嵌入式电网参数监测系统的研制

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1、江苏大学硕士学位论文摘要随着国民经济的发展，电力设备广泛应用于各个领域，它们给社会生产和人民生活极大的方便。近年来，采用节能装置例如变频装置、变流装置的设备越来越多，使得电网中的谐波污染日益严重，极大地危害了其他用电设备的安全运行。因此，对电网谐波含量进行监测，并把它控制在允许范围内，成为供电部门和用户的共同目标。电网中的谐波成分复杂，造成谐波的原因也很多，因此在治理谐波污染之前，应该对谐波进行测量分析，找出产生这些谐波的根源。目前市场主流的谐波测量仪器大都采用工业PC机或者DSP系统。这两种实现方式性能可靠、运算快速、技术成熟，是目前市场的主流产品

2、。其缺点在于成本过高、难以扩展输入通道数。因此，成本低廉、运算快速、易于进行通道扩展的谐波分析仪有强烈的市场需求。现代可编程逻辑器件(FPGA)的发展，为谐波测量仪器提供了一种全新的实现方式一SOPC(片上可编程系统)，它可以将CPU、FFT和其他功能模块集成到一块芯片上，不但减小了系统体积，而且提高了系统可靠性。同时还可以利用FPGA可编程的特点，根据用户需求扩展功能和对系统软硬件进行升级。快速傅立叶变换(FFT)理论广泛应用于谐波测量领域。本课题采用基4FFT算法，充分利用FPGA内部资源，大大提高]rFFT算法的速度。同时移植嵌入式操作系统uc

3、linux，构成了嵌入式电网监测系统。系统可以测量频率、三相电压、电流有效值和各次谐波分量。同时还可以计算设备的有功功率、无功功率、功率因数等等。系统可以通过USB接口，实现U盘记录数据功能，也可以通过RS232接口同上位机进行通讯，实现电网的集中管理。论文主要包括几个部分：电网参数测量原理和方法介绍；系统的硬件电路设计，包括信号调理电路、A／D转换电路、通讯接口电路、数据存储电路；FPGA功能模块(CPU、FFT等)设计；操作系统uclinux移植配置；系统应用程序设计，包括数据采集处理程序、串口通讯程序、按键处理与LCD显示程序等。关键字：电力系

4、统，谐波分析，基4一FFT，嵌入式系统，FPGA江苏大学硕士学位论文ABSTRACTWiththedevelopmentofnationaleconomy,electricequipmentisusedinallkindsoffield．theymakeourlifeandmanufacture．Recently，moreandmoreequipmenthaseconomizer,suchastransducerandconvertor．Itmakesmoreandmoreharmonicpollution．Soitbecomethetargetof

5、powersupplydepartmentandusertomonitortheharmonicofthepowernet．Becausethecomponentofharmoniciscomplexandthecaustionistoomuch，wemustanalystheharmonicesysrequirementsandfindtherootoftheharmonicbeforedealingwithit．Inthemarket，mostofharmonicmeasureinstrumentismadeofindustryPCorDSPsy

6、stem．Bothofthemaremainstreamproductionbecauseoftheirreliabilityandspeed．andtheirdisadvantageistooexpensiveanddiffculttoexpandchannels．Soweshoulddesignaninexpensiveandspeedinessinstrument．WitllthedevelopmentofFPGA，Thereisanallnewway—SOPCtoimplementit．WecanintegrateCPU，FFTandothe

7、rmodulesintoonechip，itnotonlyminishtheareabutalsoimprovethereliabilityofthesystem．andwecanmakeuseoftheprogrammablecharacteristicofFPGAtoexpandthefunctionofthesystemandupgradethesoftwareandfirmwarebaseontheneedoftheclient．FFTtheoryisusedwidelyinthefieldofharmonicmeasure．Weuserad

8、ix4FFT,andsufficientusingthesourceofFPGA．Sowecanimprov