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高压开关柜电能质量在线监测装置研制

作 者: 刘强
导 师: 曾庆军
学 校: 江苏科技大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 高压开关柜 电能质量 TMS320F2812 STFT Wigner-Ville分布
分类号: TP274
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要


随着电力电子技术的发展,越来越多的非线性负荷电力设备投入使用,导致了电能质量的恶化,因此,电能质量问题越来越被人们所关注。对电网信号的监测成为了电力系统研究工作的一大热点,为了能够给电力系统工作人员分析治理电能质量问题提供依据,电能质量在线监测装置应运而生。作为电力系统发电、输电、配电、电能转换和消耗中起通断、控制或保护等作用的装备,开关柜的功能也在逐步的增强。以监测特殊电力用户对整个电网的影响为目的,本文研究设计了一种基于TI公司的TMS320F2812的安装应用在高压开关柜上的电能质量在线监测装置。本文主要做了以下工作:1.根据国内外的电能质量监测装置的发展现状,设计了应用于高压开关柜上的电能质量在线监测装置的整体方案,主要包括硬件电路的设计、软件编写的程序设计以及与上位机的通信和上位机界面的设计。2.根据电压电流的输入输出特性,选择合适的电流电压互感器电路,并通过调理电路对电网信号调理,经过AD转换后,送入DSP处理,同时为了保持采样的同步性,设计了锁相倍频电路。软件方面,利用FFT等一系列算法,将转换来的电网数字信号进行实时快速的运算,得到被测电网中的电压电流有效值、功率、谐波的参数值。3.通过连接液晶电路,编程处理将计算得出的电力系统参数利用液晶显示。采用SCI串口以RS485通信方式与上位机通信,并利用VB编写上位机界面以便实时显示测量的电网参数。经试验调试,整个实验系统能够实现采集处理的快速性、运算的准确性和显示的实时性。4.研究了短时傅里叶变换(STFT)在分析带有间谐波电网信号的优越性,以及Wigner-Ville分布在计算电网谐波、间谐波上的应用。通过仿真实验表明,STFT在分析带有间谐波电网信号上能够更好的表现信号的时频特性,利用能量聚集性和频率边缘特性,Wigner-Ville分布能够较精确的测量出基波和各谐波分量的幅值,并且其对含噪的谐波、间谐波信号检测具有良好的去噪能力。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-13
第1章 绪论  13-23
  1.1 电能质量问题研究的背景  13-17
    1.1.1 电能质量指标的定义  13-16
    1.1.2 电能质量问题研究的主要内容  16-17
  1.2 国内外发展现状  17-20
    1.2.1 智能监控系统的功能要求  17
    1.2.2 现有电能质量监测装置  17-19
    1.2.3 电能质量监测设备的发展方向  19-20
  1.3 课题的提出及意义  20-22
  1.4 本文的研究内容和主要工作  22-23
第2章 电能质量参数测量方法研究  23-34
  2.1 电压电流及功率的测量  23-24
  2.2 三相不平衡度的测量  24-25
  2.3 谐波的测量  25-30
    2.3.1 DFT 的实现原理  26-27
    2.3.2 FFT 的推算和原理  27-30
  2.4 频率的测量  30-31
  2.5 电压波动和闪变的测量  31-33
  2.6 本章小结  33-34
第3章 电能质量在线监测装置的硬件电路设计  34-49
  3.1 硬件电路总体设计方案  34-35
  3.2 数字信号处理器的应用  35-37
    3.2.1 CPU 介绍  35-36
    3.2.2 TMS320F2812 性能介绍  36-37
  3.3 DSP 最小系统  37-40
  3.4 信号采集及通信电路的设计  40-46
    3.4.1 互感器电路  40-43
    3.4.2 信号调理电路  43-44
    3.4.3 锁相倍频电路  44-46
    3.4.4 串口通信电路  46
  3.5 电磁兼容设计  46-47
  3.6 硬件电路调试  47-48
  3.7 本章小结  48-49
第4章 电能质量在线监测装置的软件设计  49-71
  4.1 CCS 软件开发环境  49-50
    4.1.1 CCS 开发环境介绍  49-50
    4.1.2 本系统开发原则  50
  4.2 系统主程序设计  50-51
  4.3 初始化模块  51-52
    4.3.1 DSP 的初始化  51
    4.3.2 ADC 模块初始化  51-52
    4.3.3 液晶模块初始化  52
  4.4 数据处理模块程序设计  52-58
    4.4.1 数据采集模块设计  52-53
    4.4.2 数据运算模块程序设计  53-58
  4.5 显示模块  58-59
  4.6 数据通信程序设计  59-62
  4.7 VB 编程的上位机监控界面  62-66
    4.7.1 VB 的特点及设计步骤  62-63
    4.7.2 VB 程序的编写  63-65
    4.7.3 人机界面  65-66
  4.8 系统调试  66-70
  4.9 本章小结  70-71
第5章 基于 STFT 和 Wigner-Ville 分布的电能质量参数分析  71-87
  5.1 短时傅里叶变换的定义和性质  72-75
    5.1.1 连续 STFT 变换  72-73
    5.1.2 离散 STFT 变换  73-74
    5.1.3 短时傅里叶变换的时间-频率分辨率  74-75
  5.2 STFT 在非平稳信号处理中的应用  75-77
  5.3 Wigner-Ville 分布的定义和性质  77-80
    5.3.1 Wigner-Ville 分布的定义  77-78
    5.3.2 Wigner-Ville 分布的性质  78-79
    5.3.3 WVD 交叉项的产生  79-80
    5.3.4 离散 Wigner-Ville 分布的实现  80
  5.4 交叉项的抑制  80-82
    5.4.1 伪 Wigner-Ville 分布  81
    5.4.2 平滑伪 Wigner-Ville 分布  81-82
  5.5 基于 Wigner-Ville 分布的电网谐波、间谐波测量  82-85
  5.6 本章小结  85-87
总结与展望  87-89
  1. 结论  87
  2. 展望  87-89
参考文献  89-93
攻读硕士期间承担的科研任务和主要成果  93-95
致谢  95-96
详细摘要  96-100

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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