本文關鍵詞：諧波電能計量算法及其FPGA實現(xiàn)

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【摘要】：隨著電力電子技術的迅猛發(fā)展,大量具有非線性特性的電力設備投入到電網(wǎng)中運行,電網(wǎng)中出現(xiàn)大量的諧波,造成電力系統(tǒng)諧波污染,同時也嚴重影響著電能計量的準確性。研究諧波電能計量算法目的就是為了實現(xiàn)諧波的精確分析以及諧波電能的準確計量,為電能的科學管理提供可靠依據(jù)。 論文首先介紹了國內(nèi)外現(xiàn)有的諧波電能計量算法,并研究了加窗插值FFT算法、小波包分解算法兩種常用的諧波電能計量算法,在此基礎之上,提出一種更適合ASIC實現(xiàn)的基于專用數(shù)字濾波器的諧波電能計量算法。 論文設計了一套滿足需求的專用數(shù)字濾波器模塊,對該模塊的運算量、存儲量進行估算,并與加窗插值FFT算法所需運算量、存儲量作了對比。無功電能計量系統(tǒng)的設計是在有功電能計量設計基礎上加入Hilbert數(shù)字濾波器。論文研究了兩種Hilbert數(shù)字濾波器的設計方法,選擇效果更好的等波紋切比雪夫法設計Hilbert數(shù)字濾波器。在MATLAB平臺下,對專用數(shù)字濾波器模塊、Hilbert數(shù)字濾波器模塊以及有功/無功電能計量系統(tǒng)分別進行了仿真驗證。 論文選擇在Altera公司的FPGA芯片Cyclone Ⅱ系列EP2C35F672C8目標板上實現(xiàn)硬件設計。專用數(shù)字濾波器模塊采用在MATLAB環(huán)境下使用DSP Builder建模,自動生成VHDL代碼的方式來實現(xiàn)；Hilbert數(shù)字濾波器模塊采用Altera公司提供的FIR IP核來實現(xiàn)。兩個模塊都在硬件上進行了驗證。 最后,在FPGA上實現(xiàn)諧波電能計量系統(tǒng),以非正弦信號進行了驗證,討論分析測試結果,找到誤差來源和提高計量精度的方法。
【關鍵詞】：諧波 諧波電能 專用數(shù)字濾波器 Hilbert數(shù)字濾波器 FPGA
【學位授予單位】：首都師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM933.4;TN791
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 本文的研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀12-15
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容15-17
• 第二章 電能計量原理及幾種主要的電能計量算法17-33
• 2.1 電能計量原理17-21
• 2.1.1 正弦交流電路的功率17-18
• 2.1.2 有功電能計量18
• 2.1.3 無功電能計量18-19
• 2.1.4 諧波功率的定義19-20
• 2.1.5 諧波電能數(shù)字化計量20-21
• 2.2 基于傅立葉變換的諧波電能計量算法21-29
• 2.2.1 離散傅立葉變換21-22
• 2.2.2 快速傅立葉變換22-24
• 2.2.3 基于FFT的諧波計量算法的問題及改進24-29
• 2.3 基于小波包分解的諧波電能計量算法29-33
• 2.3.1 小波變換的定義29-30
• 2.3.2 小波變換與小波包諧波電能計量原理30-33
• 第三章 基于專用數(shù)字濾波器的諧波電能計量算法33-49
• 3.1 設計思路和算法概述33-34
• 3.2 專用數(shù)字濾波器模塊的設計34-38
• 3.2.1 取基波低通濾波器的設計34-35
• 3.2.2 去基波高通濾波器的設計35
• 3.2.3 諧波帶通濾波器的設計35-37
• 3.2.4 運算量和存儲量估計和對比37-38
• 3.3 Hilbert數(shù)字濾波器的設計38-42
• 3.3.1 Hilbert數(shù)字濾波器的基本原理38
• 3.3.2 Hilbert數(shù)字濾波器設計38-42
• 3.4 仿真驗證42-49
• 3.4.1 專用數(shù)字濾波器模塊的建模與仿真42-43
• 3.4.2 Hilbert數(shù)字濾波器的仿真43-44
• 3.4.3 諧波電能計量系統(tǒng)的建模與仿真44-49
• 第四章 專用數(shù)字濾波器算法的FPGA實現(xiàn)49-57
• 4.1 專用數(shù)字濾波器模塊的FPGA實現(xiàn)49-53
• 4.1.1 專用數(shù)字濾波器模塊的硬件設計49-51
• 4.1.2 專用數(shù)字濾波器模塊的硬件實現(xiàn)51-52
• 4.1.3 專用數(shù)字濾波器模塊的驗證52-53
• 4.2 Hilbert數(shù)字濾波器的FPGA實現(xiàn)53-57
• 4.2.1 FIR IP核的參數(shù)設置54-55
• 4.2.2 Hilbert數(shù)字濾波器的硬件實現(xiàn)55
• 4.2.3 Hilbert數(shù)字濾波器的硬件驗證55-57
• 第五章 諧波電能計量算法的FPGA實現(xiàn)57-61
• 5.1 系統(tǒng)其他模塊的實現(xiàn)57-59
• 5.1.1 乘法器模塊57
• 5.1.2 累加器模塊57-58
• 5.1.3 除法器模塊58
• 5.1.4 并行加法器模塊58-59
• 5.2 有功電能計量系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn)59
• 5.3 無功電能計量系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn)59-61
• 第六章 測量結果分析與總結61-65
• 6.1 硬件測試61
• 6.2 測試結果分析61-62
• 6.3 總結和展望62-65
• 參考文獻65-69
• 論文發(fā)表及參與的項目情況69-71
• 致謝71

【參考文獻】

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本文編號：691738