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基于DSP的电压暂降监测装置的研究

作　者: 高月龙
导　师: 佟为明
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电气工程
关键词: 电压暂降数学形态学改进单相dq变换 DSP
分类号: TM712
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 26次
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内容摘要

电压暂降是最为典型也是最为严重的动态电能质量问题，是导致敏感用电设备误动甚至损坏的主要原因。对电压暂降特征量的监测是对电能质量进行评估与治理的重要依据。本文首先对电压暂降产生的三种原因（短路故障、变压器投运、感应电动机启动）进行了深入研究，并通过MATLAB仿真，分析了不同原因导致的电压暂降的特点。在此基础上，分析了几种传统的电压暂降检测方法的原理及实现，包括有效值法、基波分量法、小波变换及dq变换等，并从电压暂降三个特征量（起止时刻、暂降深度、相位跳变）检测的角度，评价了各种方法的优势及不足。鉴于传统算法在检测暂降起止时刻时因过于依赖暂降深度的检测（通过衡量暂降深度，判断暂降是否发生）而存在实时性差的问题，提出了一种基于图像边缘检测算子的暂降扰动检测方法，用于实时识别暂降的起止时刻。该方法是基于暂降波形的几何特性进行检测的，与暂降深度的检测完全独立，检测速度快，能够在暂降发生后的仅2个采样周期内对其进行时间定位。此外，本文还通过仿真分析给出了图像边缘检测算子输出的背景梯度的抑制方法。为缩短暂降深度与相位跳变的检测延时，对现有的单相dq变换算法进行了改进。将构造虚拟三相系统时的延时角度缩短至任意小，从而实现了对暂降深度以及相位跳变的快速检测。另外，对于改进单相dq变换在扰动点附近可能出现的“异动”现象进行了分析，并提出了基于开-闭形态运算的解决方法。基于上述电压暂降检测方法，设计了一套基于DSP TMS320F28335的电压暂降监测装置。该装置具有电压暂降监测、基本电力参数测量、故障录波、人机交互、LonWorks通信等功能。此外，还设计了基于LabVIEW的上层主站监控软件，可通过LonWorks远程读取现场各个电压暂降监测装置的监测信息。最后，对所开发的电压暂降监测装置进行了试验测试。测试结果表明，该装置具有较高的检测精度与实时性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题背景及研究目的和意义  10-11
  1.2 电压暂降概述  11-12
  1.3 国内外研究现状  12-16
    1.3.1 电能质量与电压暂降问题研究现状  12-13
    1.3.2 电能质量监测装置研究现状  13-15
    1.3.3 电压暂降补偿装置研究现状  15
    1.3.4 电压暂降检测算法研究现状  15-16
  1.4 本文主要研究内容  16-18
第2章电压暂降产生原因及检测算法分析  18-31
  2.1 引言  18
  2.2 电压暂降产生原因分析  18-23
    2.2.1 短路故障引起的电压暂降  18-20
    2.2.2 变压器投运引起的电压暂降  20-22
    2.2.3 感应电机启动引起的电压暂降  22-23
  2.3 电压暂降检测算法分析  23-30
    2.3.1 有效值法  23-24
    2.3.2 基波分量法  24-26
    2.3.3 小波变换法  26-27
    2.3.4 dq 变换法  27-30
  2.4 本章小结  30-31
第3章基于数学形态学与改进单相 dq 变换的电压暂降检测方法  31-49
  3.1 引言  31
  3.2 数学形态学原理  31-35
    3.2.1 二值形态学  31-33
    3.2.2 灰度形态学  33-35
  3.3 形态滤波器  35-37
  3.4 基于图像边缘检测算子的暂降扰动检测方法  37-41
    3.4.1 图像边缘检测算子  37-38
    3.4.2 暂降扰动检测  38-39
    3.4.3 背景梯度抑制  39-41
  3.5 改进单相 dq 变换算法  41-48
    3.5.1 改进算法原理  42-44
    3.5.2 “异动”现象及其处理  44-46
    3.5.3 算法性能分析  46-48
  3.6 本章小结  48-49
第4章基于 DSP 的电压暂降监测装置硬件设计  49-59
  4.1 引言  49
  4.2 硬件系统的总体结构  49-50
  4.3 电力信号变换单元  50-53
    4.3.1 互感器电路  50-51
    4.3.2 A/D 转换器电路  51-53
  4.4 数据处理单元  53-56
    4.4.1 DSP 核心电路  53-54
    4.4.2 电源及复位电路  54-55
    4.4.3 存储器扩展电路  55-56
    4.4.4 实时时钟电路  56
  4.5 人机交互单元  56-57
    4.5.1 液晶显示电路  56-57
    4.5.2 键盘电路  57
  4.6 LonWorks 通信单元  57-58
  4.7 本章小结  58-59
第5章软件设计及试验测试  59-69
  5.1 引言  59
  5.2 DSP 软件  59-63
    5.2.1 主程序流程  59-60
    5.2.2 电压暂降检测程序  60-62
    5.2.3 LonWorks 通信程序  62-63
  5.3 主站监控软件  63-64
  5.4 试验测试  64-68
    5.4.1 基本电力参数精度测试  65-66
    5.4.2 电压暂降检测精度测试  66-68
  5.5 本章小结  68-69
结论  69-70
参考文献  70-74
附录  74-80
攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果  80-82
致谢  82

基于DSP的电压暂降监测装置的研究

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