基于谐波分析的交流电量数据采集系统的研究

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1、摘要随着各种非线性电力电子设备的大量应用，电网中的谐波污染日益严重，谐波已经成为表征电能质量的一个重要指标，因而对电力系统及电力设备中的谐波进行实时检测、分析和监控具有越来越重要的理论和工程实际意义。目前实际应用的电力谐波分析系统大多是以单片机为核心组成，国内外市场上的新型多功能电参量监测仪不仅价格普遍较高，而且不具备开放性，无法满足实验室的教学要求。本文以实验室教学为背景研制了一套基于谐波分析的交流电量数据采集系统，监测对象为运动控制实验平台上的一台三相交流异步电动机。本文首先介绍了电力谐波监测及交流电参量监测仪表的发展及现状，并详细论述了基于FFr的谐波检测方法。在此基础上提出了系

2、统的总体设计方案：测量方法采用硬件同步采样和过采样技术相结合，硬件结构采用CPLD、高性能ADC和基于ARM核的主控制器LPC2292协调工作，软件算法采用FIR数字滤波和复序列FFT算法，共同完成对相关交流电量的测量．该方案保证系统具有较好的实时性和测量精度。硬件系统设计有液晶、键盘、大容量片外FLASH存储器以及RS232／RS485、USB、CAN总线等丰富的通信接口，并且对系统的抗干扰问题作了详细分析。软件系统设计为基于前后台的工作方式，并尝试了将ⅡC／0S—IIRTOS向LPC2292的移植，实现了基于uC／0s-II的数据采集、分析和USB通信等基本功能。软硬件系统设计均充

3、分考虑了系统的可扩展性、开放性和可移植性，为将来系统功能的扩展提供了良好的平台。实验表明，该系统不仅可以为交流电参量实验提供一个开放的教学平台，而且也为交流电参量采集的各种先进算法的研究和智能化多功能电参量监测仪器的开发提供了一个良好的测试环境。关键字：谐波分析，过采样技术，FFT，ARM，pC／0S—IIAbstractWiththewideapplicationofvariousnon-Iinearelectricandelectronicequipments，thehaTmonicpollutionintheelectricpowergridsisbecomingmoreandm

4、oreserious．11"harmonichasbecomeanimportanttokenoftlmelectricpowerquality．Itisofimportantacademicandpracticalmeaningtomeasure，analyze，$11pclwiseandcontroltheharmonicoftheelectricpowersyrstemandelectricequipments．Atpre∞at,theCOreofthepracticalelectricpowerharmonicanalysissystemismostlymadeupofSCM,

5、whilethoseelectricpowerparametersmonitoringinsmzmantsinmarketsarcusuallyveryexpensive,whichdon’thavegoodopeningcharacteristicsandfitintoteaching．AgainstthebackgroundoflabomtoryteaclliIlg,thesubjectofACelectricpOwerparameteracquisitionsystembasedonharmonicanalysisisbroughtforward．Themonitoredobje

6、ctisathree-phaseACasynchronouselectromotor．nmdevelopmentandactualityoftheelectricpOwerharmonicsupervisiontechniquesandinstrumentsarcintroducedfirst,andthentheharmonicmcaslEemciltbasedonF丌isdiscussedindetail．Accordingtothetheoryintroducedabove．thecompletedesign胛ojectofthis$yst@misputforward．11壕me

7、asurementtaskisfulfilledbyusinghardwaresynchronoussamplingandOVersamplingtechniques，choosinghardwarestructureCOmposedofCPLD，ADCwithhighcapabilityandMCULPC2292based011ARM7andadoptingsoRwerearithmeticofFⅡtdigitalfilterandFFT．T