风力发电中电能质量监测系统的研究

摘要

随着风力发电的发展以及大功率变流器等电力电子设备的大量使用，风电场中的电能质量的研究已经是风力发电研究中的一个热点。本文采用TI公司的TMS320F2812，运用加窗插值FFT算法，研制了用于风力发电中的电能质量监测系统，该装置可完成风电场电能质量指标的测量，并有数据显示、存储、通信等功能，能够为风机变流器产品调试时提供相关数据显示，而且可为风力发电用的大功率变流器提供电压、电流采样数据，也可以与PLC控制系统进行互连，传送电能质量数据，具有实际应用的价值。 本文首先研究了风力发电的发展及电能质量监测方面的国内外现状，对电能质量相关的指标进行了简单介绍，并对用于电能质量监测方面的国家标准进行了详细和细致的描述。 其次，对于电能质量监测中运用的算法本文给予了介绍和进行了比较，并最终选择了准确并且实用的FFT运算方法，并对传统的FFT算法进行了加窗算法改进，以此作为核心算法设计了仿真实验，验证了加窗FFT相对于传统的FFT的可行性和优越性。 最后，本文对电能质量监测系统进行了硬件和软件系统的设计开发，选择了基于TI公司的高性能数字信号处理芯片TMS320F2812为核心搭建的嵌入式系统平台，完成了基于VC++的人机界面软件的设计，并对设计的硬件平台在实验室的条件下进行了实验论证。

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致谢

第一章绪论

1.1课题的研究背景及其意义

1.1.1世界能源的现状

1.1.2风力发电的发展

1.2风力发电中电能质量基本问题和国内外研究现状

1.2.1电能质量的概念

1.2.2电能质量指标

1.2.3电能质量监测研究的国内外现状

1.3本课题的研究任务和来源

1.4本课题的主要工作和内容安排

第二章电能质量指标及相关国家标准

2.1供电电压允许偏差

2.2电力系统频率允许偏差

2.3三相电压允许不平衡度

2.4电网谐波

2.5本章小结

第三章电能质量指标计算相关算法及其原理

3.1概述

3.2傅立叶变换

3.2.1傅立叶变换的基本概念

3.2.2基本傅立叶变换的原理

3.2.3快速傅立叶变换的原理

3.3电能质量指标的计算方法

3.3.1各次电压、电流基本量的计算

3.3.2电压、电流的有效值

3.3.3电网频率

3.3.4电网谐波

3.3.5电网三相不平衡的计算

3.3.6电网功率及功率因数计算

3.4本章小结

第四章电能质量监测系统的硬件设计

4.1概述

4.2电能质量监测系统的硬件系统设计

4.2.1硬件系统的总体设计

4.2.2 DSP芯片选择

4.2.3 DSP系统电源系统设计

4.2.4采样电路的设计

4.2.5通信模块系统设计

4.3本章小结

第五章电能质量监测系统的软件设计

5.1电能质量监测系统的软件系统设计

5.2电能质量监测系统采样程序设计

5.3电能质量监测系统电能质量指标算法程序设计

5.4电能质量监测系统通信程序设计

5.5电能质量监测系统的人机界面显示程序设计

5.6本章小结

第六章仿真、实验设计与结果分析

6.1仿真设计及结果分析

6.1.1基本窗函数的仿真分析

6.1.2传统FFT和加窗FFT的仿真比较

6.1.3传统FFT和加窗FFT的仿真结果分析

6.2实验方案设计及结果分析

6.2.1实验方案设计

6.2.2实验结果分析

6.2.3实验小结

6.3本章小结

第七章总结及展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文