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多功能电能质量监测仪的研究与设计

作　者: 吴海强
导　师: 凌玉华
学　校: 中南大学
专　业: 控制工程
关键词: 电能质量 监测仪 TMS320C6711D ADS8365 工控机
分类号: TM76
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 193次
引　用: 2次
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内容摘要


随着电力系统的快速发展,对供电质量和可靠性的要求日益提高。然而电力系统中的非线性负荷及冲击性负荷日益增加,对电网质量造成污染。如何提高电能质量已经成为保证供用电系统安全和电网稳定运行的迫切要求。本文首先介绍了电能质量的评价指标和国家标准,分析了国内外电能质量的研究现状,总结了各类电能质量指标的检测原理和计算方法,为多功能电能质量监测仪的研制提供了必要的理论依据。然后,在分析电能质量监测仪对软硬件要求的基础上,对监测仪的硬件系统进行了研究。采用先进的模块化设计思想,在整体结构采用上下位机的模式。上位机采用嵌入式工业控制计算机,实现与DSP的数据交换、统计分析、存储、人机界面和通信；下位机采用TMS320C6711D结合多通道高速高精度ADS8365,实现对电力基本数据的采集、电力参数计算、电能质量指标计算以及与上位机进行高速数据交换的功能。另外,监测仪还采用工业开关电源,配以温控风扇,可有效地解决设备散热问题,使设备可靠高效地工作。最后,介绍了电能质量监测仪的软件开发。软件主要包括测量单元DSP软件、管理单元软件、可编程逻辑器件软件和PC端的自动校准软件等四部分。测量单元软件采用C语言和汇编语言混合编程,遵循模块化、自顶向下、逐步细化的编程思想,完成电压电流的采集、校准、电力基本参数计算、电能质量指标计算、分析、存储与管理单元通信等功能。管理模块软件设计采用嵌入式Linux操作系统,完成数据统计、分析、存储、通讯、显示、触摸屏的操作等多种功能。监测仪通过对CPLD编程实现系统的组合逻辑和时序匹配。实际运行结果表明,设计的多功能电能质量监测仪在功能和性能上,已经达到或者超过国内外同类产品的先进水平,并通过湖南省科技成果鉴定。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 电能质量问题的提出  10
  1.2 电能质量的概念  10-11
  1.3 国内外的研究现状  11-16
    1.3.1 电能质量问题研究现状  11-13
    1.3.2 电能质量监测仪装置研究现状  13-16
  1.4 课题研究的目的和意义  16
  1.5 本文研究的主要内容和章节安排  16-18
第二章 电能质量指标的计算方法  18-27
  2.1 电能质量的标准  18
  2.2 基本电力参数的计算方法  18-20
  2.3 稳态电能质量指标的测算  20-26
    2.3.1 供电电压偏差  20-21
    2.3.2 电压波动闪变  21-23
    2.3.3 公用电网谐波  23-24
    2.3.4 三相电压允许不平衡度  24-25
    2.3.5 电力系统频率允许偏差  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章 电能质量监测仪总体设计方案  27-34
  3.1 电能质量监测仪的性能指标和功能特点  27-28
  3.2 电能质量监测仪总体设计方案  28-34
    3.2.1 电能质量监测仪硬件设计方案  29-32
    3.2.2 电能质量监测仪软件设计方案  32-34
第四章 电能质量监测仪的硬件设计  34-44
  4.1 电能质量监测仪的机箱结构介绍  34-36
  4.2 DSP测量单元的设计  36-41
    4.2.1 测量单元原理介绍  37-38
    4.2.2 三相同步锁相电路  38-39
    4.2.3 信号采集和A/D转换部分  39-40
    4.2.4 DSP核心电路  40-41
  4.3 管理单元的设计  41-42
  4.4 电源单元设计  42-43
  4.5 本章小结  43-44
第五章 电能质量监测仪的软件设计  44-61
  5.1 DSP测量单元软件设计  44-48
    5.1.1 主循环模块程序  44-47
    5.1.2 采样中断服务程序  47-48
  5.2 管理单元软件  48-57
    5.2.1 嵌入式Linux系统  48-49
    5.2.2 Qt/Embedded介绍  49-50
    5.2.3 管理单元系统框架  50
    5.2.4 管理单元界面操作程序  50-53
    5.2.5 后台处理程序  53-57
  5.3 CPLD可编程逻辑软件  57-58
  5.4 监测仪自动校准软件  58-60
  5.5 本章小结  60-61
第六章 电能质量监测仪的性能测试  61-69
  6.1 对比法测试  61-62
  6.2 准确度测试  62-68
    6.2.1 电压、电流有效值误差测试  62-63
    6.2.2 频率误差测试  63
    6.2.3 有功、无功功率误差测试  63-64
    6.2.4 电压偏差与频率偏差误差测试  64-65
    6.2.5 电压谐波误差测试  65-66
    6.2.6 三相电压不平衡误差测试  66-67
    6.2.7 电压波动与闪变误差测试  67-68
  6.3 本章小结  68-69
第七章 总结与展望  69-73
  7.1 总结  69-71
  7.2 展望  71-73
参考文献  73-77
致谢  77-78
攻读硕士学位期间主要的研究成果  78

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 电力系统的自动化
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