功率分析仪的关键技术研究与实现

摘要

如今，越来越多的创新聚焦在功耗以及将电子器件集成到以电力为基础的系统上，因此工程师们越来越需要确保功率测量的准确度和精确度。功率分析仪由此诞生了，它被广泛用于混合动力电动汽车、电动车、太阳能发电、风力发电、变频器、变频电机和燃料电池等的测试。目前，功率分析仪已成为国际上最通用的电子测量仪器之一，在科研生产及大型设备的维护等方面具有十分重要的作用。
　　本文提到的功率分析仪是以变频电量为基本测量与分析对象的仪器，能对频率范围在10Hz-400Hz的信号进行测量，具有测量电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、谐波等电量参数的能力。另外，当信号频率接近电网频率时，可将功率分析仪设置为“电能质量分析仪”工作模式，此时，它能充当电能质量分析仪使用，对电网信号进行测量，包括电压波动、闪变等参数的测量。
　　本文从功率分析仪的功能出发，分析了功率分析仪的需求，制定了总体方案，指出了该方案中的重难点——宽频带同步采样与参数测量，并进一步提出了解决方法，这些方法先通过仿真进行了验证，然后再平台上进行了实现。本文的主要工作可分为以下几个部分：
　　首先，本文对功率分析仪的需求进行了分析，分析了不同的解决方案，最终选择了一种DSP+ARM为核心处理器的方案。
　　其次，提出了一种新的同步采样方法，解决了对宽频带信号进行同步采样的问题。该方法属于软件同步采样方法，核心在于精确地测量出信号基频值，然后进行倍频，从而得到采样率。其中，对如何得到基频进行了重点介绍。
　　接着，在谐波测量时，针对采样点数不为2的整数次幂的情况，采用了一种Cooley-Tukey FFT谐波测量算法。该算法解决了FFT谐波算法只能在采样点数为2的整数次幂时使用的局限。另外，对应闪变计算，本文使用了一种基于平方解调的闪变算法实现了闪变的测量，该方法也是IEC推荐使用的方法。
　　最后，本文对软件系统进行了研究，并在平台上进行了实现。接着搭建了实验平台，对功率分析仪功能进行了测试，测试结果表明功率分析仪功能已经实现，测量精度达到要求。

目录

声明

第一章绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究内容

第二章功率分析仪功能介绍及方案选择

2.1功率分析仪功能介绍

2.2功率分析仪方案选择

2.3功率分析仪的关键技术

2.4本章小结

第三章宽频带同步采样算法设计

3.1传统的同步采样方法

3.2一种新的宽频带同步采样算法分析

3.3本章小结

第四章功率分析仪参数测量研究

4.1谐波测量算法研究

4.2闪变检测算法研究

4.3其它参数的测量

4.4本章小结

第五章系统软件实现与平台实验结果

5.1系统的软件实现

5.2测频程序实现

5.3谐波测量程序实现

5.4闪变测量程序实现

5.5平台实验结果展示

5.6本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献