基于DSP的电能质量在线监测器的设计与实现

摘要

随着电力电子器件和敏感性负载在电力系统中越来越频繁的使用，很多年前电能质量就引起了电力工程师的注意，尤其是最近几年，对电能质量的关注不断提升。电能质量问题被定义为：频率、电压所导致的问题，如电压跌落、电压闪变、电压短时中断、谐波、功率因数以及三相不平衡度。针对当前电能质量监测需求的不断提升，本文提出了一种基于单片DSP TMS320F2812的电能质量在线监测器的设计与实现。该系统主要利用TMS320F2812的多通道缓冲串行口和多通道高速同步AD采样芯片AD73360的结合实现电力参数的实时采集，同时利用该DSP芯片与网络芯片W5100结合实现与以太网通信，从而实现对电能质量的各项指标进行实时分析、存储及远程上报，而且DSP与内嵌式网络接口使系统结构紧凑、易于实现、成本降低，很好地适应了电力系统对电能质量监测的要求。
　　 本文着重介绍了电能质量中核心参数的计算方法，如颇受争议的无功功率的计算、电力谐波的计算、电压波动及闪变等。在对几种无功功率的计算方法进行仿真和比较后，得出结论：以Hilbert滤波的方法计算非正弦波的无功功率具有很高的准确度。在谐波算法上，经过对多种方法的比较后，本文基于DSP开发环境实现了一般FFT和准同步DFT两种算法计算谐波，并得出结论，准同步DFT方法可以在不增加硬件成本的前提下能很好地修正电网频率小幅漂移引入的同步误差，获得较为理想的准确度。
　　 本文在分析和比较已有的算法基础上，对设计的电能质量各指标参数监测器的软硬件设计实现方法做了详细分析，利用C语言程序仿真，验证了算法的准确性和可靠性，为电能质量监测器的研制奠定了基础。最后，对论文工作进行总结，提出了有待进一步研究的若干问题。