【摘要】：電能作為現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的一種能源,其應(yīng)用水平可以直觀的體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家或者地區(qū)的發(fā)展?fàn)顩r和綜合國(guó)力。高質(zhì)量的電能是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提,而電能質(zhì)量較差時(shí),則會(huì)帶來(lái)波形畸變嚴(yán)重,以及頻率和電壓產(chǎn)生偏差等危害,從而危及到用戶的正常用電和電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行。電能質(zhì)量?jī)?yōu)劣的評(píng)判指標(biāo)主要包括電壓與電流有效值、頻率偏差、電壓波動(dòng)與閃變、三相不平衡、功率和功率因數(shù)以及諧波。由于電力電子技術(shù)的發(fā)展,電力系統(tǒng)中大量的使用電力電子設(shè)備(即諧波源),這些設(shè)備產(chǎn)生的諧波造成電網(wǎng)污染,最終導(dǎo)致發(fā)供用電設(shè)備發(fā)生故障和異常現(xiàn)象,諧波是電能質(zhì)量檢測(cè)中的關(guān)鍵問(wèn)題。因此對(duì)電能質(zhì)量中諧波檢測(cè)顯得至關(guān)重要。隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展,硬件條件的更新?lián)Q代以及軟件算法的優(yōu)化,人們?cè)诓粩嗟膶?duì)電能質(zhì)量的檢測(cè)方法進(jìn)行改進(jìn)。隨之對(duì)檢測(cè)裝置功能的多樣性、精度以及實(shí)時(shí)性等方面的要求也越來(lái)越高。本文分析了目前為止國(guó)內(nèi)外具有代表性的電能質(zhì)量檢測(cè)方法、電能質(zhì)量檢測(cè)裝置的關(guān)鍵技術(shù)、FPGA技術(shù)的發(fā)展以及其在電能質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域的運(yùn)用。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外的電能質(zhì)量檢測(cè)裝置存在運(yùn)算量大,計(jì)算時(shí)間長(zhǎng),實(shí)時(shí)性差等技術(shù)瓶頸,提出了使用Xilinx公司推出了Zynq-7000系列芯片。該芯片采用FPGA+ARM架構(gòu),具有豐富的邏輯資源,充分利用了FPGA技術(shù)固有的硬件加速優(yōu)勢(shì),并行處理數(shù)據(jù),也結(jié)合了ARM靈活的可擴(kuò)展性以及非常強(qiáng)的信號(hào)控制和管理能力。本文采用了基于加窗插值FFT算法進(jìn)行諧波的分析,通過(guò)Matlab仿真實(shí)現(xiàn)該算法后移植到Zynq-7000芯片上,該芯片的主要任務(wù)是對(duì)包含基波以及2次至50次的諧波信號(hào)的混頻信號(hào)進(jìn)行AD采樣,對(duì)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)加窗以抑制FFT帶來(lái)的頻譜泄露,信號(hào)經(jīng)過(guò)加窗以后進(jìn)行FFT計(jì)算,由于非同步采樣以及非整周期截?cái)鄬?dǎo)致FFT進(jìn)行諧波分析后具有較大誤差,因此必須對(duì)經(jīng)過(guò)FFT后的信號(hào)進(jìn)行誤差修正。本次課題選擇使用搭載了Zynq-7000系列芯片的Zedboard開(kāi)發(fā)板作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)。使用Vivado進(jìn)行硬件邏輯系統(tǒng)的搭建。主要包括加窗模塊、誤差修正模塊等IP核的設(shè)計(jì),AD、FFT、BRAM、Floating和CORDIC等IP核的調(diào)用與配置,以及各模塊的仿真和邏輯系統(tǒng)的綜合實(shí)現(xiàn)。Zynq-7000芯片中PL部分完成邏輯運(yùn)算以后數(shù)據(jù)向PS部分的傳輸以及存儲(chǔ)。這部分的主要工作包括在SDK中進(jìn)行軟件程序的編寫,實(shí)現(xiàn)PL部分處理后的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和顯示。論文最后將所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的諧波測(cè)量結(jié)果和在Matlab中的仿真結(jié)果進(jìn)行比較分析,結(jié)果表明,該裝置能夠滿足國(guó)家電能質(zhì)量基本參數(shù)精度的要求。
【學(xué)位授予單位】：華東交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM933.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2762465