【摘要】：電能作為現(xiàn)代社會不可或缺的一種能源,其應用水平可以直觀的體現(xiàn)一個國家或者地區(qū)的發(fā)展狀況和綜合國力。高質(zhì)量的電能是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的前提,而電能質(zhì)量較差時,則會帶來波形畸變嚴重,以及頻率和電壓產(chǎn)生偏差等危害,從而危及到用戶的正常用電和電網(wǎng)的經(jīng)濟安全運行。電能質(zhì)量優(yōu)劣的評判指標主要包括電壓與電流有效值、頻率偏差、電壓波動與閃變、三相不平衡、功率和功率因數(shù)以及諧波。由于電力電子技術的發(fā)展,電力系統(tǒng)中大量的使用電力電子設備(即諧波源),這些設備產(chǎn)生的諧波造成電網(wǎng)污染,最終導致發(fā)供用電設備發(fā)生故障和異常現(xiàn)象,諧波是電能質(zhì)量檢測中的關鍵問題。因此對電能質(zhì)量中諧波檢測顯得至關重要。隨著電子行業(yè)的飛速發(fā)展,硬件條件的更新?lián)Q代以及軟件算法的優(yōu)化,人們在不斷的對電能質(zhì)量的檢測方法進行改進。隨之對檢測裝置功能的多樣性、精度以及實時性等方面的要求也越來越高。本文分析了目前為止國內(nèi)外具有代表性的電能質(zhì)量檢測方法、電能質(zhì)量檢測裝置的關鍵技術、FPGA技術的發(fā)展以及其在電能質(zhì)量檢測領域的運用。針對目前國內(nèi)外的電能質(zhì)量檢測裝置存在運算量大,計算時間長,實時性差等技術瓶頸,提出了使用Xilinx公司推出了Zynq-7000系列芯片。該芯片采用FPGA+ARM架構,具有豐富的邏輯資源,充分利用了FPGA技術固有的硬件加速優(yōu)勢,并行處理數(shù)據(jù),也結合了ARM靈活的可擴展性以及非常強的信號控制和管理能力。本文采用了基于加窗插值FFT算法進行諧波的分析,通過Matlab仿真實現(xiàn)該算法后移植到Zynq-7000芯片上,該芯片的主要任務是對包含基波以及2次至50次的諧波信號的混頻信號進行AD采樣,對經(jīng)過AD轉換后的數(shù)據(jù)加窗以抑制FFT帶來的頻譜泄露,信號經(jīng)過加窗以后進行FFT計算,由于非同步采樣以及非整周期截斷導致FFT進行諧波分析后具有較大誤差,因此必須對經(jīng)過FFT后的信號進行誤差修正。本次課題選擇使用搭載了Zynq-7000系列芯片的Zedboard開發(fā)板作為開發(fā)平臺。使用Vivado進行硬件邏輯系統(tǒng)的搭建。主要包括加窗模塊、誤差修正模塊等IP核的設計,AD、FFT、BRAM、Floating和CORDIC等IP核的調(diào)用與配置,以及各模塊的仿真和邏輯系統(tǒng)的綜合實現(xiàn)。Zynq-7000芯片中PL部分完成邏輯運算以后數(shù)據(jù)向PS部分的傳輸以及存儲。這部分的主要工作包括在SDK中進行軟件程序的編寫,實現(xiàn)PL部分處理后的數(shù)據(jù)的存儲和顯示。論文最后將所設計系統(tǒng)的諧波測量結果和在Matlab中的仿真結果進行比較分析,結果表明,該裝置能夠滿足國家電能質(zhì)量基本參數(shù)精度的要求。
【學位授予單位】：華東交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM933.4

【參考文獻】

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本文編號：2762465