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智能电力监测仪的研究

作　者: 刘秀敏
导　师: 李中年
学　校: 武汉理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 电力参数智能小波变换电力监测仪
分类号: TM76
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 224次
引　用: 3次
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内容摘要

随着电力电子技术的发展以及用电负荷的不断增加,特别是不对称、冲击性、非线性负荷容量不断增长,使得电网电压、电流波形发生畸变,电网频率在50HZ附近波动;另外,由于大量基于计算机系统的控制设备和精密仪器的广泛应用,对电能质量的要求越来越高。因此,目前的电力监测仪表已逐渐不能满足系统性能的要求,该文的研究正是在此背景下展开的。该文对电力监测的相关理论和技术进行了研究,设计了基于DSP+MCU的双CPU的智能电力监测系统,采用交流采样技术实现对电力参数的实时测量,为电能质量的治理提供了可靠的依据。该文首先简述了电力监测仪的研究现状及发展趋势,然后对高次谐波影响下的电压、电流的实时有效值及其他电力参数的测量算法进行了阐述,主要提供了基参数可调的神经网络与FFT(Fast Fourier Transformation)相结合的谐波算法,能够精确地分析整数次谐波和非整数次谐波;同时提供了利用插值改进的FFT算法来实现电力系统频率的高精度测量。然后,提供了基于小波变换的暂态电能质量扰动的检测算法,利用快速小波变换算法即Mallat算法检测和提取扰动信号,并在MATLAB环境下进行了仿真,采用db4小波,3尺度进行小波分解与重构对信号进行检测,验证了小波变换能够实现电能质量扰动信号的准确定位,同时提供了FWT(Fast Wavelet Transformation)算法在DSP上的实现;最后实现了智能电力监测系统的软硬件设计。文中硬件设计采用了DSP+MCU的双CPU结构,DSP采用性价比高的16位定点TMS320LF2407A芯片,MCU采用AT89C51芯片,用双端口RAM芯片来解决MCU与DSP之间的数据传输问题,并配以外围电路来实现各项功能,主要包括数据采集、数据处理和人机接口及RS485串行通信接口,实现了各部分的电路连接。这样可以充分发挥DSP的数字信号处理功能和MCU的控制管理功能,能够提高整个系统的效率和性能。软件设计采用模块化和自顶向下的程序设计方法,使得程序结构清晰,便于维护和扩充功能,降低出错的可能性,实现了各模块的流程图设计。该文最后总结了系统产生干扰的原因,并提供了相应的硬件和软件抗干扰设施,以提高系统的可靠性。并对整个系统做了总结与展望。

全文目录

中文摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-14
  1.1 研究电力监测仪的目的和意义  10-11
  1.2 电力监测仪研究现状  11-12
  1.3 电力监测仪发展趋势  12-13
  1.4 研究的主要工作  13-14
第2章电力参数的实时测量算法  14-29
  2.1 电量有效值算法  14-16
  2.2 谐波测量算法  16-19
    2.2.1 基于FFT和神经网络的谐波测量算法  16-19
    2.2.2 电压总谐波畸变率THDu和电压谐波含有率HRU  19
  2.3 频率的实时测量算法  19-22
  2.4 功率测量算法  22-23
    2.4.1 三相三线制线路有功功率的测量算法  22
    2.4.2 三相三线制线路无功功率的测量算法  22-23
  2.5 电压波动和闪变的测量算法  23-28
    2.5.1 电压波动的测量算法  23-25
    2.5.2 闪变的测量算法  25-28
  2.6 三相电压不平衡的测量算法  28-29
第3章基于小波变换的暂态电能质量扰动的检测法  29-40
  3.1 应用小波分解与重构检测和提取扰动信号  29-36
    3.1.1 多分辨率分析  29-32
    3.1.2 小波基函数的选择  32-33
    3.1.3 分解层数的确定  33
    3.1.4 扰动点信号的检测  33-34
    3.1.5 扰动信号的提取  34-36
  3.2 暂态电能质量扰动的MATLAB仿真  36-40
    3.2.1 间断点检测  36
    3.2.2 电压骤降  36-37
    3.2.3 电压短时中断  37
    3.2.4 电压骤升  37-40
第4章系统的硬件设计  40-59
  4.1 系统硬件总体设计  40-41
  4.2 数据采集模块  41-47
    4.2.1 电压和电流信号的采集电路  41-42
    4.2.2 抗混叠滤波器设计  42-43
    4.2.3 锁相环电路设计  43-44
    4.2.4 A/D转换接口  44-47
  4.3 数据分析处理模块  47-53
    4.3.1 DSP芯片的特点  47-48
    4.3.2 DSP芯片的选择  48-49
    4.3.3 DSP最小系统设计  49-53
  4.4 MCU控制单元  53-55
    4.4.1 MCU选择  53
    4.4.2 DSP与MCU的接口电路  53-55
    4.4.3 MCU外部存储器扩展  55
  4.5 人机接口部分  55-57
    4.5.1 键盘接口电路  56
    4.5.2 液晶显示接口电路  56-57
  4.6 串行通信接口  57-59
第5章系统的软件设计  59-68
  5.1 主程序设计  59
  5.2 DSP模块软件设计  59-62
    5.2.1 数据采集软件设计  61
    5.2.2 数据处理软件设计  61-62
  5.3 MCU和人机接口模块软件设计  62-66
    5.3.1 键盘扫描软件设计  62-63
    5.3.2 液晶显示软件设计  63-64
    5.3.3 串行通信软件设计  64-66
  5.4 快速小波变换算法在DSP上的实现  66-68
第6章系统的抗干扰设施  68-72
  6.1 干扰产生的原因  68-69
  6.2 抗干扰设施  69-72
    6.2.1 硬件抗干扰设施  69-70
    6.2.2 软件抗干扰设施  70-72
第7章总结与展望  72-74
  7.1 总结  72
  7.2 展望  72-74
参考文献  74-77
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  77-78
致谢  78

智能电力监测仪的研究

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