基于ARM的电力系统谐波分析仪的研究与设计.pdf

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1、2010年第4期工业仪表与自动化装置·23·基于ARM的电力系统谐波分析仪的研究与设计陈若珠，黄锦华，骆东松，刘承倩(兰州理工大学电气3-程与信息工程学院，兰州730050)摘要：将32位的ARM微控制器应用于谐波分析中，并移植了嵌入式实时操作系统p~C／OS一Ⅱ，算法_k／g~了改进的快速傅立叶变换(FFT)，实现了电力系统中谐波的实时测量、显示和通信的功能。关键词：ARM；谐波分析；~C／OS一Ⅱ；快速傅立叶变换(F丌)中图分类号：TM762文献标志码：A文章编号：1000—0682(2010)04—0023—03Theresearchanddesignofpowersy

2、stemharmonicanalyzerbasedanAEMCHENRuozhu，HUANGJinhua，LUODongsong，LIUChengqian(CollegeofElectrical＆InformationEngineering，LanzhouUniversityofTechnology，Lanzhou73~50，China)Abstract：Inthispaper，ARMmicrocontrollerisusedandembeddedreal—timeoperationsystem~C／OS——11istransplantedintheharmonicanaly

3、sisdevice．Itanalyzesdatawithsplit2radixfastFouriertransform(FFTr)．TheharmonicscanbemeasuredbyusingthisdeviceandLCDdisplayalongwithcon—municationhasbeenrealized．Keywords：ARM；harmonicsanalysis；~C／OS—II；fastFouriertransform(FFT)而导致频谱泄漏和栅栏效应。由于同步采样和整数0引言周期截断在实际中很难做到，频谱泄漏和栅栏效应目前，电力谐波分析已经成为电力系统领域

4、的将影响到谐波分析的结果。该文在硬件电路中加入一个重要研究方向。各种电力电子装置的迅速普及了锁相环模块，能够有效地抑制频谱泄漏和栅栏效使得公用电网的谐波污染日趋严重，电能质量下降。应，提高谐波参数测量的准确度。因此，测量电网及非线性用电设备的谐波分量，掌握1硬件设计系统中谐波的实际情况，对于防止谐波危害，提高供电质量是十分必要的。硬件分成信号采集调理模块、谐波检测与分析目前国内大部分应用于电力系统中的谐波分析模块、接口模块、监控模块和外部存储器模块6个主仪存在不足，如测量实时性差、测量精度不高和没有要部分¨。硬件总图如图1所示。通信功能等。嵌入式系统是一个新兴的技术，由于它具

5、有体积小、功能强、功耗低和面向专门应用的特点，其应用越来越广泛。该文以ARM和~C／OS一Ⅱ为开发平台，组建了一个高精度的电力谐波分析系统。该设计采用快速傅立叶变换(FFT)进行电力系统谐波分析时，需要对采样信号截断并离散化，从收稿日期：2oo9—10—28基金项目：甘肃省科技支撑计划——工业计划项目资助(0804GKCA046)图1硬件总图作者简介：陈若珠(1963)，女，山西万荣人，高级工程师，研究方向为智能控制理论与应用等。电网信号经过信号采集调理模块后，变成ARM·24·工业仪表与自动化装置2OlO年第4期芯片允许的电压，同时经过过零比较和锁相环锁定MAX271(每一

6、片MAX271能同时对2路信号进行基波的频率。基波的频率是一个非常重要的参数，滤波，所以采用3片MAX271)设置相同的截止频其测量的准确性直接影响系统的测量性能和精度。率。MAX271谐波检测与分析模块负责通过A／D对输入的模拟INAOU_rA信号每一周期采样一定的点数，再进行FFT变换和T，HOUT／SHDNoUTB有关数学运算后得到所需要的谐波含量及电网运行制参数等数据，并存储到外部存储器中。接口模块完V+D6成通信和调试。监控模块负责波形、数据的显示及o．1gFTT10gF10D5C3上ClGNDD4键盘控制。外部存储器模块是为了增强系统的数据0．1p．F-一—T。V

7、—D32处理能力而设计的。‘、，ID114／CSD01．1ARM芯片简介12／WR在硬件设计中，ARM采用的是$3C44B0X处理l6A0MoDEINB器，它使用的是16／32位RISC结构的ARM7TDMI内核，工作在66MHz，包括了Thumb代码压缩器，一图2低通滤波电路图个片上ICE断点调试支持和一个32位硬件乘法器。1．3硬件同步电路芯片中还集成了8KBCache、外部存储器控制器、检测电路的关键部分就是硬件同步电路模块，LCD控制器、4个DMA通道、2通道UART、1个多只有在硬件同步电路很