三相电能质量分析仪数据采集模块的硬件设计与实现

摘要

在工业生产和社会生活中，随着各种电力电子设备的大量使用，这种冲击性、非线性负载对电能质量有着严重的影响，比如会产生电压扰动、电压畸变、谐波和闪变等问题。同时，现代精密制造与加工、各种电子仪器和自动化设备对电能质量的有着越来越严苛的要求。
　　针对现在市场上对高性能电能质量分析仪的需求越来越强烈，研制用于监测和分析电网质量的高性能的电能质量分析仪就有重要意义。而高性能的电能质量分析仪首先得有一个好的数据采集模块，结合国内外电能质量分析仪前端数据采集模块的研究现状，本文为电能质量分析仪设计了一个高精度的数据采集模块。
　　首先，本文介绍了我国现行的电能质量标准，并据此给出了本文所设计的数据采集模块的基本要求，包括测量指标的要求、误差分配的要求、同步性的要求。其次，通过对比国内传统的电压信号调理电路的不足之处，给出了本文所设计的新型电压信号调理电路的详细方案，并通过理论上的噪声分析和误差计算，从理论上保证了我们所设计的数据采集模块能达到我们所提出的精度指标。最后，根据我们提出的同步性要求，本文采用了数字锁相环来做同步采样，并给出了各个模块的设计方案。为了克服分时采样四路电压和四路电流所产生的相位误差，我们选用了一款八通路的ADC。三相电能质量分析仪需要进行不间断的数据采样和传输，我们选用比较适合并行工作的FPGA来做主控芯片。
　　实验表明，用本文设计的数据采集模块所构成的三相电能质量分析仪，实现了电能参数测量的功能并有很高的测量精度。主要包括对电网的电压和电流有效值、频率、电压和电流谐波等参数的测量，且测量精度都能满足设计要求。

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.3 课题研究的目的

1.4 本课题主要研究内容

第二章 电能质量分析基础

2.1 电能质量基本概念和相关国家标准

2.2 数据采集模块的基本要求

2.3 数据采集模块设计方案

2.4 本章小结

第三章 数据采集模块的调理电路设计

3.1 电压信号调理电路设计

3.2 电流信号调理电路设计

3.3 本章小结

第四章 数据采集模块采样电路设计

4.1 同步采样设计

4.2 AD转换电路设计

4.3 FPGA逻辑设计

4.4 本章小结

第五章 实验测试与分析

5.1 电压有效值测量

5.2 电流有效值测量

5.3 测频电路的检验以及频率测量

5.4 谐波测量

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果

附录