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基于FPGA的电压波动与闪变测量的数字化实现研究

董利科  
【摘要】: 随着我国工业和国民经济的快速发展,电网负荷急剧增加,特别是冲击性、非线性负荷所占比重不断加大,使得供电电压发生波动和闪变,严重影响着电网的电能质量。根据国际电工委员会(IEC)电磁兼容(EMC)标准IEC61000-3-7以及国标GB12326-2000,电压波动和闪变已成为衡量电能质量的重要指标。 电压波动和闪变作为衡量电能质量的重要指标,能更直接、迅速地反映出电网的供电质量。然而,目前国内还没有很好的电压波动与闪变测量的数字信号处理方法。为此,论文在深入研究电压波动和闪变测量技术的基础上,提出一种基于Simulink/DSP Builder的数字信号处理的FPGA设计方法,利用DSP Builder工具将Simulink的模型文件(.mdl)转化成通用的硬件描述语言VHDL文件,避免了VHDL语言手动编写系统的烦琐过程,从而能够将更多精力集中于系统算法的优化上。该方法充分利用Matlab/Simulink系统建模的优势,同时也能够发挥FPGA并行执行速度快、测量精度高的优点。 论文首先介绍了电压波动和闪变的基本概念、特征量,阐述了电压波动与闪变的测量原理,分析比较了现有测量方法和装置的特点和优劣。然后依据电压波动与闪变测量的IEC标准以及国家标准,在对电压波动与闪变测量模拟仿真的基础上研究其数字化实现方法,即采用数字滤波的方式在Simulink/DSP Builder工具下设计电压波动与闪变测量系统的数字模型。同时在ModelSim SE6.1d软件下进行了系统功能仿真,并且在Altera公司的FPGA设计软件OuartusⅡ6.0下进行了系统时序仿真。 仿真结果表明,基于Simulink/DSP Builder窗口化的数字信号处理的FPGA设计方案,设计简单、快捷高效,能够满足电压波动和闪变测量最初的系统设计要求,为进一步从事电压波动和闪变测量研究提供了一种全新的设计理念,具有一定的理论与现实意义。


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