多功能电能质量监测仪的研究

【摘要】：近年来，由于电网中越来越多的运行着大量冲击性、整流型非线性和不对称负载，从而使电能质量问题愈加严重，如电压波动、电网谐波和三相不平衡等电能质量问题。同样电网的安全性也受到了一定的威胁，特别是对于许多的精密电子设备。电能质量问题得到了电力部门和用户的关注和重视，意识到电能质量问题引起了严重的经济损失。由此可知准确的监测电能质量对于改善和治理供电电网的电能质量意义重大。 本文通过对电能质量问题的提出，阐述和分析国内外研究电能质量的发展现状与趋势和六项电能质量国家标准，以及详细分析电能质量各项参数及其以基于快速傅里叶变换为核心算法的运算的实现方法。研究一种达到国家标准的基于DSP和ARM的双CPU多功能电能质量监测仪，在ARM中嵌入Linux操作系统，充分利用DSP强大的数据处理能力和ARM的系统控制能力以及外围接口丰富等特性。研究并设计CPU的基本外围电路：信号调理电路、AD数据采集电路、DSP与ARM的通信以及ARM与上位机的通信和LCD显示及触屏电路等，从而实现对供电电压频率偏差、电网频率偏差、电压波动与闪变、以及0~50次谐波等各项电能质量参数进行快速、准确的统计、分析、存储、通信、显示等多种操作功能的实现，采用合理的上下位硬件架构，明确监测仪的各项分工，使功能更加强大。本文中各种运算算法，采用C语言编程，使用软件开发工具Qt Designer，设计和实现友好的嵌入式人际交互界面。采用软硬件协同设计的方法，在ARM中采用多线程机制编写应用程序实现ARM的控制功能。 为了验证监测仪的各种功能操作的可行性和各项精度是否达到设计的指标要求，采用实验对比的方法，经过对实验数据的分析，设计要求达到了国家标准。