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高精度电参数测量和谐波分析的研究

作　者: 李苏琴
导　师: 陆锦辉；金华锋
学　校: 南京理工大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 三相多功能标准电能表 电参数测量 谐波分析 准同步采样 相位差校正法 QuartusⅡ
分类号: TM933.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


近几年,随着电力系统的不断发展和计量要求的不断提高,电能表的生产单位、计量院和电力试验研究院等用户对0.01级三相多功能标准电能表的需求逐步增加。当非正弦的电信号基频在[46Hz,60Hz]范围内波动且采样频率为固定值(工频的整数倍)时,如何寻找合适的方法,使电参数测量准确度和谐波分析准确度在非整周期采样下均能满足0.01级三相多功能标准电能表的要求,成为本文研究的重点。首先,论文介绍了三相多功能标准电能表的系统构建；阐述了电参数计量基础和谐波分析原理；剖析了三相多功能标准电能表的误差来源。随后,论文研究了高精度的电参数测量算法和谐波分析方法。最后,在QuartusⅡ上完成了电参数测量算法的设计与实现。仿真结果表明,论文提出的基于准同步算法的有效值测量准确度和有功功率测量准确度分别小于0.01%RD和0.02%RD(RD为相对误差)；基于Hilbert变换的无功功率测量准确度小于0.02%RD；基于相位差校正法的各次谐波频率和相位的测量准确度分别小于0.001Hz和0.1°。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-11
  1.1 三相多功能标准电能表概念  8
  1.2 国内外三相多功能标准电能表  8-9
  1.3 研究背景  9
  1.4 论文主要内容  9-11
2 三相多功能标准电能表的系统原理  11-20
  2.1 三相多功能标准电能表的系统构建  11-15
    2.1.1 电压调理电路  11-12
    2.1.2 电流调理电路  12
    2.1.3 模/数(AD)转换器  12-13
    2.1.4 FPGA的优势  13
    2.1.5 基于ARM的嵌入式系统  13-15
  2.2 电参数计量基础  15-17
    2.2.1 有功电能  15-16
    2.2.2 无功功率  16
    2.2.3 视在功率  16
    2.2.4 功率因素  16-17
    2.2.5 电网频率的测量  17
  2.3 傅里叶变换  17-18
  2.4 数字采样原理  18-19
    2.4.1 同步采样法  18
    2.4.2 非同步采样法  18-19
  2.5 本章小结  19-20
3 系统误差  20-27
  3.1 电流互感器精度  20
  3.2 模/数(AD)转换器量化误差  20-21
  3.3 电参数计量的算法误差  21-26
    3.3.1 电能测量的误差  21-22
    3.3.2 传统频率测量的误差  22-23
    3.3.3 傅立叶变换的泄漏效应  23-25
    3.3.4 傅立叶变换的栅栏效应  25-26
  3.4 本章小结  26-27
4 高精度的电参数测量和谐波分析的算法  27-41
  4.1 有功电能算法  27-32
    4.1.1 准同步采样算法的原理及分析  27-28
    4.1.2 准同步采样算法的误差分析  28-29
    4.1.3 准同步采样算法的系数确立  29-30
    4.1.4 基于准同步采样算法的有功电能  30
    4.1.5 有功电能测量的仿真分析  30-32
  4.2 无功功率算法  32-35
    4.2.1 基于FFT+IFFT的Hilbert变换  32-33
    4.2.2 Walsh变换  33-34
    4.2.3 无功功率测量的仿真分析  34-35
  4.3 谐波分析  35-40
    4.3.1 减少频谱泄漏的窗函数  35-37
    4.3.2 相位差校正的频率测量原理  37-38
    4.3.3 相位差校正的谐波分析  38-39
    4.3.4 基于Matlab的谐波分析仿真分析  39-40
  4.4 本章小结  40-41
5 基于FPGA的算法设计与实现  41-59
  5.1 ADC控制模块  41-44
    5.1.1 ADC硬件接口  41-42
    5.1.2 基于Quartus Ⅱ的AD_ctr的仿真  42-44
  5.2 数据缓存模块  44-46
    5.2.1 双口RAM  44-45
    5.2.2 FIFO数据缓存器  45
    5.2.3 基于Quartus Ⅱ的FIFO仿真  45-46
  5.3 电参数的模块  46-52
    5.3.1 电参数的模块原理  46
    5.3.2 FFT V8.1  46-50
    5.3.3 基于Quartus Ⅱ的乘加模块的实现  50-51
    5.3.4 基于Quartus Ⅱ的有效值仿真  51-52
  5.4 谐波分析模块设计  52-58
    5.4.1 处理单元  53-54
    5.4.2 Cordic算法  54-56
    5.4.3 相位差运算器  56-57
    5.4.4 控制器  57-58
  5.5 本章小结  58-59
总结与展望  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-63

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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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