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电能计量算法及其SoC实现

门长有  
【摘要】: 本文以设计一款高精度的、基于谐波分析的电能计量片上系统(以下简称SoC)为目标,着重研究了适合专用集成电路(以下简称ASIC)实现的电能计量算法,已完成的工作包括以下几个方面:(1)对电能计量系统建模,确定影响电能计量表计量精度的误差源,分析了线性度误差和跳差对计量精度的影响;(2)对应用较为广泛的谐波分析算法——快速傅里叶变换(以下简称FFT)和小波包分解技术在电能计量系统电路实现上的优缺点做了分析和对比,提出了一种硬件实现代价较小的、基于专用数字滤波器的电能计量算法;(3)用多个并发的专用数字信号处理器(以下简称DSP)将基于专用数字滤波器的具有谐波分析功能的电能计量算法实现在一个集成了8路过采样模数转换器(以下简称OSADC)、锁相环(以下简称PLL)、微处理器(以下简称MCU)及外设的三相四线电能计量SoC上,测试结果表明基于该电能计量SoC芯片的电能计量表计量精度可达到0.2S级表的要求;(4)提出了一种利用OSADC中抽取滤波器抽取率可跟随基波频率的变化而动态改变的硬件同步采样算法,应用该算法采样后的信号无需加窗和插值运算即能获得高精度的FFT谐波分析结果,可有效地降低谐波电能计量的硬件实现成本;(5)提出了一种硬件实现代价小,稳态精度高,而响应速度符合电能计量要求的频率测量算法,作为硬件同步采样算法的辅助算法。基于专用数字滤波器和硬件同步采样的谐波电能计量算法都已用于商业领域的电能计量SoC芯片开发中。


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