线性系统存在的问题设计了一种新的校准算法，该算法的核心思想在于针对正余弦激励的信号，合理地建立起采样序列的实际采样值和理论采样值之间的映射关系。 其次，针对频率、谐波、功率这三个参数的计算方法进行介绍。本文设计了一种新的测频方法，该方法利用傅里叶变化得到的频谱图加以细化，在细化区间内使用一维搜索算法计算出精确基频。接着针对采样点数不为 2 的整数次幂的情况设计了一种改进的蝶形运算方法进行谐波分析，该方法不受采样点数的限制，计算量小且精度高。最后对非正弦、不平衡系统功率参数的测量原理进行了分析，并给出合适的计算方法。 再次，对实际项目中选取的FPGA+DSP+ARM的三核平台的软件具体实现方案，进行了详细地描述。 本文最后进行了实际平台的搭建，对功率仪中所需测量的参数和其它高精度设备一起进行了对比测试。结果表明功率仪在校准后，电压的测量精度达到了0.2%量程，电流的精度达到了0.1%量程+电流传感器精度，频率、功率参数也都达到了0.001Hz+0.01%量程和0.4%量程的精度要求。

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