三相电能质量分析仪中的电压变动检测算法研究与实现

摘要

随着我国经济的迅猛发展，电力系统所承受的压力也在逐年增大，随之带来的各种电力系统问题也逐渐加重。近些年电力系统中运行的大量非线性负载、波动性载荷，都会引起电网运行电压的不稳定，产生电压的波动与闪变。另外，供电系统线路中的重合闸操作会带来电压的骤降，线路中的不对称短路接地则会引发电压骤升。诸如此类的电压变动事件会严重影响工业生产，带来不必要的损失，因此，需要对各类电压变动参数进行准确测量。
　　在所有的电压变动指标中，闪变检测是一个重点与难点。传统的闪变检测方法实现过程较为复杂，为了能够在一台电能质量分析仪中同时实现对多种电压变动参数的测量，需要使用较为先进的离散化闪变检测方法，并对该方法进行实用程度上的优化，以达到更加优秀的检测效果。另外，各项电压变动参数的检测规范、处理周期、数据量都不一样，想要在一个三相系统中同时实现多种电压变动参数的检测，还面临很多困难。因此，本文对各项电压变动参数的检测方法进行分析与实现，重点研究了闪变的检测与实现方法。
　　首先，本文对电压变动与闪变的检测方法进行了系统的研究，对其他的电压变动参数，结合IEC标准与国家标准进行了检测方法的研究与确定。
　　其次，本文基于 IEC推荐的闪变检测方法，重点研究离散化的闪变算法，从理论基础与实现过程的角度对离散化算法进行分析，找出其不足之处，并有针对性的加以改进。提出离散化闪变检测方法的优化方案，通过提高波动曲线分辨率、采用较高的运算点数减小插值带来的误差，采用较高的量化位数减小传输、量化带来的误差，重点是采用基波过零点采样起始位置，并矫正理论误差。将优化后的检测结果与原有的IEC方法进行对比，仿真结果表明0~25Hz瞬时闪变最大误差从11％降至1%。
　　随后，本文对三相电能质量分析仪的软件系统进行设计与实现，在 FPGA中进行数据采集，在DSP中实现全部参数计算，并移交ARM进行显示。详细设计了电压变动参数检测的实现方法，并从数据链路的角度设计数据的传输过程。
　　最后，本文用标准源与三相电能质量分析仪搭建平台对电压变动指标进行检测，检测结果表明，瞬时闪变检测误差在2%以内，远高于IEC标准要求的8%；供电电压偏差、骤升、骤降、中断检测误差在0.2%以内。本文还对目前使用方法的不足之处进行了讨论，提出了下一步的研究方向。

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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 本文所做工作

第二章 电压变动与闪变测量方法

2.1 电压变动参数基本介绍

2.2 电压波动与闪变检测方法

2.3 其他电压变动参数测量方法

2.4 本章小结

第三章 离散化闪变检测方法

3.1 IEC推荐的闪变值计算方法

3.2 离散化算法理论基础

3.3 闪变的离散化检测方法

3.4 离散化闪变检测方法的优化

3.5 优化后的离散化方法与IEC推荐方法对比

3.6 本章小结

第四章 系统软件设计与实现

4.1 三相系统整体方案

4.2 三核模块功能设计

4.3 电压变动检测方法实现

4.4 通信及超限处理

4.5 本章小结

第五章 电压变动检测平台实验结果

5.1 实验环境搭建

5.2 电压偏差检测

5.3 波动与闪变检测

5.4 骤升、骤降、中断检测

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果