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智能电力参数检测系统的研制

作　者: 王爱玲
导　师: 张卫宁
学　校: 山东大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 低压配电系统 DSP 电力参数双CPU系统谐波分析
分类号: TM764
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 250次
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内容摘要

近年来,电能质量问题引起了电力部门和用户的高度重视。一方面由于大量基于计算机系统的控制设备和精密仪器在国民生产中的广泛应用,它们对电能质量的要求越来越高;另一方面由于大量电力电子变流系统以及非线性设备的广泛应用,使得电网中电压、电流波形发生畸变,造成电能质量的严重恶劣。一方面是用户对电能质量要求的提高,另一方面却是电网电能质量的下降,它们之间的矛盾日益尖锐。因此为了提高电能质量,首先必须能准确、完整的对电力参数进行检测和分析。本文通过研究电力参数的技术指标、测量和分析方法,结合当前电力参数检测设备倾向安装于现场的永久性设备这一最新发展趋势,兼顾电力参数检测对于系统的实时性和支持复杂算法的特殊要求,采用嵌入式系统和数字信号处理技术研制用于智能低压配电系统的专用智能化电力参数在线检测设备,该设备同时可以作为整个电能质量检测网络的底层节点,为上级网络管理层提供数据支持,设备具有在线检测、实时性、支持复杂算法、远程通信和成本低的特点。在系统设计部分,本文提出了一种基于双CPU的嵌入式实时硬件系统解决方案,利用51单片机管理系统,采用高速数字信号处理器作为运算单元,并详细阐述了系统硬件的设计方法;结合硬件的体系结构和电力参数检测的各种功能,介绍了软件系统的分层次设计。首先分析了TMS320LF2407A信号处理器的特点,然后介绍了系统的硬件框架结构以及各个功能模块电路,包括MCU系统模块、数据采集模块、人机交互模块、电源模块以及通信模块等。硬件设计采用了标准化模块设计方法,硬件电路尽可能选择标准化、模块化结构的典型电路,以便扩展。对检测系统的电磁兼容性设计进行了分析,在系统抗干扰设计上,也充分考虑了仪器在现场严酷条件下的可用性。软件程序部分采用模块化的设计方法,使用汇编语言和C语言混合编程的方式,大大提高了编程效率又能很好的兼顾程序的执行效率。软件设计部分详细介绍了各个软件模块的实现,包括系统主程序、初始化子程序、交流采样子程序、参数计算程序、人机接口程序以及通信子程序等。在功能实现部分,本文面向具体的检测功能,完成了样机制作,样机具有电压、电流、功率等常规量检测,稳态谐波分析等功能,同时还具备美观实用的菜单式人机交互界面。在实验部分,进行了样机的测量精度实验和部分功能性验证实验,实验结果表明样机性能良好,达到了设计要求;在误差分析部分,对误差的来源和影响作了详细分析,并从系统的硬件和软件角度提出了各种误差补偿办法。

全文目录

摘要  10-12
ABSTRACT  12-14
第1章绪论  14-21
  1.1 电能质量问题所带来的危害  14-16
  1.2 电力参数检测的研究现状和发展趋势  16-19
    1.2.1 电力参数检测的研究现状  16-18
    1.2.2 电力参数检测的发展趋势  18-19
  1.3 本文的工作  19-21
第2章系统的整体设计方案  21-26
  2.1 系统的总体结构  21-22
  2.2 系统性能需求分析  22-24
  2.3 本设计方案综述  24-26
第3章系统的硬件设计  26-42
  3.1 系统结构设计  26-31
    3.1.1 关键器件的选择  26-29
    3.1.2 双CPU系统设计  29-31
  3.2 功能模块电路设计  31-39
    3.2.1 双口RAM电路设计  31-32
    3.2.2 模拟量采集电路设计  32-36
    3.2.3 LCD显示和键盘的设计  36-37
    3.2.4 远程通信的设计  37-38
    3.2.5 其它模块电路介绍  38-39
  3.3 电磁兼容设计  39-41
    3.3.1 电磁兼容(EMC)概念  39-40
    3.3.2 系统抗干扰设计  40-41
  3.4 本章小结  41-42
第4章系统的软件设计  42-54
  4.1 整体软件设计  42-43
  4.2 MCU子系统的设计  43-50
    4.2.1 程序的流程和结构  43-45
    4.2.2 液晶显示程序  45-47
    4.2.3 键盘控制程序  47-48
    4.2.4 远程通信协议  48-50
  4.3 DSP子系统的设计  50-53
    4.3.1 CCS开发系统介绍  50-51
    4.3.2 软件程序结构  51-52
    4.3.3 软件运行流程  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第5章侧量功能的实现  54-61
  5.1 常规量的测量  54-58
    5.1.1 有效值  54-55
    5.1.2 功率和功率因数  55-57
    5.1.3 频率  57-58
  5.2 谐波的测量和分析  58-60
  5.3 本章小结  60-61
第6章实验结果及其误差分析  61-73
  6.1 电压、电流、功率的测量精度校验  61-69
    6.1.1 实验条件和内容  61
    6.1.2 实验数据  61-64
    6.1.3 误差分析  64-69
  6.2 谐波测量实验  69-72
    6.2.1 实验条件和内容  69
    6.2.2 实验数据  69-71
    6.2.3 误差分析  71-72
  6.3 频率测量实验  72-73
    6.3.1 实验条件和内容  72
    6.3.2 实验数据  72
    6.3.3 误差分析  72-73
第7章结论  73-76
参考文献  76-79
致谢  79-80
攻读学位期间发表的学术论文  80-81
学位论文评阅及答辩情况表  81

智能电力参数检测系统的研制

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