基于FPGA的嵌入式电能质量监测系统的研究与开发

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1、武汉工程大学硕士学位论文基于FPGA的嵌入式电能质量监测系统的研究与开发姓名：涂坦申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：谈宏华;杨志方20070401摘要摘要随着国民经济的迅速发展，用电负荷快速增加，其中非线性负荷更是增加迅猛。这些负荷在提高生产力的同时，也恶化了电力系统的电能质量，而用电设备对供电电网的可靠性和安全性要求越来越高，因此需要对电网的各种运行参数进行实时监测，并根据检测的数据分析电网的运行质量，来预防因供电质量引起的用电设备故障和生产事故。本文综述了电能质量相关的概念及标准，根据我国制定的电能质量标准的主要几个方面内容，分析了产

2、生电压偏差、频率偏差、谐波含量、电压波动和闪变、三相电压不平衡等影响电能质量的原因，及其可能对用电设备造成的危害，详细说明了各电能指标的测量方法，并在此基础上完成了对各电能质量指标参数测量的软件编写。本系统使用创ⅡERA公司的FPGA作为电能质量监测系统的数据处理器件，FPGA内部模块电路全部使用Verilog．HDL语言编写，同时引入了NiosII软核处理器，使得电能质量分析算法可以完全用C语言实现，简化了应用系统软件的设计，具有较高的灵活性，同时提高了软件的可重用性，减少软件的重复开发，提高了应用算法的研发效率。本文对FPGA相关的软硬件设计作了详细的介

3、绍。通过试验证明了软件设计的正确性，同时验证了在电能质量分析装置中完全采用FPGA作数据处理的可行性。关键字：电能质量；FPGA；NiosII；FFT；闪变ABSTRACTTheResearchandDevelopmentofEmbeddedPowerQualityMonitoringSystemBase011FPGAThenumberofelectro．10adiSincreasingalongwiththequickdevelopmentofthenationaleconomy,especiallyforthenonlinearload．Butthelo

4、adsaredeterioratingthepowerqualityofthepowersystem，whilethoseloadsincreaseproductivity．Andit’SmoreandmoreimpoIrtantthatthedependabilityandsecurityofsupplyingpowernetworkarerequiredfortheconsumingpowerequipment，whichneedstomonitorallkindsofoperationparametersofthepowernetworkinrealt

5、ime，andpreventsthepowerconsumingequipmentfailureandproductionaccidentcausedbypowersupplyqualityaccordingtotherunningqualityofthedataanalysispowernetworkmeasured．Thedefinitionandthestandardofthepowerqualityaredissertedinthepaper．Accordingtoseveralmainlyrespectsofthestandardofpowerqu

6、alitymadeinourcountry,thepaperanalyzesthereasonswhythephenomenaofvoltagedeviation，frequencydeviation，harmonycontent，uneveninvoltagethree—phase，voltagefluctuationandflickerwerehappened．Allthesefactorsprobablycausepowerconsumingequipmentfailureandproductionaccident．Themethodsofmeasur

7、ingallindexesofpowerqualityarealsointroduceddetailedlyinthepaper．Atthelastpartofthepaper,compilingtheprogramfilesofallindexesofpowerqualityisaccomplished．FPGAisusedasthedigitalsignalprocessorofthePQMsystem，whichismadeinALTERAcompany．ThehardwaremodelinFPGAiscompiledbyusingverilog—HD

8、Llanguage，thedesignofappli