基于DSP的电力参数综合测试仪研究

摘要

电力参数的准确、快速测量对于实现电网调度自动化、保证电网安全与经济运行具有重要的意义。近年来随着电力电子技术的发展，各种非线性负载在生产和生活中得到广泛应用，这些负载的非线性、冲击性和不平衡性使电网供电质量日趋恶化，电力参数已成为人们掌握供电线路状态和评价供电质量的重要指标。采用数字信号处理技术进行电力参数的测量，在提高测量精度、实时性和智能化方面具有独特的优势。 本文首先对电力参数测试仪的发展状况和背景做了综述。对频率、谐波、电压和电流有效值及其他电力参数测量原理进行了详细的理论阐述。本文提出用插值FFT算法测量电网频率，并将该算法与传统傅氏算法进行仿真比较。在谐波分析方面，针对基于快速傅立叶变换的方法存在的频谱泄漏和栅栏效应问题，阐述了相应的解决方法，本文中采用对快速傅立叶变换进行改进的双谱线插值方法，并将该方法与改进前的算法进行仿真比较。对三相无功功率测量算法，本文经过仿真比较，采用间接测量算法。接下来，对基于DSP的电力参数测量仪器的总体设计方案进行了介绍。仪器整体分为两大部分：数据采集和处理系统、数据显示和存储系统。本文重点完成了数据采集和处理系统的软、硬件设计。其中硬件部分主要包括模数转换部分电路、处理器及外围电路、存储器扩展电路、逻辑控制电路和通信电路等模块。采用TI公司的TMS320VC5502芯片作为主处理器。软件部分主要包括主程序、数据采集、数据处理和通信等模块的流程图和程序设计。该装置可用来测量单相、三相交流电路的电压、电流、频率、功率因数、有功和无功功率、视在功率等参量；可对谐波进行实时测量及分析，能测量2-25次谐波含量和失真度。 最后，通过对装置进行整体测试和分析，基本达到预期的设计目标。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.2电参数测量仪器国内外发展概况

1.3本论文的研究内容

第2章电力参数测量及计算原理

2.1交流电参数数字化测量方法

2.2电压电流有效值的测量

2.3频率的测量

2.3.1频率的硬件测量方法

2.3.2频率的软件测量方法

2.3.3频率测量的插值FFT算法

2.3.4仿真分析

2.4谐波的测量

2.4.1基于瞬时无功功率理论的谐波分析法

2.4.2基于小波变换的谐波分析法

2.4.3基于傅立叶变换的谐波分析法

2.4.4本系统采用的方法

2.4.5仿真分析

2.4.6 HR和THD

2.5功率的测量

2.5.1三相四线制线路功率的测量

2.5.2三相三线制线路有功功率的测量

2.5.3三相三线制线路无功功率的测量

2.5.4仿真分析

第3章系统硬件设计

3.1系统总体方案设计

3.2模数转换部分设计

3.3处理器部分设计

3.3.1 TMS320VC5502的主要外设

3.3.2 TMS320VC5502的主要特性

3.3.3电源和上电复位电路的设计

3.4外部存储器电路的设计

3.4.1 SDRAM接口电路设计

3.4.2 FLASH接口电路设计

3.5逻辑控制模块设计

3.6通信接口部分设计

3.6.1 RS-232接口设计

3.6.2 USB接口设计

3.6.3网络接口设计

第4章系统软件设计

4.1主程序设计

4.2数据采集模块

4.3数据处理模块

4.4通信模块

4.4.1串口通信模块

4.4.2 USB通信模块

4.4.3网口通信模块

第5章系统测试与分析

5.1测试结果

5.2误差分析

结论

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文