基于fpga的电能质量分析系统的设计与实现

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1、分类号——UDC密级学校代码劣滗理歹大穿学位论文10497题目基士登鱼△鲍塾宣垒厦量金盘圣绫鱼遮盐量塞丑英文旦星煎皿垒丛!蛩啦!曼堡垒世趔垒垒Ql里Q翌墼盟垦!i鲤题目△坠垒!Y墨i曼SY墨!星堡旦垒盟亟Q堕里里Q△研究生姓名室4垩鳌指导教师姓名——选维整～职称—-重蝗址学位—望』二_一单位名称焦!鱼墨堡堂瞳邮编垒三QQZQ申请学位级别论文提交日期硕士2013．03论文答辩日期2013．04学位授予单位峦墨堡三盘鲎学位授予日期丛地：Q《答辩委员会主席童：)筮评阅人必2立岱z蓟2013年4月独创性声明rlllltlJllllllllllllllllJIIIIIIIllllllllllllllJY

2、2362958本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：学J本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。同

3、时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。(保密的论文在解密后应遵守此规定)研究生(签名)．二41压研导师(签瓠mI拂期圳．吖摘要当今社会，各行各业对电力系统供电的可靠性及质量的要求都在不断提高，电力部门对电网中的各种测控设备的检定的要求也越来越高，迫切需要对电能质量进行实时检测和质量分析，了解电力系统运行情况，从而保护电力系统的安全，可靠，经济运行。因此对电能质量进行检测与分析具有重要的意义。本文在分析国内外电能质量分析系统研发现状和技术水平的基础上，根据电能质量的国家标准，提出了课题研究任务及系统实现的功能指标。基于可编程逻辑门陈Yl

4、J(FPGA)和可编程片上系统(SOPC)解决方案设计开发了一种新型的电能质量分析系统，论文的主要工作如下：(1)对电能质量分析系统的谐波检测中遇到的栅栏效应、频率响应的混叠失真、频谱泄露进行了理论论述并提出了在实践中的改进方法。然后根据《电能质量测试分析仪检定规程》的要求介绍了一款可用于电力检测设备的电能质量分析系统的设计方案，对整个电能质量分析系统的总体硬件框架，系统的软件程序框架给出了详细设计方案。(2)完成了基于FPGA的电能质量分析系统的硬件平台的设计及软件框架的设计。包括系统的功能结构分配，外围硬件电路的结构设计及软件设计流程。对整个系统的各个模块如供电模块、整形电路、锁相倍频电路

5、、低通滤波电路、A／D转换模块、USB通信模块分别进行了分析与设计。(3)对基于FPGA的频率与相位检测IP核及FFTIP核和SOPC系统的组建进行详细的分析与设计。系统采用NiosII处理器和FFT运算协处理器及频率与相位检测协处理器相结合的结构。采用现今ASIC领域的一种主流硬件描述语言VerilogHDL编写设计了基于FPGA的IP核。把FFT实时性的要求和FPGA芯片设计灵活性接合起来，充分利用FPGA的硬件资源，硬件上的并行结构和流水线运算的优点，克服传统的由软件编程串行运算的缺点。谐波分析系统采用SOPC解决方案将NIOSII处理器和FFTIP核及频率与相位检测IP核集成在一片FP

6、GA芯片上，在单片可编程逻辑芯片上完成了嵌入式处理器和快速傅里叶变换(FFT)及频率与相位检测的全部功能。对输入电能的频率与相位及谐波进行了测试与分析，经测试系统达到了设计之初的性能指标。并结合目前的研究成果给出了改进性的设计方法。关键词：FPGA，谐波，FFT，电能AbstractNowadavs。withtheincreasingdemandofpowersupplyreliabilityandqualityofthepowersystem，theverificationrequirementsofthepowersectorofthegridinavarietvofmeasurement

7、andcontrolequipmentisalsoincreasing·ThusthereISa11urgentneedofreal．timedetectionandanalysisofpowerqualitytou11derst肌dtneoperationofthepowersystem，SOastoprotectthepowersystem，andKe印operationalreliabili