高精度功率分析仪的校准与参数计算研究与实现

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA专业学位硕士学位论文MASTERTHESISFORPROFESSIONALDEGREE论文题目高精度功率分析仪的校准与参数计算研究与实现学科专业仪器科学与技术学号201521070106作者姓名张树指导教师程玉华教授ResearchandimplementationofcalibrationandparametercalculationforhighprecisionpoweranalyzerAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectron

2、icScienceandTechnologyofChinaDiscipline:InstrumentScienceandTechnologyAuthor:ShuZhangSupervisor:Prof.YuhuaChengSchool:SchoolofAutomaticEngineering摘要摘要目前，随着电力行业的不断发展，各式各样的电力设备在生活中得到应用，这些设备产生的电子信号呈现出多样性、宽带非平稳、复杂化的特征。传统的测量仪器已经越来越难以满足宽带、不平衡、瞬态信号测试的要求。随着高精度功率分析仪的出现，这类信号的测量需求得到了满足。高精度功率分析仪具有宽频段范围内测量频率、

3、电压电流、谐波、功率等电量参数的功能，并提供了多个测量通道，实现了输入与输出的高精度同步测量。本文分析了实际研制功率仪过程中的重难点，一是非线性系统的校准算法，二是高精度参数计算。文中针对重难点设计了合理的实现方案，并在仿真平台和实际搭建的平台上都得到了验证。首先针对非线性系统存在的问题设计了一种新的校准算法，该算法的核心思想在于针对正余弦激励的信号，合理地建立起采样序列的实际采样值和理论采样值之间的映射关系。其次，针对频率、谐波、功率这三个参数的计算方法进行介绍。本文设计了一种新的测频方法，该方法利用傅里叶变化得到的频谱图加以细化，在细化区间内使用一维搜索算法计算出精确基频。接着针对采

4、样点数不为2的整数次幂的情况设计了一种改进的蝶形运算方法进行谐波分析，该方法不受采样点数的限制，计算量小且精度高。最后对非正弦、不平衡系统功率参数的测量原理进行了分析，并给出合适的计算方法。再次，对实际项目中选取的FPGA+DSP+ARM的三核平台的软件具体实现方案，进行了详细地描述。本文最后进行了实际平台的搭建，对功率仪中所需测量的参数和其它高精度设备一起进行了对比测试。结果表明功率仪在校准后，电压的测量精度达到了0.2%量程，电流的精度达到了0.1%量程+电流传感器精度，频率、功率参数也都达到了0.001Hz+0.01%量程和0.4%量程的精度要求。关键词：高精度功率分析仪，非线性校

5、准，频率，谐波，功率IABSTRACTABSTRACTPresently,withthedevelopmentofthepowerindustry,allkindsofpowerequipmentshavebeendeepedintolife.Theelectronicsignalgeneratedbytheseequipmentsrevealsitsfeaturesofdiversityandcomplexity,particularlytheemergenceofmorebroadbandandnon-stationarysignals.Traditionalmeasuringins

6、trumentshavebeengettingmorehardtomeettherequirementsofbroadband,unbalancedandtransientsignaltesting.Withtheappearanceofhighprecisionpoweranalyzer,themeasurementrequirementsofsuchsignalshavebeensatisfied.Thehighprecisionpoweranalyzerhasthefunctionofmeasuringvoltage,current,frequency,power,harmonic

7、andotherparametersinabroadband,andprovidesmultiplemeasurementchannelsforsynchronousmeasurementofinputandoutput.Thenthedifficultpointsofthisprojectareanalysedinthispaper:thenonlinearsystem’scalibrationalgorithmandthehig