电能质量检测算法研究及fpga系统装置设计

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1、电能质量检测算法研究及FPGA系统装置设计-->第1章绪论1.1本课题的研究目的和意义本课题的研究背景来自对电能质量检测装置的研究与设计的过程，主要包括对电能质量参数的计算方法的研究、对谐波分析算法的改进、硬件锁相倍频同步采集方法的使用、以太网络数据传输模块，以及使用FPGA作为整个系统的主控制模块，在FPGA上实现整个功能，来提高整个电能质量检测装置的实时性和准确性。.....................................1.2电能质量检测技术研究现状对电能质量检测，最主要是进行对电网进行谐波

2、分析，使用较多的谐波分析方法有以下几种。1.基于傅里叶变换的谐波分析方法此方法的基本原理是对采集到的数据进行快速傅里叶变换（FFT），提取出各次谐波的幅值，频率和相位，快速傅里叶变换是离散傅里叶变换（DFT）的快速算法[3]，在处理多点傅里叶变换时，计算速度快，显出了巨大的优势。快速傅里叶变换是现在应用最多的谐波检测算法之一，但是，在使用快速傅里叶变换进行多点谐波分析时，会引起频谱泄露和栅栏效应，从而影响谐波检测的精度，目前，常用的解决方法是尽量做到同步采样，和采用加窗函数并进行插值运算来提高谐波分析的精度[4]

3、。.....................................第2章电能质量参数测量常用方法2.1基本电能参数测量及计算原理从电路原理中我们知道，有效值的计算时电路产生热量的等效，即在相同的时间内，如果交流电与直流电通过相同的电阻上，产生的热量相同，则直流电路上的电压和电流是交流电路上电压电流的有效值。.....................................2.2谐波谐波的产生主要是电路中非线性负载的存在，同时电网中也会有间谐波的存在，即不是基波频率的整数倍[11]。还有可能产生次

4、谐波，所以说，电网中各次谐波的含量是十分复杂的。有些谐波的分量含量虽然较低，但是带来的危害确实巨大的。电力系统中由于谐波分量的存在，谐波频率较高，就会产生额外的损耗，特别是导致设备温度的急剧升高，降低设备的使用寿命。由于一些对电能质量比较敏感设备的存在，如果不是非理想信号的情况下，也可能导致设备的误动作等等问题，所以谐波带来的影响是巨大的，对谐波进行分析评估是十分必要的。.....................................第3章电能质量谐波分析算法的研究与改进................

5、..103.1傅里叶变换分析算法....................................113.2基于凯瑟窗四谱线插值FFT谐波分析算法.......................18第4章电网电能质量检测装置的实现...............274.1总体结构和方案....................284.2电能质量检测装置硬件电路设计....................29第5章谐波分析算法系统验证及装置测试误差分析...............425.1谐波分析算法系统验证..

6、.....................435.2装置测试误差分析.............47第5章谐波分析算法系统验证及装置测试误差分析5.1谐波分析算法系统验证基于凯瑟窗四谱线插值的FFT谐波分析方法的MATLAB仿真已在第三章进行详细描述。在第四章已把本算法的窗函数模块和FFT算法模块进行了硬件系统实现，四谱线插值算法在NIOSII处理器中实现，当FFTIP核处理完一帧数据后，产生中断，通知处理器读取数据，进行插值运算，计算各次谐波。下面对FFT模块进行验证。......................

7、...............5.2装置测试误差分析根据以上对电能质量各个参数的测量方法的使用，同时结合各参数测量方法在具体硬件系统的实现，构成了基于FPGA的电网电能质量实时检测装置，下面对本系统装置的各个参数性能进行测量与误差分析。同时可以对三相电路的电压、电流有效值，频率和谐波进行计算分析，并通过上位机进行显示。.....................................结论本文主要是对电能质量检测算法的研究和基于FPGA电能质量检测装置的设计。主要对谐波分析的算法进行了研究与改进，在双谱线插

8、值和三谱线插值的基础上提出了四谱线插值，在此基础上提出了基于凯瑟窗四谱线插值FFT谐波分析方法，有效的提高了FFT的计算精度。同时，对所提算法在FPGA上进行了系统实现，构建了基于FPGA的电能质量检测系统，最后对系统装置进行了测试分析。