基于DSP的智能电力参数测试仪的研究毕业设计论文.docx

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基于DSP的智能电力参数测试仪的研究毕业设计论文

毕业设计（论文）

题目：

基于DSP的智能电力参数测试仪的研究

基于DSP的智能电力参数测试仪的研究

摘要

电力参数的准确、快速测量对于实现电网调度自动化、保证电网安全与经济运行具有重要的意义。

近年来随着电力电子技术的发展，各种非线性负载在生产和生活中得到广泛应用，这些负载的非线性、冲击性和不平衡性使电网供电质量曰趋恶化，电力参数已成为人们掌握供电线路状态和评价供电质量的重要指标。

采用数字信号处理技术进行电力参数的测量，在提高测量精度、实时性和智能化方面具有独特的优势。

本文首先对电力参数测试仪的发展状况和背景做了综述。

对频率、谐波、电压和电流有效值及其他电力参数测量原理进行了详细的理论阐述。

本文频率测量方法是硬件测量法。

对于功率的测量，本文采用间接测量算法。

接下来，对基于DSP的电力参数测量仪器的总体设计方案进行了介绍。

仪器整体分为两大部分：

数据采集和处理系统、数据显示和存储系统。

其中硬件部分主要包括信号采集和模数转换部分电路、处理器及外围电路、存储器扩展电路、键盘显示电路。

采用TI公司的TMS320VC5502芯片作为主处理器。

软件部分主要包括主程序、数据采集、数据处理等模块。

该装置可用来测量单相、三相交流电路的电压、电流、频率、功率因数、有功和无功功率、视在功率等参量；可对谐波进行实时测量及分析。

最后，通过对装置进行误差分析，基本达到预期的设计目标。

关键词：

电力参数；频率；谐波分析；DSP

Abstract

Itisverysignificantthataccurateandquickmeasurementoftheelectricpowerparameterforrealizingtheautomationofpowernetworkdispatchingandguaranteeingthesafeoperationofpowernetwork．Withthedevelopmentofmodempowerelectronictechnology,nonlinearloadsareextensivelyappliedinproductionandlife．Theirnonlinearity,impactandimbalancemakepowerqualitywoPseandworse．Electricpowerparametersbecomeveryimportantforpeopletograsppowersupplylinestateandappraiseelectricquality．Measuringelectricpowerparametersbydigitalsignalprocessingtechnologyhassuperiorityinimprovingmeasurementprecisionandreal-timeperformance．Atthesametime，digitizationmeasurementmakesthemeasurementsystemmoreintelligent．

First,thispaperintroducesthedevelopmentstatusandbackgroundofelectricpowerparameterstestinstrumentoverall．ThepaperThisfrequencymeasurementmethodishardwaremeasuringmethod．Inharmonicanalysis．TheimprovementoffastFouriertransformthedualspectrumlinesinterpolationmethod.Thispaperadoptstheindirectmeasurementalgorithmforthereactivepowermeasurementthroughthecomparisonofsimulationresults．ThentheoveralldesignschemefortheelectricpowerparameterstestinstrumentbasedonDSPisintroduced．Theinstrumentconsistsoftwomainparts：

dataacquisitionandprocessingsystem，datadisplayandstoragesystem．Thispapermostlycompletethehardwareandsoftwaredesignofthedataacquisitionandprocessingsystem．Thehm-dwarepartSignalacquisitioncircuit、mostlyincludesADCcircuit，processorandperipheralcircuit，TMS320VC5502whichistheproductofTIisadoptedasthemainprocessor,Thesoftwarepartmostlyconsistsofmainprogram，dataacquisition，dataprocessingandcommunicationmodule’sproceduredesign．Thisinstrumenttailmeasurevoltage，current，frequency，powerfactor,activepowerandreactivepower，apparentpoweretc．Itcanrealizereal—timemeasurementandanalysisofharmonic.

Finally，Throughtheanalysisofthewholesimulationdevice,thebasicdesignofthedesiredgoal．

Keywords：

ElectricPowerParameter；Frequency；HarmonicAnalysis；DSP

第1章：

绪论

1.1课题的目的与意义

通过本课题的训练，培养学生在电气工程及其自动化专业方向分析问题、解决问题的能力。

掌握基于DSP的智能电力参数测试仪的设计方法

1.2课题发展现状和前景展望

目前国内外电力参数测量的基本情况

在工业生产和日常生活中，电能的质量越来越受到重视。

电网的电流、电压过低过高。

均可能影响电器设备的正常使用功效及设备寿命，严重的还会危及人身安全。

应用于电力系统的电力参数实时测量功能，在变电站一级一般都由远动装RTU（RemoteTerminalUnit）来实现；而在普通应用环境中由于侧重于电量的计量功能则多采用电能表来实现，主要是通过将有功功率对时间积分的方式进行有功电能的计量。

目前，在我国得到广泛使用的电能表有两种：

一种是感应式机械电能表，它是利用三个不同空间和相位的磁通建立起来的交变的移进磁场，在这个磁场的作用下，转盘上产生了感应电流，根据楞次定律，这个感应电流使得转盘总是朝一个方向旋转。

转盘的转动经蜗杆传递到计数器，累计转盘的转数，从而达到计量电能的目的。

另一种是近几年随着电子工业的发展而出现的电子式电能表，它是利用电流和电压作用于固态电子器件而产生电能输出量的电能计量仪表。

机械式电能表由于自身的机械特性导致其稳定性和精度都不尽人意，随着电力市场化改革的不断深入，我国的国电网、省电网在各级电能计量数据采集系统建设中，大部分已将其更新为电子式电能表。

结合电力市场运作和管理的实际需要，当前电能量计量仪器的测量已经从简单的有功电度和无功电度测量发展到测量电压（相电压／平均值）、电流（相电流／平均值1、功率因数、工频频率、无功功率、视在功率、单相或双向电能量、预测／热需求、谐波、对称分量，以及其它电力参数值的测量，如相序转换、电压／电流非平衡、分时段。

而完成的功能也由传统的计量发展到多条记录存储、可与计算机进行数据交换、可进行远程实时测量（有线或无线）等。

目前市面上的一些智能型的电力参数测试仪，多采用一片普通单片机cPu（往往是8位机），同时完成电力参数的计算和整个仪表系统的管理任务，再加上输入变换、A／D转换以及字长等诸多环节的影响，致使仪器的整体精度和准确度越来越不能满足日益提高的性能要求。

还有一些厂家采用模拟／数字变换型电能测量专用芯片（如AD公司的AD7755系列芯片和ATMEL公司的AT73C501芯片组）开发出来的产品，虽然在电能计量上取得了很好的精确度，但整体应用范围较窄，无法实现功能的多样性，移植性较差，对于高速实时信号处理也不适合。

DSP技术的高速发展为电力参数测试技术带来了新的变革，特别是在电力系统电压和电流的高次谐波的测量和分析，非正弦情况下的有功电能和无功电能的计量方面，DSP的应用成为了目前电力参数测试仪器开发的最新趋势

我国虽然引进了国外一些多功能电力参数测试仪器，但其在功能、价格、维护等方面不能完全适合我国现阶段的需要，因此迫切需要一种高质量、高可靠性、功能齐全、价格低廉的多功能电力参数测试仪。

近几年来随着半导体技术的飞速发展，新技术、新产品不断问世，使开发新式多功能电力参数测试仪成为可能。

本课题的研究工作就是在此背景下展开的。

1.3本论文的研究内容

本文主要针对我国电力系统供配电的实际情况，在分析电力参数测试仪器的现状和传统测试仪器存在的问题的基础上，开发出一个基于DSP的电力参数综合测试装置，实现多种电力参数的实时测量。

该装置可用来测量单相、三相交流电路的电压、电流、频率、功率因数、有功和无功功率、视在功率等参量；可对谐波进行实时测量及分析。

本文的主要研究内容包括：

1、分析电力参数测试仪器的国内外发展现状，指出开展电力参数综合测试仪器研究的重要意义。

2、对谐波测量的方法进行深入的分析和讨论，提出用双谱线插值算法进行谐波分析，

3、研究分析其他各参数的测量方法，

4、进行基于DSP的软、硬件设计。

5、对系统进行误差分析。

第2章电力参数测量原理

2.1电压电流有效值的测量

若以采样周期对瞬时电压、电流在一个采样周期内采样N个点，则离散的电压电流有效值的计算方法如下

电压有效值：

（2.1）

电流有效值：

（2.2）

式中：

N-----一个周期内采样点数

U、I-----电压、电流有效值

、-----电压、电流瞬时采样值

2.2频率的测量

频率是指单位时间内事物周期性运动的次数。

在电力系统稳定运转的状态下，负荷功率的增减，发电机出力的变动不断发生，系统中不同节点的频率产生不同程度的波动，这是一种企求系统能量均衡的动态过程，在不破坏系统稳定的前提下，在各节点同时检测，不易觉察到波动的差异。

从概率统计的意义上，各节点的频率是相等的，并在作同步的变化。

在此条件下，任一点测得的频率，均为系统频率。

电力系统频率一方面作为衡量电能质量的指标，需要加以动态监测，另一方面作为实施安全稳定控制的重要状态反馈量，要求能实旄重构。

另外，频率同步也是实现高精度谐波分析的重要措施之一。

本文采用的测频方法是硬件测频法，它的实质就是周期法。

首先，需要专门测频电路，首先采用前置低通滤波器，滤除电压（