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基于双DSP的电能质量监测装置的研发

作　者: 左涛
导　师: 黄建国；周林
学　校: 电子科技大学
专　业: 软件工程
关键词: 电能质量在线监测
分类号: TM76
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着我国国民经济的迅猛发展,电力用户对电能的需求量日益增加,电力系统中的非线性负载也越来越多,如静止变流器,工业交直流变换装置,硅整流设备、电力机车(单相负载)、变频设备、相控设备及冲击性负荷(电弧炉、轧钢机)等。这些非线性负荷运行中不仅产生大量的高次谐波,还会引起电网电流、电压波形发生畸变、闪变以及三相不平衡等一系列的电能质量问题,造成电网的谐波“污染”,成为电网的“公害”,不但导致供用电设备本身的安全性和使用寿命降低,而且严重干扰了电网自身的安全经济运行;而另一方面,电子控制器、芯片生产线、PLC、精密机械工具、微型电机和计算机装置等设备对电力供应的质量提出了更全面的要求,尤其是其暂态性能方面的要求,如暂态运行时的高可靠性及高动态恒定特性等。这些都对电能提出了“干净清洁”的质量要求,也赋予了电能质量新的含义,使电能质量问题日益受到人们的关注和成为研究的热点。可见,随着电能质量问题的日益严重以及广大用户对电能质量要求的不断提高,建立完善的电能质量监测与分析系统,进行准确的检测、评估和分类,提高和保证电能质量已经迫在眉睫。鉴于功能单一的电力系统测量仪表已经不能适应现代化电能管理的需要,研发一种新型的电能质量监测装置,有效地进行电能监测,对保证电网的安全、稳定、经济、可靠运行具有十分重要的意义。本文介绍了一种基于双DSP的电能质量监测装置,及其软硬件设计思路。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-13
  1.1 课题研究背景及意义  9
  1.2 本课题国内外研究现状及发展趋势  9-11
    1.2.1 本课题国内研究状况  9-10
    1.2.2 本课题国外研究状况  10-11
  1.3 本论文的主要工作  11-13
第二章电能质量定义与监测装置需求分析  13-33
  2.1 电能质量的定义  13-14
  2.2 电能质量评价体系  14-15
  2.3 电能质量国家标准  15-19
    2.3.1 供电电压允许偏差  16
    2.3.2 公用电网谐波  16-17
    2.3.3 电压波动与闪变  17-18
    2.3.4 三相电压不平衡度  18
    2.3.5 电网频率  18
    2.3.6 暂时过电压和瞬态过电压  18-19
  2.4 电能质量数学分析方法  19-24
    2.4.1 连续傅立叶变换  20
    2.4.2 离散傅立叶变换  20-21
    2.4.3 快速傅立叶变换  21-23
    2.4.4 短时傅立叶变换  23-24
    2.4.5 傅立叶变换的特点及应用  24
    2.4.6 两种算法的比较  24
  2.5 电力系统频率偏差的测量  24-25
  2.6 电压偏差的测量  25-26
  2.7 三相不平衡的测量  26-27
  2.8 电压波动和闪变的测量  27-30
    2.8.1 电压波动的测量  27-28
    2.8.2 闪变的测量  28-30
  2.9 谐波分析及其测量  30-32
    2.9.1 谐波定义与分类  30-31
    2.9.2 谐波测量方法  31-32
  2.10 本章小结  32-33
第三章监测装置的总体方案设计  33-40
  3.1 电能监测装置的基本任务  33
  3.2 电能监测装置的主要功能设计  33-34
  3.3 电能监测装置的设计技术指标  34-35
  3.4 电能监测装置的总体方案  35-38
    3.4.1 “双DSP”架构设想的提出  35-36
    3.4.2 硬件概述  36-37
    3.4.3 软件概述  37-38
  3.5 频率测量的设计思路  38
  3.6 信号调理电路设计思路  38-39
  3.7 本章小结  39-40
第四章监测装置的硬件设计  40-53
  4.1 DSP 芯片的选择  40-44
    4.1.1 DSP 芯片的结构特点  40-42
    4.1.2 Blackfin 系列DSP 芯片介绍  42-43
    4.1.3 “双DSP”架构实现的可能性  43-44
  4.2 DSP 最小系统设计  44-46
    4.2.1 DSP 电源电路设计  44
    4.2.2 复位电路设计  44-45
    4.2.3 时钟电路设计  45-46
    4.2.4 外部存储器扩展设计  46
  4.3 信号调理电路设计  46-47
  4.4 频率测量电路  47-48
    4.4.1 频率的测量方法  47
    4.4.2 本文采用的频率测量方法  47-48
  4.5 A/D 采样电路设计  48-49
  4.6 实时时钟电路设计  49-50
  4.7 键控单元及液晶显示电路  50
    4.7.1 键控单元  50
    4.7.2 液晶显示电路  50
  4.8 CPLD 逻辑电路设计  50-51
  4.9 数据通信接口电路设计  51-52
    4.9.1 RS232 通信接口  51
    4.9.2 CAN 总线通信  51-52
  4.10 本章小结  52-53
第五章监测装置的软件设计  53-67
  5.1 软件总体设计  53-56
  5.2 DSP 存储空间配置  56-58
  5.3 A/D 采样程序设计  58-61
  5.4 FFT 程序设计  61-62
  5.5 key 键盘驱动程序设计  62-66
  5.6 数据存储模块程序设计  66
  5.7 本章小结  66-67
第六章样机测试与分析  67-71
  6.1 样机数据测试分析  67-69
  6.2 误差分析  69-70
  6.3 本章小结  70-71
第七章工作总结与展望  71-73
  7.1 工作总结  71
  7.2 展望  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-76

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