高速功率分析儀的數(shù)據(jù)采集與處理

發(fā)布時(shí)間：2020-06-04 14:48

【摘要】：當(dāng)電能信號(hào)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)容易引起非常大的安全事故,如何全方位的檢測(cè)電能信號(hào)質(zhì)量的同時(shí)確保檢測(cè)的準(zhǔn)確度和精確度始終是電能信號(hào)質(zhì)量檢測(cè)的一大難題。伴隨著科技的高速發(fā)展,電動(dòng)汽車、太陽(yáng)能發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)被公眾所熟知并逐漸走進(jìn)人們的生活,需要測(cè)量的電能信號(hào)、諧波次數(shù)以及功率參數(shù)越來(lái)越多,對(duì)電能信號(hào)檢測(cè)儀器功率分析儀的通道數(shù)、采樣率和測(cè)量精度提出更高的要求,因此研制一臺(tái)多通道、高采樣率、高精度的功率分析儀對(duì)保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。本文基于功率分析儀項(xiàng)目,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)的高速數(shù)據(jù)采集模塊,同時(shí)提出并設(shè)計(jì)一種多通道實(shí)時(shí)諧波分析的方法,主要包括以下幾個(gè)內(nèi)容:1、根據(jù)高速功率分析儀研制指標(biāo),從系統(tǒng)角度對(duì)高速功率分析儀總體進(jìn)行可行性分析,然后根據(jù)系統(tǒng)總體架構(gòu)分析數(shù)據(jù)采集模塊和實(shí)時(shí)諧波分析模塊的可行性,再依照設(shè)計(jì)指標(biāo)和分析結(jié)果對(duì)項(xiàng)目核心器件ADC和FPGA選型,最后依照實(shí)際選型器件提出數(shù)據(jù)采集模塊和實(shí)時(shí)諧波分析模塊的設(shè)計(jì)方案。2、雙通道高速數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)雙通道12bit高速100MSPS采樣率電壓信號(hào)的同步采集,針對(duì)采集板卡與數(shù)據(jù)處理板之間傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)和控制信號(hào)速率存在差異的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了兩種不同的傳輸信號(hào)通路,即分別使用了SerDes和UART實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的傳輸,此外為了實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的開(kāi)機(jī)自動(dòng)配置功能,設(shè)計(jì)將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)保存在集成于采集板卡的FLASH中,儀器開(kāi)機(jī)時(shí)能夠自動(dòng)讀取校準(zhǔn)數(shù)據(jù)。3、三通道實(shí)時(shí)諧波分析模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)三個(gè)通道的實(shí)時(shí)諧波分析,使諧波測(cè)量精度達(dá)到0.5%,設(shè)計(jì)取每個(gè)通道每周期1024個(gè)點(diǎn),共8個(gè)周期進(jìn)行FFT運(yùn)算。為提高諧波分析的精度改良倍頻器,提高了倍頻器精度,用倍頻信號(hào)對(duì)被測(cè)信號(hào)同步抽點(diǎn),降低了FFT分析的截?cái)嗾`差,將同步抽點(diǎn)得到的8192個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)通過(guò)FPGA的FFT IP核實(shí)現(xiàn)FFT分析功能,最后將結(jié)果發(fā)送上位機(jī)顯示。經(jīng)過(guò)測(cè)試,本功率分析儀的數(shù)據(jù)采集模塊和實(shí)時(shí)諧波分析模塊能夠滿足指標(biāo)。
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