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《湖北民族学院》 2018年
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基于SOPC的电能质量监测装置的设计与开发

付豪  
【摘要】:由于大量电力电子装置及非线性负载等设备投入使用,造成了电压扰动、电压畸变等电能质量问题。针对这一问题,研制了一种基于SOPC的电能质量监测装置,实现对暂态电能质量的电压骤降、电压骤升、电压中断、振荡暂态和脉冲暂态五种扰动信号的识别与定位,以及对稳态电能质量频率偏差、电压偏差、谐波、三相电压不平衡度和电压波动及闪变等参数的实时监测。本文主要内容包括暂态电能质量和稳态电能质量的理论分析、硬件电路设计、软件设计和实验结果验证。在理论分析层面,对暂态电能质量扰动的分析方法及其稳态电能质量参数的计算原理进行了简述,其中重点阐述了小波变换算法在暂态电能质量的应用和FFT在谐波处理中的应用。硬件设计中采用FPGA为核心平台,设计了前置调理电路、AD采样电路、DA采样电路、红外接收电路、稳压电源电路等外围电路。硬件平台选用Altera公司的EP4CE30F23C6N芯片,运用其中的UART和定时时钟等功能模块和电能质量监测所需IP核模块,大大提高了集成度。在显示模块中,采用ARM作核心的人机交互电路,并通过串口进行通信。软件设计中,主要包括SOPC处理和ARM显示两个部分软件。SOPC处理软件包括数据采集模块、系统模拟程序和红外接收等几个部分,其中小波变换通过DSP Builder和Quartus II联用生成IP核模块,用于暂态电能质量的识别;FFT则直接调用IP核工具箱的模块,用于谐波分析;数据采集模块软件设计采用自定义编写代码,用于电能参数监测。同时,程序的运行采用并行方式,使功能程序独立运行,充分提升系统速度。ARM显示软件采用USRT HMI直接搭建。电能质量监测装置通过模块仿真及测试验证,测试结果显示:暂态电能质量扰动能准确识别;稳态电能质量的频率测试精度可以达到相差0.13Hz、电压偏差测试精度能达到0.46%、谐波测试精度能达到2.5%、三相不平衡测试精度能达到0.197%、电压波动测试精度能达到2.5%和电压闪变测试精度能达到1.5%,测试精度均满足设计精度标准。
【学位授予单位】:湖北民族学院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM76

【参考文献】
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