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基于ADE7758的电力监测仪表的研究与实现

作　者: 刘志刚
导　师: 刘凤新
学　校: 北京化工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 电力监测 谐波 ADE7758 零序电流 三相三线 自卷积窗
分类号: TM933.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本文简述了电能质量和谐波问题的研究状况。研究、分析了仪表需要测量的电力参数计算算法。比较了三相三线制网络和三相四线制网络的电能计量方法。设计、实现了一种基于ADE7758的三相三线制电力监测仪表的方案。根据对称分量法,推导了两种软件计算零序电流的方法。为解决DFT算法检测谐波时的频谱泄漏和栅栏效应,重点研究了自卷积窗在谐波分析中的应用,将加hanning自卷积窗DFT算法应用到电网谐波分析中。本文还介绍了所研制的电力监测仪表的系统设计。本设计采用模块化的设计思想,整个仪表分成传感器、核心板、扩展板和液晶及按键四个模块。采用ADE7758作为电能计量芯片,TMS320F2812作为主要计算芯片,ATmega128作为主要控制芯片。仪表实现了复费率电能计量、2-31次谐波分析、参量报警、开关量输入输出、液晶显示、人机交互和RS485数据通信功能。实验结果表明,本课题研制的电力监测仪表基本可以满足电网监测和用电管理要求。

全文目录


学位论文数据集  3-4
摘要  4-5
ABSTRACT  5-15
第一章 绪论  15-31
  1.1 课题的研究背景及意义  15-16
    1.1.1 课题的来源  15
    1.1.2 课题研究的背景和意义  15-16
  1.2 电力仪表的发展  16-17
    1.2.1 电力仪表的发展历程  16
    1.2.2 电力仪表的发展趋势  16-17
  1.3 电能质量问题  17-20
    1.3.1 电能质量的定义  17-18
    1.3.2 提高电能质量的意义  18-19
    1.3.3 我国电能质量评价指标及标准  19-20
  1.4 电力系统中的谐波问题  20-28
    1.4.1 谐波的定义  20-22
    1.4.2 谐波产生的的原因和来源  22-24
    1.4.3 谐波的危害  24-25
    1.4.4 谐波检测标准  25-28
  1.5 国内外研究情况  28-29
    1.5.1 国内外电能质量和谐波问题的研究状况  28-29
    1.5.2 国内外电力仪表的发展情况  29
  1.6 本课题研究的主要内容以及纲要  29-31
第二章 电力参数计算算法研究  31-53
  2.1 三相三线制和三线四线制介绍  31-32
  2.2 电网频率测量  32
  2.3 电压和电流有效值测量  32-33
  2.4 单相电路的电能计量  33-35
    2.4.1 有功功率计算  33
    2.4.2 无功功率计算  33-35
    2.4.3 视在功率计算  35
  2.5 三相四线制网络的电能计量  35-37
    2.5.1 三相四线制网络有功功率计算  36
    2.5.2 三相四线制网络无功功率计算  36-37
    2.5.3 三相四线制网络视在功率计算  37
  2.6 三相三线制网络的电能计量  37-40
    2.5.1 三相三线制网络有功功率计算  38-39
    2.5.2 三相三线制网络无功功率计算  39
    2.5.3 三相三线制网络视在功率计算  39-40
  2.7 零序电流测量  40-44
    2.7.1 对称分量法  40-42
    2.7.2 零序电流的计算  42-43
    2.7.3 仿真结果分析  43-44
  2.8 谐波检测  44-52
    2.8.1 谐波分析算法综述  44-46
    2.8.2 利用离散傅立叶变换(DFT)检测谐波的原理  46-47
    2.8.3 DFT分析谐波的缺点  47-48
    2.8.4 自卷积窗在谐波分析中的应用  48-51
    2.8.5 仿真结果分析  51-52
  2.9 本章小结  52-53
第三章 系统方案设计  53-63
  3.1 需求分析  53-54
    3.1.1 系统功能要求  53
    3.1.2 系统性能要求  53-54
  3.2 总体方案  54-56
    3.2.1 总体思路  54
    3.2.2 方案设计  54-55
    3.2.3 信号处理流程  55-56
    3.2.4 系统总体框架  56
  3.3 计量芯片ADE7758简介  56-58
    3.3.1 ADE7758的特点  56-57
    3.3.2 ADE7758内部框图和工作原理  57
    3.3.3 如何利用ADE7758计量电能  57-58
  3.4 核心板芯片TMS320F2812简介  58-60
  3.5 扩展板芯片ATmega128简介  60-61
  3.6 本章小结  61-63
第四章 系统硬件设计  63-73
  4.1 传感器模块电路  63-64
  4.2 核心板模块电路  64-67
    4.2.1 电压信号调理电路  64
    4.2.2 电流信号调理电路  64
    4.2.3 频率测量电路  64-65
    4.2.4 信号采样电路  65-66
    4.2.5 电能计量电路  66-67
  4.3 液晶及按键模块  67
  4.4 扩展板模块电路  67-69
    4.4.1 与上位机通信电路  67-68
    4.4.2 数据存储电路  68-69
  4.5 三相三线制网络的电能计量电路  69-71
  4.6 本章小结  71-73
第五章 系统软件设计  73-85
  5.1 核心板软件设计  73-80
    5.1.1 核心板主程序流程  73-74
    5.1.2 系统初始化流程  74
    5.1.3 数据采集模块  74-75
    5.1.4 数据计算模块  75-76
    5.1.5 页面显示和键盘处理模块  76-77
    5.1.6 系统报警模块  77-78
    5.1.7 开关量处理模块  78
    5.1.8 与扩展板通信模块  78-80
  5.2 扩展板软件设计  80-83
    5.2.1 扩展板主程序流程图  81
    5.2.2 输出开关量报警  81
    5.2.3 SPI通信模块  81-82
    5.2.4 UART通信模块  82-83
  5.3 本章小结  83-85
第六章 系统调试和实验  85-89
  6.1 调试过程中遇到的问题  85-87
    6.1.1 ADE7758工作时对源信号干扰问题  85
    6.1.2 小电流情况下的精确测量  85
    6.1.3 ADE7758计量模式的选取  85-86
    6.1.4 ADE7758中断产生  86
    6.1.5 A/D采样方式的改进  86-87
    6.1.6 DSP与ADE7758和AVR之间的SPI通信问题  87
  6.2 校准和实验  87-88
  6.3 本章小结  88-89
第七章 结论  89-91
参考文献  91-95
致谢  95-97
攻读学位期间发表的学术论文目录  97-99
作者与导师简介  99-100
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  100-101

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气测量技术及仪器 > 电数量的测量及仪表 > 电能测量、电度表
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