基于FPGA的电力系统谐波分析仪的设计与开发

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1、基于FPGA的电力系统谐波分析仪的设计与开发摘要谐波属于电能质量的一个重要分支，论文首先从电能质量问题出发，对电能质量的有关理论和指标进行了论述和分析，着重阐述了谐波这个电能质量的重要问题。然后，通过对目前市场上已有的电力系统谐波测量装置的特点进行分析和总结，并根据谐波测量方法和实现技术在国内外的发展现状，同时结合市场应用，论文提出了一种基于嵌入式的FPGA(现场可编程门阵列)的电力系统谐波在线测量装置，利用嵌入式操作系统pC／OS—II的高稳定性和可靠·性为电力谐波装置提供非常关键的技术；利用FPGA

2、丰富的片上资源，如：片上存储单元，内嵌硬件乘法器、加法器等，能够很方便的实现各种运算。同时，FPGA具有强大的并行处理能力，具有很强的数字信号处理能力，这些为电网谐波的监测和电能质量的改善提供了准确的依据。其次，介绍了装置的硬件框架和具体实现方案。利用Altera公司的CycloneII系列芯片中的EP2C35F672C6作为系统的中央处理器，以嵌入式操作I．tC／OS．II系统为管理平台，对系统要实现的各个功能进行模块化，包括信号调理模块、数据采集、数据处理、数据显示、数据存储、数据通讯等模块电路，实

3、现对电力系统谐波参数的实时测量。接着，为满足精度的要求，在软件上采用了高效的快速傅立叶变换(FFT)算法来分析谐波。重点介绍了嵌入式实时操作系统“C／OS．II的基本内容，详细叙述了其内核向NiosII的移植过程。利用实时内核lxC／OS．II与系统任务的结合方式，不但可以对电网进行实时在线谐波分析，而且可以对数据进行远传，具有精度高，运行稳定、实时性好、抗干扰能力强、性价比高等特点，特别是它具有高稳定性和强实时性，为解决电力谐波问题提供了一种有效的分析装置。通过对电网信号进行实际测量，得出电网中各谐波

4、参数，结果表明，本文设计的谐波分析系统能够对电力系统50次以内谐波进行有效测量，满足设计要求。关键词：电能质量，谐波分析，FPGA，NiosII，快速傅里叶变换，}tC／OS．IIIlHARMoNICANALYSIS0FPOWERSYSTEMDESIGNANDDEVELOPMENTBASEDoNFPGAABSTRACTHarmonicisanimportantbranchofpowerquality,thispaper，firstly,startingfromthepowerqualityproblem

5、s，respectivelyonthetheoryandpowerqualityindicatorsarediscussedandanalyzedwhilefocusingontheharmonicpowerqualityofthisimportantissue．Then，basedoncurrentmarketexistingpowersystemharmonicmeasurementdevicecharacteristicsareanalyzedandsummarized，andaccordingt

6、oharmonicmeasurementmethodsandimplementationtechniquesinthecurrentdevelopmentathomeandabroad，combinedwithmarketapplications，thispaperputsforwardamethodofpowersystemharmoniconlinemeasurementdevicebasedonembeddedFPGA(fieldprogrammablegatesarray)，usinganemb

7、eddedoperatingsystemI．tC／OS—11withhi曲stabilityandreliabilityforelectricharmonicdeviceprovidecriticaltechnology；Fulluseoftherichon—chipresourcesofFPGA，suchas"on—chipmemorymodules，embeddedhardwaremultipliers，adders，etc．，caneasilyachieveavarietyofoperations

8、．Meanwhile，FPGAwithapowerfulparallelprocessingcapabilities，hasastrongdigitalsignalprocessingcapabilities，whichprovideanaccuratebasisfor．powerharmonicsmonitoringandpowerqualityimprovement．Secondly,thispaperintroducesthehard